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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de ciencias Escuela profesional de Química “Estudio Físico Químico de las técnicas de remoción de arsénico en agua de consumo humano” INFORME DE SUFICIENCIA PA ^ OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE: LICENCIADO EN QUÍMICA Presentado por: CLIDO JORGE RIMACHI LIMA-PERU 2009
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Universidad Nacional de IngenieriacuteaFacultad de ciencias
Escuela profesional de Quiacutemica
ldquoEstudio Fiacutesico Quiacutemico de las teacutecnicas de
remocioacuten de arseacutenico en agua de consumo
humanordquoINFORME DE SUFICIENCIA
P A ^ OPTAR EL TITULO PROFESIONALDE
LICENCIADO EN QUIacuteMICA
Presentado por
CLIDO JORGE RIMACHI
LIMA-PERU
2009
RESUMEN
El Peruacute es un paiacutes con extensas zonas rurales donde los pobladores carecen de agua
potable y utilizan para el consumo agua sin ninguacuten control El arseacutenico en aguas es
toxico y acumulativo trayendo consigo consecuencias severas para el ser humano Esto
se toma particularmente grave en estas zonas donde el abastecimiento de agua es
provisto por fuentes puntuales cuyo anaacutelisis sistemaacutetico esta fuera del alcance de los
organismos controladores
En el presente trabajo se implemento la tecnologiacutea de remocioacuten de arseacutenico bajo
irradiacioacuten solar (^AOS) comparando los resultados con los obtenidos bajo irradiacioacuten
con luz ultravioleta (UV) de una laacutempara Para concentraciones de arseacutenico de hasta 200
ppb y una relacioacuten Fe2+citrato de 2011 el arseacutenico pudo ser removido hasta en un 95
despueacutes de 4 horas de irradiacioacuten solar Los resultados muestran que el meacutetodo
propuesto podriacutea ser aplicado faacutecilmente en zonas rurales debido a su simplicidad
operativa y econoacutemica
En ese sentido se han realizado estudios de remocioacuten de arseacutenico en aguas
subterraacuteneas en el Departamento de Tacna en el sur del Peruacute En este lugar el agua es
extraiacuteda del subsuelo por bombas y llevada mediante tuberiacuteas o canales a las cercaniacuteas
de los domicilios Durante dos antildeos se ha realizado un estudio sistemaacutetico de la calidad
de agua de subsuelo en el distrito de Sama Las Yaras para luego poner en praacutectica la
remocioacuten de arseacutenico basada en el uso de la energiacutea de la radiacioacuten solar Obteniendo
en el mejor de los casos remociones de maacutes del 99
1
TABLA DE CO NTEN ID O S
AG^DECIM IENTO8
INTRODUCCIOacuteN9
MARCO REFERENCIAL11
CAPIacuteTULO I 12
1 ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES 12
11 Contaminacioacuten por arseacutenico13
12 Arseacutenico en el ambiente13
121 Fuentes de arseacutenico 13
122 Movilidad de arseacutenico 14
123 Quiacutemica de arseacutenico 15
13 Impacto de arseacutenico a la salud 18
131 Regulaciones18
132 Toxicidad 20
CAPIacuteTULO II 23
2 T^TAM IENTOS PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO23
21 Remocioacuten de arseacutenico por procesos de tratamiento convencional24
22 Procesos de la coagulacioacuten28
23 Efectos de los paraacutemetros de la calidad del agua en la remocioacutenarseacutenico 29
231 pH 30
232 Relacioacuten FeAs32
233 concentraciones iniciales de As (III)As (V) 33
24 Remocioacuten de arseacutenico por tecnologiacuteas econoacutemicas a nivel rural34
241 Remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS-SORAS)35
2
25 Metodologiacuteas desarrolladas 38
251 Aplicacioacuten del proceso RAOS en un aacuterea rural de Chile38
2 52 Metodologiacutea desarrollada en Argentina43
253 Aplicacioacuten del proceso RAOS en el Peruacute46
CAPIacuteTULO Hl49
3 PARTE EXPERIMENTAL49
31 Materiales y Meacutetodos50
32 Trabajos en Laboratorio50
33 Trabajos en Campo50
CAPIacuteTULO IV52
4 RESULTADOS Y DISCUSIONES 52
41 Trabajos en Laboratorio 53
42 Trabajos en Campo 56
CAPIacuteTULO V 69
5 CONCLUSIONES 69
51 Conclusiones70
CAPIacuteTULOVI 72
6 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 72
61 Referencias Bibliograacuteficas73
3
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas por organismos de control para arseacutenico en agua de
consumo humano 20
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)24
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]26
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las
concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato 40
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten41
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de
Fe(III) 45
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de
Fe(II)45
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV55
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de
Tacna en octubre de 200457
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fisicoquiacutemicos medidos en muestras de agua
de consumo humano de diferentes fuentes en el distrito de Sama la presencia de
arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de
diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1068)59
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas
de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro yjugo de limoacuten (32
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin
jugo limoacuten 63
4
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final 64
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado
en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)66
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras
analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL
(analizado en laboratorio)67
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras de
Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1128) 68
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras
tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero
(Tomado del informe Ndeg 1128) 68
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]15
Figura 2 Diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 0C y 1 atm con arseacutenico total 105 molL
y sulforo total 10lsquo3 molL las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas
entrecruzadas [Shih 2005][2]17
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and
Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004] 31
Figura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro
[3] 36
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar
[3] 36
Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico
[6] 41
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de
jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x44
Figura 8 Agua en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo
humano 46
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano47
Figura 10 Sitio estudiado Sama Las Yaras en el Departamento de Tacna48
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200
mgL 53
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV 54
Figura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar55
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas
con luz solar con limoacuten y sin limoacuten 56
6
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo
anali^do 60
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) agua de
Sama Las Yaras60
Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de
irradiacioacuten en agua de Sama Las Yaras 61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante
la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas 62
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua 62
Figura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten63
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten 64
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten 65
Figura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama las Yaras usando alambres de
hierro65
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama Las
Yaras66
7
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
RESUMEN
El Peruacute es un paiacutes con extensas zonas rurales donde los pobladores carecen de agua
potable y utilizan para el consumo agua sin ninguacuten control El arseacutenico en aguas es
toxico y acumulativo trayendo consigo consecuencias severas para el ser humano Esto
se toma particularmente grave en estas zonas donde el abastecimiento de agua es
provisto por fuentes puntuales cuyo anaacutelisis sistemaacutetico esta fuera del alcance de los
organismos controladores
En el presente trabajo se implemento la tecnologiacutea de remocioacuten de arseacutenico bajo
irradiacioacuten solar (^AOS) comparando los resultados con los obtenidos bajo irradiacioacuten
con luz ultravioleta (UV) de una laacutempara Para concentraciones de arseacutenico de hasta 200
ppb y una relacioacuten Fe2+citrato de 2011 el arseacutenico pudo ser removido hasta en un 95
despueacutes de 4 horas de irradiacioacuten solar Los resultados muestran que el meacutetodo
propuesto podriacutea ser aplicado faacutecilmente en zonas rurales debido a su simplicidad
operativa y econoacutemica
En ese sentido se han realizado estudios de remocioacuten de arseacutenico en aguas
subterraacuteneas en el Departamento de Tacna en el sur del Peruacute En este lugar el agua es
extraiacuteda del subsuelo por bombas y llevada mediante tuberiacuteas o canales a las cercaniacuteas
de los domicilios Durante dos antildeos se ha realizado un estudio sistemaacutetico de la calidad
de agua de subsuelo en el distrito de Sama Las Yaras para luego poner en praacutectica la
remocioacuten de arseacutenico basada en el uso de la energiacutea de la radiacioacuten solar Obteniendo
en el mejor de los casos remociones de maacutes del 99
1
TABLA DE CO NTEN ID O S
AG^DECIM IENTO8
INTRODUCCIOacuteN9
MARCO REFERENCIAL11
CAPIacuteTULO I 12
1 ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES 12
11 Contaminacioacuten por arseacutenico13
12 Arseacutenico en el ambiente13
121 Fuentes de arseacutenico 13
122 Movilidad de arseacutenico 14
123 Quiacutemica de arseacutenico 15
13 Impacto de arseacutenico a la salud 18
131 Regulaciones18
132 Toxicidad 20
CAPIacuteTULO II 23
2 T^TAM IENTOS PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO23
21 Remocioacuten de arseacutenico por procesos de tratamiento convencional24
22 Procesos de la coagulacioacuten28
23 Efectos de los paraacutemetros de la calidad del agua en la remocioacutenarseacutenico 29
231 pH 30
232 Relacioacuten FeAs32
233 concentraciones iniciales de As (III)As (V) 33
24 Remocioacuten de arseacutenico por tecnologiacuteas econoacutemicas a nivel rural34
241 Remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS-SORAS)35
2
25 Metodologiacuteas desarrolladas 38
251 Aplicacioacuten del proceso RAOS en un aacuterea rural de Chile38
2 52 Metodologiacutea desarrollada en Argentina43
253 Aplicacioacuten del proceso RAOS en el Peruacute46
CAPIacuteTULO Hl49
3 PARTE EXPERIMENTAL49
31 Materiales y Meacutetodos50
32 Trabajos en Laboratorio50
33 Trabajos en Campo50
CAPIacuteTULO IV52
4 RESULTADOS Y DISCUSIONES 52
41 Trabajos en Laboratorio 53
42 Trabajos en Campo 56
CAPIacuteTULO V 69
5 CONCLUSIONES 69
51 Conclusiones70
CAPIacuteTULOVI 72
6 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 72
61 Referencias Bibliograacuteficas73
3
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas por organismos de control para arseacutenico en agua de
consumo humano 20
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)24
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]26
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las
concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato 40
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten41
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de
Fe(III) 45
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de
Fe(II)45
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV55
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de
Tacna en octubre de 200457
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fisicoquiacutemicos medidos en muestras de agua
de consumo humano de diferentes fuentes en el distrito de Sama la presencia de
arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de
diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1068)59
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas
de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro yjugo de limoacuten (32
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin
jugo limoacuten 63
4
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final 64
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado
en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)66
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras
analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL
(analizado en laboratorio)67
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras de
Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1128) 68
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras
tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero
(Tomado del informe Ndeg 1128) 68
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]15
Figura 2 Diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 0C y 1 atm con arseacutenico total 105 molL
y sulforo total 10lsquo3 molL las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas
entrecruzadas [Shih 2005][2]17
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and
Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004] 31
Figura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro
[3] 36
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar
[3] 36
Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico
[6] 41
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de
jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x44
Figura 8 Agua en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo
humano 46
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano47
Figura 10 Sitio estudiado Sama Las Yaras en el Departamento de Tacna48
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200
mgL 53
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV 54
Figura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar55
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas
con luz solar con limoacuten y sin limoacuten 56
6
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo
anali^do 60
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) agua de
Sama Las Yaras60
Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de
irradiacioacuten en agua de Sama Las Yaras 61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante
la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas 62
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua 62
Figura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten63
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten 64
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten 65
Figura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama las Yaras usando alambres de
hierro65
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama Las
Yaras66
7
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
TABLA DE CO NTEN ID O S
AG^DECIM IENTO8
INTRODUCCIOacuteN9
MARCO REFERENCIAL11
CAPIacuteTULO I 12
1 ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES 12
11 Contaminacioacuten por arseacutenico13
12 Arseacutenico en el ambiente13
121 Fuentes de arseacutenico 13
122 Movilidad de arseacutenico 14
123 Quiacutemica de arseacutenico 15
13 Impacto de arseacutenico a la salud 18
131 Regulaciones18
132 Toxicidad 20
CAPIacuteTULO II 23
2 T^TAM IENTOS PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO23
21 Remocioacuten de arseacutenico por procesos de tratamiento convencional24
22 Procesos de la coagulacioacuten28
23 Efectos de los paraacutemetros de la calidad del agua en la remocioacutenarseacutenico 29
231 pH 30
232 Relacioacuten FeAs32
233 concentraciones iniciales de As (III)As (V) 33
24 Remocioacuten de arseacutenico por tecnologiacuteas econoacutemicas a nivel rural34
241 Remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS-SORAS)35
2
25 Metodologiacuteas desarrolladas 38
251 Aplicacioacuten del proceso RAOS en un aacuterea rural de Chile38
2 52 Metodologiacutea desarrollada en Argentina43
253 Aplicacioacuten del proceso RAOS en el Peruacute46
CAPIacuteTULO Hl49
3 PARTE EXPERIMENTAL49
31 Materiales y Meacutetodos50
32 Trabajos en Laboratorio50
33 Trabajos en Campo50
CAPIacuteTULO IV52
4 RESULTADOS Y DISCUSIONES 52
41 Trabajos en Laboratorio 53
42 Trabajos en Campo 56
CAPIacuteTULO V 69
5 CONCLUSIONES 69
51 Conclusiones70
CAPIacuteTULOVI 72
6 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 72
61 Referencias Bibliograacuteficas73
3
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas por organismos de control para arseacutenico en agua de
consumo humano 20
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)24
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]26
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las
concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato 40
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten41
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de
Fe(III) 45
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de
Fe(II)45
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV55
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de
Tacna en octubre de 200457
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fisicoquiacutemicos medidos en muestras de agua
de consumo humano de diferentes fuentes en el distrito de Sama la presencia de
arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de
diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1068)59
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas
de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro yjugo de limoacuten (32
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin
jugo limoacuten 63
4
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final 64
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado
en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)66
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras
analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL
(analizado en laboratorio)67
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras de
Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1128) 68
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras
tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero
(Tomado del informe Ndeg 1128) 68
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]15
Figura 2 Diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 0C y 1 atm con arseacutenico total 105 molL
y sulforo total 10lsquo3 molL las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas
entrecruzadas [Shih 2005][2]17
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and
Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004] 31
Figura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro
[3] 36
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar
[3] 36
Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico
[6] 41
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de
jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x44
Figura 8 Agua en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo
humano 46
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano47
Figura 10 Sitio estudiado Sama Las Yaras en el Departamento de Tacna48
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200
mgL 53
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV 54
Figura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar55
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas
con luz solar con limoacuten y sin limoacuten 56
6
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo
anali^do 60
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) agua de
Sama Las Yaras60
Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de
irradiacioacuten en agua de Sama Las Yaras 61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante
la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas 62
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua 62
Figura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten63
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten 64
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten 65
Figura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama las Yaras usando alambres de
hierro65
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama Las
Yaras66
7
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
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son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
25 Metodologiacuteas desarrolladas 38
251 Aplicacioacuten del proceso RAOS en un aacuterea rural de Chile38
2 52 Metodologiacutea desarrollada en Argentina43
253 Aplicacioacuten del proceso RAOS en el Peruacute46
CAPIacuteTULO Hl49
3 PARTE EXPERIMENTAL49
31 Materiales y Meacutetodos50
32 Trabajos en Laboratorio50
33 Trabajos en Campo50
CAPIacuteTULO IV52
4 RESULTADOS Y DISCUSIONES 52
41 Trabajos en Laboratorio 53
42 Trabajos en Campo 56
CAPIacuteTULO V 69
5 CONCLUSIONES 69
51 Conclusiones70
CAPIacuteTULOVI 72
6 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 72
61 Referencias Bibliograacuteficas73
3
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas por organismos de control para arseacutenico en agua de
consumo humano 20
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)24
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]26
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las
concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato 40
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten41
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de
Fe(III) 45
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de
Fe(II)45
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV55
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de
Tacna en octubre de 200457
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fisicoquiacutemicos medidos en muestras de agua
de consumo humano de diferentes fuentes en el distrito de Sama la presencia de
arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de
diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1068)59
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas
de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro yjugo de limoacuten (32
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin
jugo limoacuten 63
4
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final 64
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado
en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)66
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras
analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL
(analizado en laboratorio)67
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras de
Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1128) 68
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras
tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero
(Tomado del informe Ndeg 1128) 68
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]15
Figura 2 Diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 0C y 1 atm con arseacutenico total 105 molL
y sulforo total 10lsquo3 molL las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas
entrecruzadas [Shih 2005][2]17
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and
Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004] 31
Figura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro
[3] 36
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar
[3] 36
Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico
[6] 41
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de
jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x44
Figura 8 Agua en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo
humano 46
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano47
Figura 10 Sitio estudiado Sama Las Yaras en el Departamento de Tacna48
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200
mgL 53
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV 54
Figura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar55
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas
con luz solar con limoacuten y sin limoacuten 56
6
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo
anali^do 60
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) agua de
Sama Las Yaras60
Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de
irradiacioacuten en agua de Sama Las Yaras 61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante
la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas 62
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua 62
Figura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten63
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten 64
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten 65
Figura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama las Yaras usando alambres de
hierro65
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama Las
Yaras66
7
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas por organismos de control para arseacutenico en agua de
consumo humano 20
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)24
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]26
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las
concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato 40
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten41
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de
Fe(III) 45
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de
Fe(II)45
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV55
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de
Tacna en octubre de 200457
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fisicoquiacutemicos medidos en muestras de agua
de consumo humano de diferentes fuentes en el distrito de Sama la presencia de
arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de
diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1068)59
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas
de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro yjugo de limoacuten (32
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin
jugo limoacuten 63
4
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final 64
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado
en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)66
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras
analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL
(analizado en laboratorio)67
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras de
Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1128) 68
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras
tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero
(Tomado del informe Ndeg 1128) 68
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]15
Figura 2 Diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 0C y 1 atm con arseacutenico total 105 molL
y sulforo total 10lsquo3 molL las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas
entrecruzadas [Shih 2005][2]17
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and
Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004] 31
Figura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro
[3] 36
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar
[3] 36
Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico
[6] 41
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de
jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x44
Figura 8 Agua en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo
humano 46
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano47
Figura 10 Sitio estudiado Sama Las Yaras en el Departamento de Tacna48
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200
mgL 53
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV 54
Figura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar55
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas
con luz solar con limoacuten y sin limoacuten 56
6
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo
anali^do 60
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) agua de
Sama Las Yaras60
Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de
irradiacioacuten en agua de Sama Las Yaras 61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante
la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas 62
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua 62
Figura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten63
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten 64
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten 65
Figura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama las Yaras usando alambres de
hierro65
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama Las
Yaras66
7
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final 64
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado
en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)66
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras
analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL
(analizado en laboratorio)67
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras de
Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del
informe Ndeg 1128) 68
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama Las Yaras
tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero
(Tomado del informe Ndeg 1128) 68
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]15
Figura 2 Diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 0C y 1 atm con arseacutenico total 105 molL
y sulforo total 10lsquo3 molL las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas
entrecruzadas [Shih 2005][2]17
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and
Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004] 31
Figura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro
[3] 36
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar
[3] 36
Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico
[6] 41
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de
jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x44
Figura 8 Agua en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo
humano 46
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano47
Figura 10 Sitio estudiado Sama Las Yaras en el Departamento de Tacna48
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200
mgL 53
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV 54
Figura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar55
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas
con luz solar con limoacuten y sin limoacuten 56
6
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo
anali^do 60
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) agua de
Sama Las Yaras60
Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de
irradiacioacuten en agua de Sama Las Yaras 61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante
la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas 62
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua 62
Figura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten63
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten 64
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten 65
Figura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama las Yaras usando alambres de
hierro65
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama Las
Yaras66
7
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]15
Figura 2 Diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 0C y 1 atm con arseacutenico total 105 molL
y sulforo total 10lsquo3 molL las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas
entrecruzadas [Shih 2005][2]17
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and
Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004] 31
Figura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro
[3] 36
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar
[3] 36
Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico
[6] 41
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de
jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x44
Figura 8 Agua en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo
humano 46
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano47
Figura 10 Sitio estudiado Sama Las Yaras en el Departamento de Tacna48
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200
mgL 53
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV 54
Figura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar55
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas
con luz solar con limoacuten y sin limoacuten 56
6
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo
anali^do 60
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) agua de
Sama Las Yaras60
Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de
irradiacioacuten en agua de Sama Las Yaras 61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante
la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas 62
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua 62
Figura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten63
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten 64
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten 65
Figura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama las Yaras usando alambres de
hierro65
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama Las
Yaras66
7
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo
anali^do 60
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) agua de
Sama Las Yaras60
Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de
irradiacioacuten en agua de Sama Las Yaras 61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante
la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas 62
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua 62
Figura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten63
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten 64
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten 65
Figura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama las Yaras usando alambres de
hierro65
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama Las
Yaras66
7
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a Dios por haberme dado unos padres maravillosos quienes a pesar de
no tener estudios superiores feeron dotados de una sabiduriacutea divina tanto que nunca
terminare de aprender de sus sabios concejos pues gracias a ellos por su paciencia y
entusiasmo pude concluir un estudio universitario
Un agradecimiento eterno a ambos
Agradezco tambieacuten a todos los profesores por transmitirme sus conocimientos a lo largo
de mi estancia en las aulas que permitieron mi desarrollo profesional y a todos los
compantildeeros del Laboratorio de Peliacuteculas Delgadas que de una u otra manera feeron
sumando para llegar a la meta
De la misma manera un agradecimiento al proyecto OEAAE141 de la Agencia
Interamericana para la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) por el financiamiento
parcial de este trabajo y al Doctor Juan Martiacuten Rodriacuteguez Rodriacuteguez por permitirme ser
parte del proyecto
Muchas gracias a todos por su decisivo apoyo
8
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
INTRODUCCIOacuteN
En varios paiacuteses de Ameacuterica Latina como Argentina Chile Meacutexico El Salvador por
lo menos cuatro millones de personas beben en forma permanente agua con niveles de
arseacutenico que ponen en riesgo su salud Las concentraciones de arseacutenico en el agua
sobre todo en el agua subterraacutenea presentan niveles que llegan en algunos casos hasta 1
mgL En otras regiones del mundo como India China y Taiwan el problema es auacuten
mayor De acuerdo a la informacioacuten obtenida en India existen alrededor de 6 millones
de personas expuestas de las cuales maacutes de 2 millones son nintildeos En Estados Unidos
maacutes de 350 000 personas beben agua cuyo contenido es mayor que 05 mgL de
arseacutenico y maacutes de 25 millones de personas estaacuten siendo abastecidas con agua con
tenores de arseacutenico mayores a 0025 mgL
El problema del arseacutenico en el agua de bebida se viene tratando en Argentina desde
hace varios antildeos cuando epidemioacutelogos de Coacuterdoba y otras provincias de ese paiacutes
evidenciaron y asociaron la enfermedad del HACRE (dantildeos a la piel) con la presencia
del arseacutenico en el agua de bebida Los esfuerzos y estudios ejecutados para minimizarlo
o eliminarlo han logrado un gran avance a nivel del tratamiento de agua a escala urbana
en Argentina Chile y Peruacute pero a nivel rural la solucioacuten en estos paiacuteses sigue
pendiente [1]
La coagulacioacuten es la tecnologiacutea maacutes comuacuten de eliminacioacuten de arseacutenico en primer lugar
se requiere la oxidacioacuten con cloro o permanganato La coagulacioacuten con cloruro feacuterrico
funciona mejor con un pH por debajo de 8 La aluacutemina tiene un estrecho rango efectivo
de pH 6-8 Las resinas de intercambio ioacutenico son producidas comercialmente de
materiales sinteacuteticos que pueden eliminar algunos compuestos del agua Estas resinas
soacutelo eliminan arseniato la aluacutemina activada al igual que resinas de intercambio ioacutenica
es comercialmente disponible pero la aluacutemina activada funciona mejor en aguas
ligeramente aacutecidas (pH 55 a 6) Los meacutetodos de membrana para la eliminacioacuten del
arseacutenico incluyen osmosis inversa y nanofiltracioacuten
Cuando el agua rico en arseacutenico tambieacuten contiene altos niveles de hierro disuelto la
eliminacioacuten de hierro tambieacuten eliminaraacute gran parte del arseacutenico La presencia de
limaduras de hierro cero-valente para el tratamiento de agua a nivel domiciliaria estaacute
9
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
mostrando una gran promesa En todos los casos las tecnologiacuteas deben cumplir una
serie de criterios teacutecnicos baacutesicos Sin embargo los mayores desafiacuteos en adelante se
encuentran en la aplicacioacuten de las tecnologiacuteas descritas en comunidades pobres rurales
y para que estas comunidades tengan faentes seguras para obtener agua para beber y
cocinar
OBJETIVOS G EN E^LES
Realizar una revisioacuten de los estudios de las metodologiacuteas simples y de bajo costo que
permitan remover a nivel rural el arseacutenico natural presente en las aguas subterraacuteneas
que son usadas para bebida en poblaciones rurales y desprotegidas del Peruacute Chile y
Argentina
OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Implementar la teacutecnica de remocioacuten de arseacutenico con luz ultravioleta (UV) mediante
irradiacioacuten solar en una zona rural del Peruacute utilizando alambre de enfardar como
faente de hierro y jugo de limoacuten como faente de citrato para producir la coagulacioacuten
floculacioacuten y precipitacioacuten de hierro con arseacutenico
10
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
MARCO
REFERENCIAL
11
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
CAPITULO I1 ARSENICO EN AGUAS
NATURALES
12
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
CAPIacuteTULO I ARSEacuteNICO EN AGUAS NATURALES
11 CONTAMINACIOacuteN POR ARSEacuteNICO
El arseacutenico es un contaminante de toxicidad bien conocida y no es un contaminante
infrecuente en aguas subterraacuteneas [Joshi y Chaudhuri 1996] Es el vigeacutesimo elemento
maacutes abundante de la corteza terrestre catorceavo en agua de mar y es el doceavo
elemento maacutes abundante del cuerpo humano [Shih 2005] Aunque el arseacutenico es
necesario como alimento para los seres humanos en cantidades pequentildeas tambieacuten
conduce a la muerte en consumos croacutenicos [Kartinen y Martin 1995]
La contaminacioacuten con arseacutenico del agua superficial y de subsuelo se ha divulgado en
muchas partes del mundo incluyendo al sudoeste de Taiwaacuten meridional de Tailandia
Mongolia China oeste de Bengala de la India de Bangladesh y al norte de Meacutexico
Aunque las concentraciones de arseacutenico en foentes de aguas de los EEUU son
tiacutepicamente bajas tambieacuten se encuentran concentraciones elevadas sobre todo al norte
y meridionales de los Estados Unidos occidentales particularmente en aguas
subterraacuteneas y en aguas superficiales con entradas hidrotermales [comiteacute Report 1985
de AWWA Wilkie y Hering 1996] Las formas orgaacutenicas de arseacutenico que pueden estar
presentes en alimentos son menos toacutexicas a los seres humanos sin embargo las formas
inorgaacutenicas de arseacutenico disueltas en agua potable constituyen la toxicidad maacutes
significativa Los estudios recientes llevados a cabo para entender los riesgos de salud a
largo plazo se asociaron a la ingestioacuten de niveles bajos de arseacutenico han indicado que el
arseacutenico en agua potable es maacutes peligroso que previamente sospechados Por lo tanto la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) y la agencia de proteccioacuten del medio
ambiente de los EEUU (USEPA) promulgaron regulaciones para el arseacutenico maacutes
rigurosas para reducir al miacutenimo estos riesgos [Jiang 2001 ][2]
12 ARSEacuteNICO EN EL AMBIENTE
121 FUENTES DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico se distribuye extensamente en el ambiente Es el vigeacutesimo elemento en
abundancia en la corteza de la tierra la cantidad total de arseacutenico en la corteza terrestre
se estima que es superior a 401x1016 kilogramos con un promedio de 6 mgkg En agua
13
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
de mar la concentracioacuten del arseacutenico variacutea entre 009 pgL y 24 pgL y en agua dulce
entre 015 pgL y 045 pgL que tienen valor maacuteximo de 1 mgL La cantidad aumenta
hasta un factor de 300 de la concentracioacuten media del arseacutenico en aguas subterraacuteneas en
aguas minerales y termales [Bissen y Frimmel 2003a] El arseacutenico es el componente
principal de por lo menos 245 diversos minerales y en el ambiente se asocia
principalmente a los minerales del sulfuro junto con el cobre el niacutequel el plomo el
cobalto u otros metales Oropiminenta (AS2S3) realgar (AsS) mispickel (FeAsS)
loellingita (FeAs2) niccolita (NiAs) el cobaltita (CoAsS) el tenanita (CU12AS4S13) y el
enargita (CU3ASS4) son los minerales de arseacutenico maacutes significativos [Bissen y Frimmel
2003a Thirunavukkarasu et al 2005]
Aparte de los fenoacutemenos naturales tales como desgaste por la accioacuten atmosfeacuterica de las
rocas sedimentarias e iacutegneas actividad bioloacutegica y de la actividad volcaacutenica los
aportes antropogeacutenicos son tambieacuten responsables de la emisioacuten del arseacutenico al ambiente
[Cullen y Reimer 1989] Los efluentes industriales de la industria metaluacutergica de la
cristaleriacutea y de industrias de ceraacutemica de industrias febriles de tinte y de pesticida de la
refinacioacuten del petroacuteleo de la industria de la tierra rara y de otras industrias quiacutemicas
orgaacutenicas e inorgaacutenicas son fuentes antropogeacutenicos importantes del arseacutenico Otras
industrias que introducen el arseacutenico al ambiente incluyen preservantes de madera y
cuero fabricacioacuten de balas de plomo detergentes de fosfato usados en muchos
fertilizantes [Banerjee et al 1999 Viraraghavan et al 1999] La quema de
combustibles foacutesiles en casas y centrales eleacutectricas es otra fuente antropogeacutenica del
arseacutenico Las minas tambieacuten exponen arseacutenico contenidos en carbones o minerales y
desechos de arseacutenico de la descarga de los sistemas de agua natural [Bissen y Frimmel
2003a][2]
122 MOVILIDAD DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico y sus compuestos son moacuteviles en el ambiente El desgaste por la accioacuten
atmosfeacuterica de rocas convierte los sulfuras arseacutenicos a trioacutexido arseacutenico que incorpora
el ciclo de arseacutenico por disolucioacuten en lluvia los riacuteos o el agua subterraacutenea o como
polvo El ciclo de arseacutenico (Figura 1) existe en la tierra aire y agua despueacutes de la
liberacioacuten del arseacutenico de rocas y suelo Las formas volaacutetiles de arseacutenico se incorporan
a la atmoacutesfera desde la tierra y agua y luego son devueltas por la lluvia o el polvillo
radiactivo atmosfeacuterico Las formas oxidadas de arseacutenico se reducen de nuevo a los
14
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
sulforos bajo condiciones anaerobias en los sedimentos de tierra y de agua [Pontius et
al 1994]
El agua es una de las forman principales del transporte de arseacutenico en el ambiente Las
concentraciones de arseacutenico naturalmente elevadas son particularmente comunes en
lugares con altos actividades geoteacutermicos y en aguas subterraacuteneas en aacutereas mineras
Aunque los niveles de arseacutenico bajos se detectan generalmente en riacuteos y los lagos
concentraciones maacutes altas (hasta varios cientos de microgramos por litro) existen en
aguas superficiales bajo influencia de entradas hidrotermales [Hering et al 1996
Viraraghavanet al 1999][2]
IM rh ln j tniquestiacutel xp ilK
Figura 1 El ciclo global de arseacutenico [Shih 2005]
123 QUIacuteMICA DE ARSEacuteNICO
El arseacutenico cuyo nuacutemero atoacutemico es 33 estaacute situado en la tabla perioacutedica directamente
debajo del foacutesforo El arseacutenico se considera un metaloide y existe en una variedad de
formas y de estados de oxidacioacuten Los dos estados de oxidacioacuten comunes en agua
potable son arsenato As(V) y arsenito As(III) [Brandhuber y Amy 1998]
El arseacutenico existe en formas orgaacutenicas e inorgaacutenicas en agua natural Los compuestos
orgaacutenicos que contienen el arseacutenico tal como aacutecido monometilarsonico y aacutecido
15
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
dimetilarsinico pueden existir en aguas naturales como resultado del uso de pesticidas
organo-arsenicales asiacute como por mecanismos de biometilacioacuten en microorganismos
[Zouboulis y Katsoyiannis 2002] Los microorganismos pueden oxidar arsenito a
arsenato reducen el arsenato a arsenito o auacuten a la arsina (ASH3) Las bacterias y los
hongos pueden reducir el arsenato a los volaacutetiles metilarsinas y las algas marinas
transforman el arsenato a compuestos mediados no volaacutetiles de arseacutenico Los
compuestos orgaacutenicos arsenicales se detectan en el agua superficial maacutes a menudo que
en la agua subterraacutenea [Ning 2002] y de vez en cuando estaacuten presentes en
concentraciones por encima de 1 pgd Por lo tanto las especies orgaacutenicas se consideran
generalmente poco significantes comparada con especie inorgaacutenica de arseacutenico en el
tratamiento de agua potable [Edwards 1994]
El arseacutenico inorgaacutenico es resultado de la disolucioacuten a partir de la fase soacutelida eg
arsenolita (AS2O3) hidruro arseacutenico (AS2O5) y realgar (AS2S2) [Cheng et al 1994] La
quiacutemica del arseacutenico en sistemas acuaacuteticos es compleja y consiste en la oxidacioacuten-
reduccioacuten el intercambio del ligando la precipitacioacuten y la adsorcioacuten [Baneqee et al
1999] En el ambiente natural el arseacutenico se encuentra raramente como elemento libre
y es estable en cuatro estados de oxidacioacuten (- 3 0 +3 +5) pero los dos estados de
oxidacioacuten comunes en agua potable son arseacutenico trivalente y arseacutenico pentavalente Las
especies pentavalentes (+5) o de arsenato solubles son AsO^lsquo HAsO^ H2ASO4rsquo y-i n
H3ASO4 Las especies trivalentes (+3) o de arsenito solubles incluyen AsUuml3lsquo HASO3
H2AsO3 y H3ASO3 [Sorgy Logsdon 1978]
El arseacutenico es un elemento redox-sensible y su existencia distribucioacuten movilidad y
formas dependen de varios factores tales como condiciones de pH reacciones de
reduccioacuten-oxidacioacuten distribucioacuten de otras especies ioacutenicas quiacutemica acuaacutetica y
actividad microbiana De todos estos factores el potencial de oxidacioacuten-reduccioacuten (Eh)
y el pH son los maacutes importantes que controla la especiacioacuten de arseacutenico La Figura 2
ilustra las relaciones entre Eh el pH y especies acuosas arseacutenicas
16
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Most groundV w auri
075 -
Eh (7011]
025
^7S
V IMost surf tee
watir
HAsO As t
QuumlaSSj
Ai H iigt(AS)
6 8pH
Figura 2 El diagrama Eh-pH para arseacutenico a 25 degC y 1 atm con arseacutenico total 10rsquo5 m ol^ y sulfuro total 10deg mol^ las especies soacutelidas estaacuten indicadas en pareacutentesis en aacutereas entrecruzadas [Shih 2005][2]
yBajo condiciones oxidantes el HASO4rsquo es dominante en un pH alto el H2ASO4
predomina en pH menores a 69 y el H3ASO4 es dominante en condiciones
extremadamente aacutecidas [Shih 2005] Bajo condiciones anoxica el arsenito es estable
con especies no ioacutenica (H3ASO3) y anioacutenica (H2ASO3) dominantes debajo y sobre pH
922 respectivamente En presencia de sulfuras la precipitacioacuten de realgar (AS2S2) o el
oropimento (AS2S3) puede remover arsenito soluble y ejercer control considerable sobre
niveles traza de arseacutenico [Ferguson y Gavis 1972]
Se ha encontrado que las especies disueltas del arsenato y del arsenito existen
simultaacuteneamente en muchas aguas subterraacuteneas contaminadas Aunque es conocido
ampliamente que el arsenato es la especie principal en agua subterraacutenea este aumenta la
evidencia que indica que el arsenito pudo ser el maacutes frecuente que ha sido previamente
oxidado puesto que el agua subterraacutenea es a menudo reductor (valor negativa de Eh)
17
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
[Shih 2005] En aguas reductoras el arsenito se encuentra en alguna forma de aacutecido
arsenioso que ionice seguacuten las ecuaciones siguientes [Kartinen y Martin 1995]
H3As0 3 ^ H + + H2As0 3 pKa - 922
H2As0 3 ^ H+ + HAs032lsquopKa = 123
En aguas oxigenadas generalmente las aguas superficiales el arsenato debe dominar
foertemente sobre arsenito - por lo menos en base a la termodinaacutemica [Cullen y Reimer
1989] El arseacutenico pentavalente se encuentra normalmente en agua como aacutecido arseacutenico
que ioniza seguacuten las siguientes ecuaciones [Kartinen y Martin 1995]
H3As04 mdash H++ H2As0 4 pKa = 22
H2As0 4 ^ H + + HAs042lsquo pKa = 708
HAs0 42 ^ H + + A s043lsquo pKa = 115
Las reacciones aacutecido-base del arsenito y del arsenato se pueden asumir para que existan
simultaacuteneamente sin embargo los periacuteodos para los cambios entre los estados de
oxidacioacuten son inciertos en aguas naturales Por ejemplo la conversioacuten de arsenito a
arsenato en agua oxigenada es termodinaacutemicamente favorecida pero la velocidad de la
transformacioacuten puede tomar diacuteas semanas o meses dependiendo de las condiciones
especiacuteficas Las soluciones aacutecidas o alcalinas foertes la presencia de las sales de cobre
el carboacuten los catalizadores desconocidos y temperaturas maacutes altas pueden aumentar la
velocidad de oxidacioacuten La presencia del oacutexido de manganeso de cloruro de
permanganate y de otros oxidantes puede transformar directamente arsenito a arsenato
en ausencia de oxiacutegeno La reduccioacuten del arsenato a arsenito en condiciones anaerobias
puede requerir la mediacioacuten bacteriana puesto que la conversioacuten es quiacutemicamente lenta
[Edwards 1994 Jiang 2001][2]
13 IMPACTO DE ARSEacuteNICO A LA SALUD
131 REGULACIONES
Debido a la carcinogenicidad de algunos compuestos arseacutenicos las agencias reguladoras
han establecido el nivel maacuteximo del contaminante para el arseacutenico en agua potable El
objetivo es reducir la exposicioacuten al arseacutenico a un nivel cerca de cero como sea posible
considerando sus efectos a la salud y toxicologiacutea existencia exposicioacuten humana
viabilidad de la tecnologiacutea del tratamiento disponibilidad de teacutecnicas analiacuteticas para
18
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
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3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
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4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
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en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
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8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
cuantifiacutecar los niveles inferiores del arseacutenico y del riesgo estimado para el caacutencer como
consecuencia de la exposicioacuten a largo plazo [Viraraghavan et al 1999]
La Organizacioacuten Mundial de la Salud (WHO) establecioacute un liacutemite permisible de 02
mgL en 1958 y el liacutemite fee bajado a 005 mgL en 1963 El servicio meacutedico puacuteblico
de los Estados Unidos (1962) recomendoacute una concentracioacuten maacutexima de 001 mgL y el
liacutemite maacuteximo permitido de 005 mgL feeron establecidos para el arseacutenico en
abastecimientos de agua puacuteblicos [Ferguson y Gavis 1972]
En 1974 el Acta para Agua Potable Segura (SDWA) introdujo los niveles maacuteximos de
contaminante (MCL siglas en ingles) como estaacutendares nacionales del agua potable y la
Agencia de Proteccioacuten del medio ambiente (EPA) fee requerida a revisar
perioacutedicamente el estaacutendar Dependiendo de los estaacutendares establecidos por servicio
meacutedico puacuteblico en 1942 el EPA reguloacute el nivel maacuteximo de arseacutenico en 50 pgL en agua
potable en 1975 Aunque el WHO adoptoacute la misma recomendacioacuten de 50 pgL en 1984
estudios recientes conducidos en la carcinogenicidad del arseacutenico y sus efectos a la
salud a largo plazo han incitado la nueva evaluacioacuten del MCL de arseacutenico de 50 pgL
En 1993 WHO bajoacute el nivel recomendado de arseacutenico a 10 pgL y en 2002 EPA
publicoacute un estaacutendar revisado para fijar el nuevo MCL para el arseacutenico en 10 pgL [Ning
2002 Chwirka et al 2004][2]
El Centro Internacional de Investigaciones sobre Caacutencer lo ha clasificado en el grupo I
porque tienen pruebas suficientes de la carcinogenicidad para seres humanos La
eliminacioacuten natural del organismo humano es por viacutea urinaria heces sudor y epitelio de
la piel (descamacioacuten)
Algunos estudios de toxicidad del arseacutenico indican que muchas de las normas actuales
basadas en las guiacuteas de la OMS son muy altas y plantean la necesidad de reevaluar los
valores liacutemites basaacutendose en estudios epidemioloacutegicos A continuacioacuten en la Tabla 1 se
presentan valores guiacuteas para arseacutenico establecido por varias agencias reguladoras
19
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Tabla 1 Valores guiacuteas establecidas como Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC) por organismos de control para arseacutenico en agua de consumo humano
PaiacutesOrganizacioacuten Niveles Maacuteximos de Contaminante
(NMC)pgL
Canadaacute 0025
USA 0050
Francia 0050
Alemania 0040
OMS 0010
CEE 0050
India 0050
China 0050
Taiwaacuten 0050
Peruacute 0100
En Ameacuterica Latina ha podido apreciarse que a niveles similares de arseacutenico en
diferentes condiciones (climatoloacutegicas de nutricioacuten y otros) el nivel de afectacioacuten es
diferente [1]
132 TOXICIDAD
El arseacutenico es considerado a ser un elemento esencial pero muchos compuestos de
arseacutenico son conocidos a ser toacutexicos [Bissen y Frimmel 2003a] La dosis mortal para
los adultos es 1-4 mg Askg peso corporal Los seres humanos estaacuten expuestos al
arseacutenico del aire alimento y agua La concentracioacuten de arseacutenico en aire es
generalmente solo pocos ng Asm3 y el promedio estimado en los Estados Unidos es
0006 pgL Asm3 El alimento es una fuente importante del arseacutenico Seguacuten los
estudios en Canadaacute el contenido de arseacutenico de muchos alimentos es principalmente
inorgaacutenico (tiacutepicamente 65-75 por ciento) a excepcioacuten de pescados las frutas y las
vegetales Las diferencias en haacutebitos de comer afectan perceptiblemente el consumo de
20
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
arseacutenico inorgaacutenico puesto que algunos tipos de alimentos contienen niveles arseacutenicos
mucho maacutes altos Por ejemplo los cangrejos la langosta y el camaroacuten marinas
contienen cerca de 10-40 mg As^g mientras que el cerdo la came de vaca y los
pescados de agua dulce tienen niveles arseacutenicos menos de 1 mg A s^g [Pontius y otros
1994]
La fuente maacutes importante de exposicioacuten a arseacutenico es la ingestioacuten de agua potable y
los niveles de arseacutenico son generalmente maacutes altos en agua subterraacutenea especialmente
donde las condiciones geoquiacutemicas favorecen la disolucioacuten del arseacutenico [Pontius et al
1994] En seis distritos de Bengala del oeste la India los niveles de arseacutenico en agua
subterraacutenea donde la fuente de arseacutenico es geoloacutegica se ha encontrado por encima del
liacutemite m ^im o permitido (50 pgL) Un examen al suministro de agua subterraacutenea en el
condado de Halifax (Nueva Escocia Canadaacute) reveloacute que la contaminacioacuten con arseacutenico
estaba por encima de 500 pgL en por lo menos el 10 de las muestras y el 23 de las
muestras contenia arseacutenico maacutes alto de 250 pgL [Viraraghavan et al 1999]
El arseacutenico forma compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y los compuestos inorgaacutenicos
son maacutes toacutexicos que los compuestos orgaacutenicos La toxicidad de arsenito las especies
inorgaacutenicas trivalentes es maacutes alta que la toxicidad del arseniato la especie
pentavalente [Sorg y Logsdon 1978] La escala de la toxicidad del arseacutenico se puede
presentar en esa orden que disminuye arsina gt As(III) inorgaacutenicogt As(III) orgaacutenico gt
As(V) inorgaacutenico gt As(V) orgaacutenico gt compuestos arsenicales y arseacutenico elemental
[Pontius et al 1994] La toxicidad del As+3 es lOveces mayor que la del As+5 y la dosis
letal para adultos es de 1-4 mg A s^g Ademaacutes del estado de oxidacioacuten y de la forma
quiacutemica de arseacutenico su solubilidad en los medios bioloacutegicos tambieacuten afecta la toxicidad
del arseacutenico [Viraraghavan et al 1999]
Para evaluar la proteccioacuten sanitaria el MCL actual proporcionada para el arseacutenico los
efectos a la salud del arseacutenico se cuantifican considerando la toxicidad aguda
(exposiciones relativamente altas por un periacuteodo a corto plazo dando por resultado
efectos con excepcioacuten del caacutencer) la toxicidad croacutenica (exposiciones relativamente
bajas durante un largo periodo del tiempo que causa enfermedades con excepcioacuten de
caacutencer) y los efectos del caacutencer (el riesgo del caacutencer en diversos niveles de exposicioacuten)
[Pontius et al 1994] El envenenamiento al arseacutenico implica cuatro aacutereas importantes
21
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
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son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
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que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
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El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
(1) sistema digestivo (2) piel (3) sistema nervioso (4) paraacutelisis del motor que causa la
muerte por paraacutelisis del corazoacuten [Gulledge y O Connor 1973]
El arseacutenico en abastecimientos de agua causa el envenenamiento croacutenico maacutes raacutepido
que el envenenamiento agudo por lo tanto la toxicidad croacutenica del arseacutenico es la
principal preocupacioacuten en la evaluacioacuten referente a la salud del arseacutenico en agua potable
[Ferguson y Gavis 1972] El envenenamiento croacutenico de arseacutenico conduce a siacutentomas
no especiacuteficos incluyendo la debilidad croacutenica la peacuterdida de reflejos la gastritis el
anorexia la peacuterdida del peso la peacuterdida del pelo y la exposicioacuten a largo plazo termina
en hiperpigmentacioacuten enfermedades cardiovasculares disturbio en sistemas nerviosos y
desoacuterdenes circulatorios Las muestras comunes del envenenamiento agudo con
arseacutenico son voacutemitos sequedad de la boca y la garganta calambres del muacutesculo
desoacuterdenes circulatorios debilidad nerviosa alucinaciones y el shock fetal puede darse
debido a la insuficiencia renal [Bissen y Frimmel 2003a]
La consecuencia maacutes significante es el efecto del caacutencer en vanos oacuterganos
especialmente en la piel el pulmoacuten el rintildeoacuten y la vejiga Por lo tanto el arseacutenico se ha
clasificado como agente carcinoacutegeno humano y es de preocupacioacuten puacuteblica debido a su
origen natural y uso extenso en la industria [Shih 2005][2]
22
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
CAPITULO II2 TRATAMIENTOS PARA
REMOCION DE ARSENICO
23
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
CAPIacuteTULO II TRATAMIENTO PARA REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO
21 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR PROCESOS DE TRATAMIENTO
CONVENCIONAL
En general el tratamiento de agua potable estaacute orientado a remover color turbiedad y
microorganismos de origen fecal
Esta remocioacuten se logra a traveacutes de una combinacioacuten adecuada de procesos de
coagulacioacuten- Floculacioacuten-Sedimentacioacuten-Filtracioacuten y Desinfeccioacuten
Pero cuando se desea remover elementos quiacutemicos del agua como el arseacutenico es
necesario recurrir a meacutetodos maacutes complejos
Teacutecnicas empleadas para la remocioacuten de arseacutenico
1 Adsorcioacuten^oprecipitacioacuten usando sales de hierro y aluminio
2 Adsorcioacuten en aluacutemina activad^ carboacuten activado bauxita activada
3 Osmosis inversa
4 Intercambio ioacutenico
5 Oxidacioacuten seguida de filtracioacuten
En las plantas de tratamiento de agua el As+5 puede ser removido en forma efectiva por
coagulacioacuten con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con
cal y soda Los coagulantes sentildealados se hidrolizan formando hidroacutexidos sobre los
cuales el As+S se adsorbe y coprecipita con otros iones metaacutelicos
De acuerdo con la literatura aguas naturales con gran cantidad de coloides requieren de
altas concentraciones de coagulantes para lograr eficiencias de remocioacuten semejantes a
las sentildealadas en la Tabla 2
24
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Tabla 2 Eficiencia de coagulantes en la remocioacuten de Arseacutenico (III) y Arseacutenico (V)
Arsenato As+5 Arsenito As+J
Coagulante Remocioacuten () PH Remocioacuten () PHSulfato feacuterrico (Fe2(S04)3) 100 lt90 20 lt90
Sulfato de Aluminio AbCSO^ 90 lt70 50 lt70
La remocioacuten de arseacutenico con procesos convencionales de coagulacioacuten con sales de
aluminio y hierro y ablandamiento con soda son dependientes del pH del agua tratada
del tipo y dosis de coagulante asiacute como de la concentracioacuten inicial de este elemento
Cuando la concentracioacuten de arseacutenico en el agua cruda es superior a 10 mgL la
remocioacuten de arseacutenico disminuye a medida que aumenta la concentracioacuten inicial
particularmente si se usa sulfato de aluminio La coagulacioacuten con sulfato de aluminio o
cloruro feacuterrico no remueve en forma tan eficiente el As+3 como en el caso del As+5 El
primero requiere de oxidacioacuten preliminar para ser removido por coagulacioacuten
convencional yo ablandamiento con cal yo soda
bull bull bull x lCon la precloracioacuten se obtiene una remocioacuten del As similar a aquella alcanzada para el
As+5 con el mismo tratamiento debido a que las constantes de disociacioacuten del As+5 son
menores que las del As+3 y por lo tanto su disociacioacuten es mayor La eficiencia de
remocioacuten de As+5 comparada con la de As+3 justifica la oxidacioacuten del agua subterraacutenea
antes del tratamiento La oxidacioacuten del As+3 a As+5 se produce seguacuten las siguientes
reacciones
H sA sOj 4- H 2O +fOx] ------ H A sO f + 3LT
H3AsOiacute + H 0 + |O x |----- HA$Of2 + 4H
Despueacutes de la oxidacioacuten el As+5 se debe adsorber en los flocs formados por la
coagulacioacuten de los coloides presentes en la masa de agua por accioacuten del hidroacutexido de
aluminio o del hierro Probablemente la adsorcioacuten se produzca maacutes por un efecto fiacutesico
que quiacutemico debido a las foerzas de atraccioacuten superficiales que posibilitan el fenoacutemeno
25
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Los procesos de tratamiento convencionales para la remocioacuten del arseacutenico se pueden
clasificar basaacutendose en los siguientes mecanismos implicados (1) precipitacioacuten (2)
adsorcioacuten (3) intercambio ioacutenico (4) tecnologiacutea de membrana
La precipitacioacuten es un proceso que implica la combinacioacuten de aniones y de cationes y
la adsorcioacuten es una tecnologiacutea que utiliza los materiales que tienen una afinidad fuerte
por el arseacutenico disuelto El proceso del intercambio ioacutenico intercambia los aniones
arseacutenicos por cloruro u otros aniones en los sitios activos de la resina La tecnologiacutea de
la membrana remueve el arseacutenico basado en principios fiacutesicos permitiendo que el agua
pase por medio de filtros especiales reteniendo las impurezas del agua [Shih 2005]
La USEPA determinoacute siete tecnologiacuteas de remocioacuten de arseacutenico como las mejores
tecnologiacuteas disponibles (BATs iniciales en ingles) el porcentaje de remocioacuten indicada
son para arsenato y estas tecnologiacuteas relacionado con sus maacuteximo remocioacuten de arseacutenico
se dan en la Tabla 3 [Wickramansinghe et al 2004]
Tabla 3 Las mejores tecnologiacuteas disponibles (BATs) y su eficiencia de remocioacuten de arseacutenico [Wickramansinghe et al 2004][2]
Tecnologiacutea de tratamiento Remocioacuten de arseacutenico Intercambio Ioacutenico 95Aluacutemina Activada 95Osmosis Inversa gt95CoagulacioacutenFiltracioacuten Modificada 95Ablandamiento con cal modificado (pHgt105) 90Electrodiaacutelisis Inversa 85OxidacioacutenFiltracioacuten (HierroArseacutenico=201) 80
Chwirka et al [2000] ha evaluado tres tecnologiacuteas del tratamiento intercambio ioacutenico
(lo) coagulacioacuten con hidroacutexido de hierro seguida por microfiltracioacuten (CMF) y aluacutemina
activado (AA) para remover el arseacutenico del agua subterraacutenea en Albuquerque NM Los
factores considerados en este estudio incluyen costos de capital costes de operacioacuten y
de mantenimiento administracioacuten de los productos quiacutemicos peligrosos usados durante
el proceso volumen y administracioacuten de residuales y la cantidad de agua perdida por
cada opcioacuten de tratamiento El proceso de CMF se encontroacute que tiene los costos de
capitales anuales maacutes bajos de operacioacuten y mantenimiento entre estos tres procesos Chen et al [1999] tambieacuten realizoacute un anaacutelisis del costo para seleccionar la opcioacuten de
26
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
tratamiento a mas bajo costo para arseacutenico y el tratamiento convencional modificado
foe determinado como el tratamiento maacutes rentable
La oxidacioacuten la coagulacioacutenla precipitacioacuten y la adsorcioacuten son las tecnologiacuteas de uso
mas general para la remocioacuten de arseacutenico de aguas superficiales y subterraacuteneas
alcanzando concentraciones residuales de arseacutenico en el rango de 5-10 pgL contra
concentraciones de arseacutenico del efluente en el rango de 10-500 pgL [Jiang 2001] Hay
tres mecanismos que pueden ocurrir durante la remocioacuten de arseacutenico
bull Precipitacioacuten (formacioacuten de compuestos insolubles)
bull Coprecipitacioacuten (incorporacioacuten de especies de arseacutenico soluble en los
precipitados)
bull Adsorcioacuten (formacioacuten de superficies complejas entre el arseacutenico soluble y las
superficies extemas de los hidroacutexidos insolubles del metal)
Entre todos estos mecanismos la precipitacioacuten directa es la de menos importancia en la
remocioacuten de arseacutenico mientras que la coprecipitacioacuten y la adsorcioacuten son mecanismos
activos de la remocioacuten [MIT 2001]
La Adsorcioacuten-coprecipitacioacuten con metales hidrolizantes especialmente hierro (III) se
utiliza mayormente para remover el arseacutenico soluble [AWWA committe Report 1993]
Seguacuten varios estudios de remocioacuten de arseacutenico no habiacutea diferencia en la cantidad de
arseniato fijada por adsorcioacuten por el cloruro feacuterrico o el sulfato feacuterrico Asiacute la presencia
de iones sulfato teniacutea poco efecto en la remocioacuten de arseacutenico por los compuestos de
hierro [Han et al 2002 Wickramasinghe et al 2004]
Muchos estudios han demostrado que el hierro como coagulante y como adsorbente
puede remover el arseacutenico eficientemente En el tratamiento de aguas los oacutexidos
feacuterricos acuosos se pueden precipitar in situ durante la coagulacioacuten con las sales de
hierro o durante la oxidacioacuten de hierro (II) que contienen las aguas subterraacuteneas [Wilkie
y Hering 1996] Debido a su alta capacidad de adsorcioacuten oacutexidos de hierro cubierto con
arena fee recientemente determinado ser una tecnologiacutea prometedora para alcanzar
niveles muy bajos de arseacutenico [Joshi y Chaudhuri 1996 TOmnavukkarasu et al 2003
2005]
27
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Saha et al Usoacute precipitacioacuten convencional (sal del alumbre y de hierro) y meacutetodos de
adsorcioacuten (con varios adsorbentes) para la remocioacuten de arseacutenico y observoacute que la sal de
hierro como coagulante y el oacutexido feacuterrico granular acuoso como lecho adsorbente
podriacutean remover el arseacutenico eficientemente En su estudio el hierro foe encontrado ser
maacutes eficiente que el alumbre puesto que todo el coagulante feacuterrico agregado forma
partiacuteculas de Fe(OH)3- Maacutes del 95 de remocioacuten de arseacutenico foe alcanzado usando 10
mgL de sulfato feacuterrico en pH neutro para una concentracioacuten inicial de arseacutenico de 100
pgL Oacutexidos feacuterricos granulares acuosos foe demostrado ser un excelente adsorbente
para remocioacuten de arseacutenico de agua potable contaminada con 99 de remocioacuten de
arseacutenico como As(V) y 85 de remocioacuten de As(III) a pH neutro usando concentracioacuten
inicial de arseacutenico de 1 mgL [Saha et al][2]
22 PROCESOS DE LA COAGULACIOacuteN
La coagulacioacuten incluye todos los mecanismos en el proceso total del crecimiento y de
agregacioacuten de la partiacutecula incluyendo la formacioacuten in situ del coagulante la
desestabilizacioacuten quiacutemica de la partiacutecula y contactos fiacutesicos inter-partiacutecula La ventaja
del proceso de coagulacioacuten es que los coagulantes (sales feacuterrica) son faacutecilmente
disponible barato no peligrosos y faacuteciles de manipular [Bissen y Frimmel 2003b]
El proceso de coagulacioacuten filtracioacuten se ha utilizado tradicionalmente para remover los
soacutelidos de foentes de agua potable sin embargo puede tambieacuten remover especies
disueltas por adsorcioacuten sobre las partiacuteculas hidroacutexidos del metal que son producidas por
la adicioacuten de sales del metal tales como cloruro feacuterrico y sulfato feacuterrico Los
componentes importantes de una coagulacioacutenfiltracioacuten baacutesica son sistemas de
alimentacioacuten quiacutemicos equipo de mezcla material para la mezcla raacutepida floculacioacuten
colocar el filtro media instalaciones de turbulencia del filtro y el equipo de direccioacuten
del lodo [EPA 2000]
Edwards [1994] llevo a cabo estudios de coagulacioacuten a escala laboratorio y reveloacute que
90pM (5 mgL) de Fe remueve maacutes del 80 de arsenito con concentracioacuten inicial 300
ppb en rango del pH de 55 a 80 El autor tambieacuten predijo remocioacuten del arsenito y del
arseniato con 50 ppb de concentracioacuten inicial usando un modelo de adsorcioacuten de capa
difosa y datos anteriores La remocioacuten del arseniato foe alrededor del 100 en pH
28
neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
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neutro cuando 5 mgL o dosis maacutes altas de FeC^ faeron utilizados mientras que la
remocioacuten de arsenito fae cerca del 70 y 89 a pH neutro cuando fueron aplicadas
dosis de 5 mgL y 20 mgL de FeC^ respectivamente
Wickramansinghe et al [2004] investigoacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacuten y
filtracioacuten usando agua subterraacutenea de una ciudad en Colorado meridional EEUU y de
Sonargaon Bangladesh Los experimentos a escala laboratorio indicoacute que la
coagulacioacuten con iones feacuterricos seguidos por filtracioacuten es eficaz para la remocioacuten de
arseacutenico pero la eficacia real es sobre todo dependiente de la calidad del agua cruda
Han et al [2003] Tambieacuten estudioacute la remocioacuten de arseacutenico por coagulacioacutenfiltracioacuten
modificadas usando agua subterraacutenea de una pequentildea ciudad rural en Colorado y
alcanzoacute concentraciones de arseacutenico residual mas bajos de 2 ppb con dosis de ioacuten
feacuterrico de 6 mgL a pH inicial de 68 a partir de concentracioacuten inicial de arseacutenico de 68
ppb
Los experimentos pilotos faeron llevados a cabo en Albuquerque NM estacioacuten aeacutereo
naval NV y en El Paso Water Utility Tx para evaluar la eficacia de remocioacuten de
arseacutenico del agua subterraacutenea usando procesos de coagulacioacutenmicrofiltracioacuten y la
salida de arseacutenico fae reducido a niveles por debajo de los liacutemites de deteccioacuten cuando
se mantiene la dosis de pH y FeC^ apropiada [Chwirka et al 2004]
Ghurye et al [2004] ha realizado pruebas a escala laboratorio y un estudio piloto en
Albuquerque NM para determinar los impactos de variables operacionales en la
remocioacuten de arseacutenico usando la coagulacioacuten de hierro seguida por la microfiltracioacuten
directa El pH y la dosis feacuterrica faeron determinados ser los paraacutemetros maacutes
significativos para la remocioacuten de arseacutenico Concentraciones de arseacutenico maacutes bajo de 2
ppb fae alcanzado usando una dosis de 7 mgL de Fe sin reduccioacuten deliberada del pH
(pH=73) o una dosis de 19 mgL de Fe con adicioacuten de aacutecido sulfuacuterico para bajar el pH
a 64 para concentracioacuten inicial de arseniato de ppb 40
Despueacutes de realizar pruebas a escala piloto Cheng et al [1994] indicoacute que
concentracioacuten residual de 022 ppb de arseacutenico se podriacutean alcanzar por coagulacioacuten
mejorada cuando una dosis de 10 mgL de FeC^ se utiliza para remocioacuten de arseacutenico
con una concentracioacuten en el efluente menos de 5 ppb Scott et al [1995] evaluoacute la
remocioacuten de arseacutenico en una planta de tratamiento convencional a escala completa y
29
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
demostroacute que la remocioacuten de arseacutenico fre de 81 a 96 por ciento cuando la frente de
agua tiene concentracioacuten inicial de arseacutenico de 21 pgL y fre tratada con 3 a 10 mgL
de cloruro feacuterrico[2]
23 EFECTOS DE LOS PARAacuteMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN LA REMOCIOacuteN ARSEacuteNICO
Los procesos de coagulacioacuten y remocioacuten con Fe-citrato pueden convertir el arseacutenico
soluble en productos insolubles de la reaccioacuten y facilitar asiacute su remocioacuten del agua por
filtracioacuten o sedimentacioacuten Puesto que la eficiencia del proceso de remocioacuten de arseacutenico
depende de la remocioacuten de arseacutenico soluble y de los particulados resultantes los
problemas con otros proceso pueden limitar la remocioacuten de arseacutenico [Edwards 1994]
Por lo tanto el impacto de los paraacutemetros de la calidad del agua en la eficiencia del
proceso se debe considerar cuidadosamente
231 pH
El predominio del aacutecido arseacutenico (V) H3ASO4 y del aacutecido arsenioso HASO2 en aguas
naturales es un tema significativo al considerar los mecanismos de remocioacuten de
arseacutenico Es evidente que en pH de 7 a 8 el aacutecido arseacutenico estaacute extensamente ionizado
como ioacuten bivalente mientras que los remanentes de aacutecidos arseniosos en gran parte no
ionizados Debido a la carga ioacutenica arseniato puede ser removido faacutecilmente que el
arsenito [Ning 2002]
En agua aireada el arsenito tiende a ser oxidado a arseniato especialmente en pH
alcalino y el arseniato se puede reducir a arsenito en rangos bajas de pH [Pontius et al
1994] Se espera que la remocioacuten de arsenito es eficiente en el rango de pH 8-11
mientras que la remocioacuten de arseniato es eficiente en el rango de pH 4-7 [AWWA
committeeReport 1993)
Es tambieacuten significativo el rango de pH del agua de alimentacioacuten para la efectividad de
las partiacuteculas del oacutexido de hierro para remover el arseacutenico Cuando una sal de hierro
por ejemplo un FeCL se agrega al agua eacuteste se hidroliza para formar el hidroacutexido
feacuterrico Fe(OH)3 que tiene una carga positiva neta en la superficie de las partiacuteculas
formadas La carga positiva neta de las partiacuteculas del Fe(OH)3 cambia dependiendo del
pH del agua y como el pH del agua de alimentacioacuten disminuye el n ^ e ro de sitios
30
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
cargados positivamente en las partiacuteculas del Fe(OH)3 aumenta Seguacuten el diagrama de
especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (Figura 3) un pH alrededor de 73 se requiere para que
las partiacuteculas Fe(OH)3(S) tenga una carga positiva neta Puesto que el arseniato es un
anioacuten y fijaraacute por adsorcioacuten sobre partiacuteculas de Fe(OH)3 cargado positivamente por
complejacioacuten superficial la remocioacuten de arseacutenico se debe optimizar en un pH de 73 o
menor La remocioacuten de arseacutenico puede ocurrir tambieacuten en niveles de pH maacutes altos pero
no tan eficiente como en valores de pH maacutes bajos [Chwirka et al 2004] Tambieacuten se ha
reportado que la mejor remocioacuten de arseacutenico en valores de pH bajos es debido a la
concentracioacuten decreciente del anioacuten hidroacutexido que es un excelente ligando que compite
fuertemente con el arseacutenico por sitios de adsorcioacuten [Ghurye et al 2004]
Fe(OH)2+ii Fe(OH)3----------Fe(OH)4-
Figura 3 Especiacioacuten del hidroacutexido feacuterrico (las especies son Fe(OH)2+rsquo Fe(OH)3 and Fe(OH)4 respectivamente) [Chwirka et al 2004]
Se ha reportado que la coagulacioacuten con incremento de pH decrece el porcentaje de
remocioacuten de arseacutenico y el pH oacuteptimo para la remocioacuten de arseacutenico con cloruro feacuterrico
feacutee determinado ser 70 [Jiang 2001] La adsorcioacuten del arseniato se ha demostrado que
disminuye con el incremento de pH en el rango de 4-9 [Wickramansinghe et al 2004] y
la disminucioacuten es maacutes pronunciada en valores de pH mayores a 80 [Gulledge y
OrsquoConnor 1973]
31
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
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son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
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que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
En banco de datos de los estudios indica que la eficiencia de remocioacuten de arseacutenico de
las feacuteentes de aguas y de aguas dulces artificiales que feacutee examinada durante la
coagulacioacuten con cloruro feacuterrico aproximadamente el 60 por ciento de remocioacuten del
arseniato feacuteeron observados en valores de pH maacutes altos (particularmente en pH 90)
mientras que maacutes de 90 por ciento de remocioacuten de arseacutenico feacuteeron alcanzados en pH
neutro cuando las aguas de la feacuteente feacuteeron agregadas con 20 pgL de arseniato [Hering
et al 1997] [2]
232 RELACIOacuteN FeAs
Muchos estudios demostraron que mayores eficiencias de remocioacuten de arseacutenico se
pueden alcanzar generalmente con concentraciones de hierro crecientes [Gulledge y O
Conner 1973 Edwards 1994 Cheng et al 1994 Scottetal 1995]
La adsorcioacuten de arseacutenico sobre el hidroacutexido feacuterrico feacutee estudiada para el arsenito y
arseniato en un rango de pH de 4-9 variando la relacioacuten hierroarseacutenico El grado de
adsorcioacuten de arsenito en pH 4 y 7 feacutee demostrado ser feacuteertemente dependiente de la
concentracioacuten total de arsenito y una mayor adsorcioacuten feacutee observada incrementando la
relacioacuten FeAs [Wilkie y Hering 1996]
Sorg y Logsdon [1978] observaron que la relacioacuten molar hierroarseacutenico de 20 es
suficiente para la remocioacuten de arseacutenico en rango de pH de 61 a 72 y Bissen y Frimmel
[2003b] reportaron que una relacioacuten molar hierroarseacutenico de 7 es bastante alta para
niveles de arseacutenicos mas bajos debajo del limite de concentracioacuten maacutexima (LCM) actual
para arseacutenico de 10 pgL para aguas crudas que contienen inicialmente arseacutenico de 50 a
200 pgL Banerjee et al [1999] alcanzaron concentraciones de arseacutenico solubles por
debajo de 50 pgL con relacioacuten hierroarseacutenico de 10 para el tipo de agua subterraacutenea
estudiada
Los experimentos de adsorcioacuten y coagulacioacuten llevados a cabo por Hering et al [1997]
mostraron similares tendencias para remocioacuten de arseacutenico indicando que la adsorcioacuten
sobre los hidroacutexidos recientemente precipitados del metal es un mecanismo importante
durante el proceso de coagulacioacuten y adsorcioacuten de arseacutenico llegando a ser maacutes
significativas en relaciones altas de hierroarseacutenico Mamtaz y Bache realizaron estudios
experimentales para evaluar la adsorcioacuten-coprecipitation con hierro existente
32
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
naturalmente en aguas subterraacuteneas Tambieacuten revelaron que la adsorcioacuten puede ser el
mecanismo dominante cuando la relacioacuten de peso de FeAs es igual a o mayor que 10 y
observaron que la eficiencia de remocioacuten de arsenito es influenciada fuertemente por la
relacioacuten FeAs [Mamtazy Bache][2]
233 CONCENTRACIONES INICIALES DE As(III)As (V)
La valencia y la especiacioacuten de arseacutenico soluble son muy significativos en la evaluacioacuten
de remocioacuten de arseacutenico puesto que las tecnologiacuteas convencionales de tratamiento
usadas para la remocioacuten de arseacutenico confian en la adsorcioacuten y coprecipitacioacuten de
arseacutenico en los hidroacutexidos de metal [Fields et al 2000]
En muchos estudios el grado de adsorcioacuten arseacutenica por los oacutexidos de hierro fue
reportado ser maacutes dependiente de su estado de oxidacioacuten que el pH dentro del rango de
pH de 55-75 [Wickramansinghe et al 2004] La remocioacuten de arsenito por las sales de
hierro fue encontrado ser menos eficaz y maacutes fuertemente dependiente en la
composicioacuten en el agua subterraacutenea que la remocioacuten de arseniato [Shen 1973 Sorg y
Logsdon 1978 Edwards 1994 Hering et al 1997 Jiang 2001] Si alguacuten arsenito estaacute
presente en el agua cruda convertir arsenito mal absorbido a arseniato es la manera maacutes
rentable de mejorar la remocioacuten de arseacutenico [Borho y Wilderer 1996 McNeill y
Edwards 1997] Ghurye et al [2004] Las pruebas llevados para determinar los efectos
del estado de oxidacioacuten (+3 vs +5) de arseacutenico en la coagulacioacuten del hierro y el proceso
directo de la microfiltracioacuten concluyoacute que el arseniato fue removido mejor que arsenito
en el rango de pH de 55-86 y la concentracioacuten inicial de arseacutenico en el rango de 10-44
pgL no teniacutea ninguacuten efecto en el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico Hering et al
[1996] observaron mejores remociones con el arseniato que con arsenito en estudios de
coagulacioacuten y de adsorcioacuten La remocioacuten completo del arseniato para concentracioacuten
inicial de 20 pgL fue observado para las dosis del coagulante sobre 5 mg1 FeCL en pH
neutro sin embargo la remocioacuten incompleto del arsenito fee observado bajo el mismo
rango de condiciones experimentales
La remocioacuten de arsenito fee aproximadamente de 40 cuando fee coagulada con 1
mgL Fe(III) mientras que alrededor de 90 de remocioacuten de arseniato se observoacute para
la misma concentracioacuten inicial de arseniato (20 mgL) y para la misma dosis de
33
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
coagulante La mayor remocioacuten de arsenito fee alrededor del 80 cuando fee coagulada
con 20 mgL FeC^ a pH 70 SORG y Logsdon [1978] reportaron que la concentracioacuten
inicial de arseacutenico afecta de manera significativa la remocioacuten de arseacutenico Para
concentraciones iniciales de arseniato de alrededor de 1 mgL una dosis de 30 mgL de
alumbre o sulfato feacuterrico ha logrado remocioacuten superior al 95 de arsenato sin
embargo el porcentaje de eliminacioacuten disminuyoacute con el aumento de las
concentraciones Para concentracioacuten inicial de arsenito superiores a 01 mgL ninguno
de los coagulantes en dosis de 30 mgL pudo remover el arsenito por debajo de 005
mgL a menos que se preoxide el arsenito con cloro a arseniato Edwards [1994] evaluoacute
los efectos de pH dosis de coagulante y la concentracioacuten inicial de arseacutenico como
arseniato y arsenito en la remocioacuten de acuerdo con las predicciones basadas en los datos
existentes y el uso de un modelo capa-difusa El coagulante en dosis superiores a 5
mgL como FeC^ indica que la remocioacuten de arseniato tiene una mayor dependencia del
pH y una menor dependencia de la dosis del coagulante o la concentracioacuten inicial de
arseniato En cambio la remocioacuten de arseacutenico no ioacutenico de arsenito no es dependiente
de pH pero es maacutes influenciada por la concentracioacuten inicial de arsenito y dosis del
coagulante Hering et al [1996] demostroacute que durante experimentos de coagulacioacuten con
49 mgL de cloruro feacuterrico la remocioacuten tanto de arsenito y arseniato fee casi constante
a pesar que la concentracioacuten inicial de arseacutenico variacutea de 20 a 100 mgL Cheng et al
[1994] tambieacuten alcanzo porcentajes de remocioacuten casi constante de arseacutenico con distintos
influyentes de arseniato con picos de 22 a 128 mgL durante la coagulacioacuten con 30
mgL de cloruro feacuterrico [2]
24 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR TECNOLOGIacuteAS ECONOacuteMICAS A
NIVEL RURAL
Desde 2002 en el marco del Proyecto OEAAE141 de la Agencia Interamericana para
la Cooperacioacuten y el Desarrollo (AICD) un grupo de expertos en tratamiento de aguas
por Tecnologiacuteas Solares de 6 paiacuteses - Argentina Brasil Chile Meacutexico Peruacute y Trinidad
amp Tobago - han comenzado a trabajar en el desarrollo y validacioacuten de tecnologiacuteas de
bajo costo para tratar aguas en botellas en localidades aisladas y carenciados Las
tecnologiacuteas propuestas son la Desinfeccioacuten Solar (DSAUI-SODIS) la Remocioacuten de
Arseacutenico por Oxidacioacuten Solar (RAOS-SORAS) y la Fotocataacutelisis Heterogeacutenea Solar
con Dioacutexido de Titanio (FH) Estas tecnologiacuteas pueden usarse solas o en combinacioacuten
34
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
son socio-culturalmente aceptables por las comunidades rurales y no requieren
equipamiento o desarrollos tecnoloacutegicos sofisticados o caros ni altos costos de energiacutea
Su mayor ventaja es que son dependientes uacutenicamente de la energiacutea solar y aplicables a
regiones con alta incidencia de radiacioacuten diurna es decir maacutes de 3000 horas de sol en
promedio por antildeo que se pueden encontrar en algunas regiones de Ameacuterica Latina de
climas tropicales (con intensidades luminosas que pueden llegar en algunas zonas a 5shy
6 kW h m ) Estas metodologiacuteas se inscriben en la liacutenea de los destiladores solares de
agua desarrollados por el Instituto de Investigaciones en Energiacuteas No Convencionales
de la Universidad de Salta [5] y constituyen un avance por su versatilidad y facilidad de
implementacioacuten
Una de las limitaciones para la implementacioacuten regional de metodologiacuteas solares de
purificacioacuten de aguas es la escasez de las bases de datos sobre energiacutea solar global y
maacutes agudamente sobre energiacutea UV que es la que se requiere para los procesos de
potabilizacioacuten [3]
241 REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO POR OXIDACIOacuteN SOLAR (RAOS-SORAS)
Para abatir la contaminacioacuten por arseacutenico en zonas aisladas se propuso otra tecnologiacutea
muy simple la remocioacuten de arseacutenico por oxidacioacuten solar (RAOS) [3]
El meacutetodo es una variante de las tecnologiacuteas bien conocidas de remocioacuten de arseacutenico
con floacuteculos de hidroacutexidos de aluminio o de hierro Para que la remocioacuten sea eficaz es
necesario que el arseacutenico se encuentre en su forma oxidada el arseniato AsO^rsquo y no en
su forma reducida el arsenito AsO^ RAOS busca generar el floculo de hidroacutexido de
hierro por oxidacioacuten solar de sales de hierro en presencia de citrato y de aire [3]
Dado que el arseacutenico puede encontrarse en dos estados de oxidacioacuten el meacutetodo busca la
conversioacuten de As(III) a As(V) por accioacuten de especies oxidantes formadas por
Irradiacioacuten solar del citrato de Fe(III) (proveniente del jugo de limoacuten) en presencia de
oxiacutegeno como se observa en el mecanismo mostrado en la Figura 4 junto con la
formacioacuten del radical anioacuten superoacutexido (02) se generan tambieacuten peroacutexido de
hidroacutegeno radical hidroxilo y otros agentes activos de oxiacutegeno que inducen la
oxidacioacuten de arseacutenico del estado de oxidacioacuten III al V como se muestra en la Figura 5
Simultaacuteneamente con la oxidacioacuten del As(III) se forman oacutexidos hidratados de Fe(III)
35
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
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en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
que precipitan al pH de aguas naturales El As(V) se adsorbe fuertemente sobre el
precipitado de hidroacutexido de hierro y flocula siendo luego faacutecilmente eliminado de la
solucioacuten [4]
El citrato se agrega en forma de jugo de limoacuten al agua (que generalmente ya posee
hierro) contenida en botellas plaacutesticas que se exponen al sol por algunas horas Durante
la noche las botellas se colocan en posicioacuten vertical Asiacute el hierro y el arseacutenico floculan
y el agua purificada se decanta de las partiacuteculas o se filtra a traveacutes de simples pantildeos
textiles
RAOS es un procedimiento especialmente atractivo para aacutereas rurales del sur peruano
que tiene problemas de arseacutenico en aguas de consumo humano [3]
oFigura 4 Formacioacuten de anioacuten superoacutexido por oxidacioacuten solar de citrato de hierro [3]
Botella PET con agua y As(III)
Fe(II)
As(lll)Goto de jugo de limoacuten
FeiacuteIIItcit h u iquest Ch
bull02-H20 2 0H Fe(II)
O-jOH Asiacutev)
As(III)
RadiacioacutenSolar
Fe(III)
As (total)
Figura 5 Esquema de oxidacioacuten de arseacutenico (III) a arseacutenico (V) mediante luz solar f3j
36
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
El uso de la energiacutea solar es la base de este meacutetodo llamado oxidacioacuten y remocioacuten de
^seacutenico (SO^AS) proceso muy simple disentildeado para proporcionar agua de bebida
libre de arseacutenico a la poblacioacuten de bajos niveles de in^eso esto se ha utilizado con
eacutexito parcial para purificar el agua subterraacutenea con altas concentraciones de arseacutenico
para el consumo individual en Bangladesh y la India (Wegelin y otros 2000) El agua
en botellas transparentes PET se irradia con la luz solar por lapsos de tiempo adecuadas
(generalmente varios horas) En presencia de pequentildeas cantidades de hierro disuelto la
precipitacioacuten oxidativa del (hidroxi)oacutexido de hierro (III) ocurre con una serie de
reacciones complejas que involucran radicales altamente oxidantes As(III) se oxida al
lado de hierro y el As(V) resultante estaacute foertemente fijado por adsorcioacuten o incorporado
en el soacutelido de la precipitacioacuten (Hug et al 2001) el agua clara es obtenida por
decantacioacuten o eventualmente por filtracioacuten Se ha postulado que la adicioacuten de
cantidades pequentildeas de aacutecido ciacutetrico realza la eficacia de remocioacuten de As en el rango de
pH del agua natural (7-8) (Hug et al 1997) el citrato se puede agregar como algunas
gotas de jugo de limoacuten El proceso SORAS es por lo tanto el final de un meacutetodo en
liacutenea relacionado con otras tecnologiacuteas avanzadas de oxidacioacuten que utilicen energiacutea
solar El uso de la luz artificial o solar y hierro disuelto en los procesos para remover
arseacutenico del agua foe propuesto por Khoe et al (1997) para tratar el agua aacutecida de la
mina y el proceso foe adaptado maacutes adelante para una demostracioacuten en campo en
Bangladesh (Khoe et al 1998) maacutes adel^te foe desarrollado otro proceso de
oxidacioacuten avanzada que utiliza sulfito en vez de sales de Fe como adsorbente ligero
(Zaw y Emett 2002)
Considerables esfoerzos se han dedicado a la comprensioacuten de la quiacutemica baacutesica
implicada en el proceso SORAS (Hug et al 1997 Hug y Leupin 2003) Reacciones
tipo Fenton es responsable de la oxidacioacuten de As(III) al lado de la oxidacioacuten del Fe(II)
generando asiacute As(V) con una afinidad maacutes grande a los (hidro)oacutexidos de hierro La
reaccioacuten baacutesica Fenton implica la descomposicioacuten cataliacutetica del peroacutexido de hidroacutegeno
y completar un ciclo de pares Fe2+Fe3+ en la oscuridad con generacioacuten de radicales
OH la oxidacioacuten del Fe(II) por el oxiacutegeno molecular tambieacuten produce el peroacutexido de
hidroacutegeno en un ciclo complejo con p^ticipacioacuten de radicales altamente reactivos
especialmente del OHrsquo La luz contribuye a la generacioacuten de los radicales OH con el
fotolisis de especies de Fe(III) asiacute como FeOH La fotolisis de los carboxilatos de
hierro(III) ha sido estudiado por varios autores el primer paso es una transferencia de
37
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
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pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
cargas a partir del ligando al centro metaacutelico generando Fe(II) y especies de radicales
oxidada (Pignatello 1992 Ruppert et al 1993 Safarzadeh-Amiri et al 1996 1997
Pignatello et al 1999) El ataque sobre citrato de radicales fuertemente oxidantes da
lugar a otros radicales Tambieacuten se ha sugerido recientemente que la especie tipo ferril
Feiv= 0 o Fev=0 pueda mediar el proceso fotoquiacutemico (Pignatello 1992 Hug y
Leupin 2003 y referencias en esto) por consiguiente el proceso solar puede
diferenciarse apreciablemente de reacciones Fenton en oscuro y auacuten maacutes de la
precipitacioacuten normal y absorcioacuten de As(V) como en el proceso de Ferrifloctrade La
presencia del OHrsquo y del O2 permite oxidar As(III) a As(V) para facilitar su remocioacuten
(Hug y Leupin 2003)
Estos trabajos se han enfocado en buscar meacutetodos alternativos para obtener los iones de
hierro en el agua mediante oxidacioacuten solar del alambre de hierro N0 12 sin acerar
limpio comparando con otras fuentes de hierro como el reactivo quiacutemico cloruro de
hierro (III) hexahidratado y sulfato amoacutenico de hierro (II) en diferentes fuentes de agua
con contenido variado de arseacutenico que la poblacioacuten utiliza para su consumo diario
Las variables importantes que influencian el proceso son los compuestos quiacutemicos del
hierro usado (sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro) la presencia de complejantes
y luz solar El material de inicio puede ser sales feacuterricas ferrosas o alambre de hierro
agentes complejantes tales como citrato pueden estar presentes o no y los oacutexidos de
hierro se pueden precipitar en la oscuridad o bajo luz Aun cuando los (hidro)oacutexidos
feacuterricos se forman en todos los casos la eficiencia de la remocioacuten de As cambia mucho
en los diferentes casos Estaacute por lo tanto el intereacutes para explorar la manera en la cual la
naturaleza de los soacutelidos formados bajo irradiacioacuten solar diferencia de aquellos
obtenidos mediante la hidroacutelisis normal de las sales de Fe(III) y coacutemo la presencia de
agentes complejantes tales como citrato influencian en la naturaleza de soacutelidos
formados por hidroacutelisis oxidativa (5]
25 METODOLOGIacuteAS DESARROLLADAS
251 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN UN AacuteREA RURAL DE CHILE
En el antildeo 2002 se inicioacute el estudio de aplicabilidad del proceso RAOS en forma
simultaacutenea en Argentina Chile y Peruacute considerando las zonas relevantes escogidas en
un estudio anterior [3] En una publicacioacuten posterior se presentoacute un estudio
conteniendo resultados obtenidos en laboratorio y en campo [4] En este trabajo se
38
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
habiacutea utilizado un disentildeo experimental basado en la metodologiacutea de superficie de
respuesta para deducir la relacioacuten oacuteptima de Fe (II) y citrato para la remocioacuten de una
cantidad fija de arseacutenico en aguas sinteacuteticas [5] En ese caso la reaccioacuten se habiacutea
realizado en un cristalizador de fondo plano y bajo iluminacioacuten de una laacutempara de luz
negra de 160W (1 =360 ^ ) La resolucioacuten de una matriz generada por 11 experimentos
dio como respuesta que la relacioacuten molar oacuteptima entre arseacutenico hierro y citrato era de
1195 Finalmente se realizoacute el estudio con agua de Camarones Para ello se adicionoacute
Fe (II) y citrato en forma de jugo de limoacuten y se expuso a la radiacioacuten solar del medio
diacutea de Concepcioacuten hasta completar 4 horas La remocioacuten de arseacutenico obtenida foe de
995 [4] La informacioacuten recopilada los estudios de ten-eno y los resultados
experimentales foeron obtenidos por equipos de trabajo de la Universidad de Tarapacaacute y
de la Universidad de Concepcioacuten
La comunidad elegida foe la de Camarones por ser el lugar maacutes apropiado para aplicar
la metodologiacutea RAOS debido al fenoacutemeno de arsenicismo que le es propio Esta zona
rural se encuentra localizada en el Riacuteo Camarones correspondiente a la Provincia de
Arica y ubicada en la Regioacuten de Tarapacaacute en el extremo norte de Chile
Alliacute existen elevadas concentraciones de arseacutenico tanto en las aguas de consumo
humano como en los sustratos suelos vegetales y animales [6] Los poblados de esta
comuna rural ubicados en una zona geograacuteficamente bien definida se encuentran
dispersos y aislados No estaacuten conectados a red de agua potable alguna las condiciones
socioeconoacutemicas son altamente desfavorables y las viacuteas de acceso son limitadas en
calidad y cantidad Los valores histoacutericos y actuales de la concentracioacuten de arseacutenico
rondan 10 mgL 100 veces maacutes de lo que admite la Organizacioacuten Mundial de la Salud
Se realizoacute un anaacutelisis fisicoquiacutemico para determinar las propiedades de las aguas en
cuestioacuten en 3 periacuteodos diferentes noviembre 2002 marzo y agosto del 2003 Se
comproboacute la existencia de trazas de Fe y un valor promedio de pH de 735 Este valor
de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes probable es que el
arseacutenico se encuentre como As(V) Esta diferenciacioacuten obligoacute a replicar el proceso
tecnoloacutegico para lograr que RAOS con la misma simpleza eficiencia y costo bajo
respondiera a la realidad ambiental de Camarones Es importante recordar que el
meacutetodo ^ O S puede ser aplicado en condiciones de pH neutro como tambieacuten puede
ser utilizado para la remocioacuten de arseacutenico (III) de aguas
39
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
En los siguientes ensayos se utilizoacute agua sinteacutetica expuesta a radiacioacuten solar
ultravioleta en forma directa y se optimizoacute la relacioacuten existente entre las variables para
determinar su influencia en la remocioacuten de arseacutenico (V) Los resultados de este estudio
permitieron obtener una relacioacuten de AscitFe con las siguientes concentraciones 1
mgL de As 774 mgL de citrato y 16 mgL de Fe
Una vez establecida la relacioacuten optimizada entre As(V) Fe y citrato de sodio se
determinoacute el tiempo necesario para obtener la maacutexima adsorcioacuten de As(V) y
subsecuentemente su coprecipitacioacuten con los floacuteculos de hierro (III) El estudio fae
realizado en un diacutea soleado y despejado con la mayor radiacioacuten ultravioleta entre las
1100 y las 1700 horas Como se observa en la Figura 6 entre los 30 y 60 minutos de
exposicioacuten la remocioacuten de arseacutenico es praacutecticamente nula debido a que en este tiempo
recieacuten comienza la formacioacuten de los coloides de hierro (III) que no tienen capacidad de
adsorber arseacutenico A los 60 minutos comienza la remocioacuten real de arseacutenico con la
aglomeracioacuten de coloides de hierro (III) y la generacioacuten de floacuteculos de oacutexidos
hidratados de hierro que poseen la capacidad de adsorber al elemento que coprecipita
con ellos A los 90 minutos se incrementa raacutepidamente la remocioacuten de arseacutenico
llegando a valores por arriba del 90 La remocioacuten aumenta paulatinamente a medida
que pasa el tiempo alcanzando un maacuteximo valor de 9930 a los 360 minutos de
irradiacioacuten solar Con la finalidad de investigar si a distintas concentraciones de As(V)
la remocioacuten sigue siendo cuantitativa con las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
encontradas anteriormente se varioacute la concentracioacuten de arseacutenico entre 05 y 25 mgL
En la Tabla 4 se observa que las concentraciones oacuteptimas de citrato y hierro no soacutelo son
adecuadas para remover una concentracioacuten de 1 mgL de arseacutenico sino que ademaacutes
son uacutetiles para concentraciones entre 05 y 25 mgL Para concentraciones mayores el
arseacutenico remanente que queda en solucioacuten supera el valor maacuteximo recomendado por la
Organizacioacuten Mundial de la Salud (001 mgL)
Tabla 4 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico (V) manteniendo constantes las concentraciones oacuteptimas de hierro y citrato
fAs(V)MmgL) (As(V)]r(mgL)05 0003610 0004820 0011825 00187
40
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
diams diams diams diams diams diams diams diams diams diams
diams
30 60 120 130 210 240 270 300 330 360 390 420
Tiempo (min)Figura 6 Tiempo de exposicioacuten solar para obtener una maacutexima remocioacuten de arseacutenico[6]
En los primeros estudios [4 5] el contenido de aacutecido ciacutetrico en el jugo de limoacuten fae
adicionado seguacuten lo que indicaba la literatura respectiva Para ello se agregaron al
sistema 6 gotas de jugo por cada litro de agua En los presentes experimentos en
reemplazo del citrato de sodio se utilizoacute jugo de limoacuten de 3 tipos distintos limoacuten
amarillo pequentildeo de caacutescara delgada y con pepa (denominado de Pica por su lugar de
procedencia) limoacuten amarillo grande de caacutescara gruesa con pepa y limoacuten verde caacutescara
delgada sin pepa Para cada tipo de limoacuten faeron elegidos 5 de un total de 10 La acidez
determinada se supuso como aacutecido ciacutetrico y de acuerdo al factor de conversioacuten los
resultados se expresaron en mgL de citrato de sodio Se observoacute el siguiente orden
decreciente en el contenido de aacutecido ciacutetrico
Limoacuten de Pica gt limoacuten amarillo grande gt limoacuten verde sin pepa
Para obtener la concentracioacuten de citrato de sodio que aporta cada gota de los diferentes
limones se determinoacute la concentracioacuten de aacutecido ciacutetrico mediante titulacioacuten aacutecido-base
expresando los resultados como concentracioacuten de citrato de sodio en mgL Una gota
estaacute representada por 0042 mL
Tabla 5 Concentracioacuten de citrato de sodio (mgL) por gota de limoacuten
Limoacuten de pica Limoacuten verde sin pepa Limoacuten amarillo grande647 454 487
100
ltftltclsquoVooE9
80
60
40
20
41
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Se puede observar claramente en la Tabla 5 que el limoacuten verde sin pepa presenta el
menor valor de concentracioacuten de citrato de sodio no afectando el pH del agua sinteacutetica
El trabajo en laboratorio determinoacute que la remocioacuten oacuteptima de arseacutenico (V) se lograba
con la adicioacuten de una gota de limoacuten verde sin pepa alcanzaacutendose una remocioacuten de
9940 para el limoacuten de Pica y amarillo grande se determinoacute un 9892 y 9899
respectivamente La concentracioacuten remanente de arseacutenico (V) en solucioacuten queda a
niveles por debajo de lo establecido por la Norma Chilena 409 (005 mgL)
La remocioacuten de arseacutenico (V) decrece al aumentar la dosificacioacuten de jugo de limoacuten de 1
oacute 2 gotas disminuyendo draacutesticamente con cuatro gotas Esto demuestra que su
compor^miento es semejante al del citrato de sodio de acuerdo a las experiencias
realizadas anteriormente [5] En consecuencia se verifica que cualquiera sea el tipo de
limoacuten utilizado una alta concentracioacuten reduce la eficiencia del proceso No obstante
con el limoacuten verde sin pepa se presenta el mayor porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
por lo cual se concluye que es el maacutes indicado para su uso en la metodologiacutea RAOS
modificada
En consecuencia se han realizado experimentos tendientes a que los pobladores de la
localidad de Camarones puedan adaptarse de la forma maacutes simple y praacutectica posible al
meacutetodo RAOS Para ello es necesario adicionar Fe a la solucioacuten y remplazar el citrato
de sodio por jugo de limoacuten natural Se observoacute la precipitacioacuten de arseacutenico al fondo de
la botella como un soacutelido Luego de dejar reposar para que sedimente se filtroacute con un
pantildeo adecuado
Despueacutes de esta adaptacioacuten tecnoloacutegica se procedioacute a validar RAOS modificada en
aguas reales del riacuteo de Camarones Con el objetivo de evaluar las condiciones oacuteptimas
logradas en el laboratorio se implemento el meacutetodo RAOS modificado agregaacutendose al
agua la cantidad de Fe necesaria y una gota de jugo de limoacuten verde sin pepa El
experimento realizado en Arica (muestra sinteacutetica) alcanzoacute una eficiencia de remocioacuten
de arseacutenico de 9979 y en la tarea ejecutada en el poblado de Camarones la
eficiencia alcanzoacute al 9982 [6]
42
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
252 METODOLOGIacuteA DESARROLLADA EN ARGENTINA
Estudio de laboratorio de los factores que influyen sobre la eficacia de la remocioacuten de
arseacutenico por RAOS en matrices de agua representativas de las condiciones de Los
Pereyra provincia de Tucumaacuten Argentina
Se siguioacute el procedimiento experimental de RAOS utilizando una serie de soluciones
sinteacuteticas Los soacutelidos se precipitaron de soluciones que conteniacutean sales feacuterricas o
ferrosas se separaron bajo diferentes condiciones por filtrado a traveacutes de una membrana
de acetato de celulosa y se caracterizaron con PXRD FTIR y SEMEDX
Las concentraciones residuales de Fe y As se midieron como se describioacute en el trabajo
anterior [1] Alternativamente el As se midioacute en algunas muestras por Fluorescencia de
Rayos X por Reflexioacuten Total (TRXF) las comparaciones intemas demostraron que
ambos meacutetodos daban esencialmente el mismo resultado La radiacioacuten solar fee
tambieacuten del mismo orden que la anterior alrededor de 8000 Wh mrsquo diacutea
Las variables experimentales exploradas fueron las concentraciones de Fe(II) oacute Fe(III)
la cantidad adicionada de jugo de limoacuten y el tiempo de irradiacioacuten
Todos los soacutelidos demostraron ser amorfos en el anaacutelisis de PXRD sin presentar ninguacuten
pico claro de difraccioacuten y soacutelo pequentildeas diferencias en los difractogramas Cuando el
material de inicio es una sal feacuterrica se forma un oacutexido hidroso de hierro precursor de la
goetita (a-FeOOH) La reaccioacuten de hidroacutelisis es raacutepida a pH casi neutro y se decelera
con el agregado de agentes de complejacioacuten como el citrato Las caracteriacutesticas
estructurales del producto final son similares pero en el difractograma se aprecian
indicios de un mejor grado de cristalinidad Estas reacciones hidroliacuteticas cuando
ocurren de manera lenta generan nanovarillas de P-FeOOH que se agregan de manera
ordenada para formar partiacuteculas maacutes grandes Estas recristalizan en goetita que es el
producto final estable [6] Por otro lado la precipitacioacuten oxidativa de las sales ferrosas
si se realiza correctamente conduce a fases cuacutebicas como por ejemplo magnetita
Fe3Uuml4 o maghemita y-FeOOH con propiedades de adsorcioacuten apreciablemente
diferentes [2]
Los espectros de FTIR (no se muestran) tambieacuten indican la formacioacuten de hidroacutexidos
feacuterricos No se aprecian sentildeales que puedan atribuirse a la presencia de ASO4 en
concordancia con la baja razoacuten molar AsFe en el soacutelido Sin embargo se sabe [3] que
43
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
los soacutelidos formados bajo carg^ muy altas de As pueden contener h^ ta un 25 de
aacutetomos de As Estas condiciones tal vez de intereacutes en Bangladesh no aplican a las
aguas estudiadas para el presente trabajo
imaacutegenes MEB de los soacutelidos (Figura 7) indican la presencia de grandes agregados
de pequentildeas unidades submicroacutenicas tal vez formadas a su vez por agregados de
partiacutecula auacuten maacutes pequentildeas
Figura 7 Imagen MEB del soacutelido formado a partir de 3 mgL de Fe(II) 750 mLL de jugo de limoacuten 3hs de exposicioacuten a la luz solar Aumento 20000x
La Tabla 6 muestra los resultados del estudio de los soacutelidos durante la remocioacuten de As
usando sales feacuterricas los valores se calcularon a partir de 1^ concentraciones medidas
en las soluciones residuales La inspeccioacuten de los datos demuestra el funcionamiento de
efectos sutiles Con una concentracioacuten inicial baja de hierro la luz solar tiene un efecto
positivo sobre la remocioacuten de As soacutelo en ausencia de jugo de limoacuten (muestras E y G
comparar con 1^ muestras F y H) A mayores concentraciones iniciales de Fe (muestras
A-D) la irradiacioacuten produce un aumento al doble en la eficacia de la remocioacuten El
efecto del agregado de jugo de limoacuten es menor con una concentracioacuten inicial de 9 mgL
Fe
La irradiacioacuten y el jugo de limoacuten afectan dos factores la formacioacuten del soacutelido y la
incorporacioacuten de As en el mismo
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
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3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
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f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
A bajas concentraciones de [Fe]o praacutecticamente el 100 del Fe precipita
independientemente de las condiciones experimentales Por comparacioacuten de las
muestras E y F se puede demostrar que en la oscuridad el jugo de limoacuten aumenta la
Tabla 6 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten hidroliacutetica de sales de Fe(III)
muestra [Fe(III)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
A 9 No 0 0244 973 187 377 77B 9 Si 0 026 971 208 307 95C 9 No 3 0066 993 91 697 43D 9 Si 3 25 722 87 710 31E 3 No 0 0004 100 97 677 15F 3 Si 0 0061 993 46 847 12G 3 No 3 0048 995 64 787 13H 3 Si 3 0075 992 188 373 27
Incorporacioacuten de As debido probablemente a una maacutes raacutepida oxidacioacuten del As(HI)
durante la precipitacioacuten yo a una disminucioacuten en la tasa de precipitacioacuten del Fe(III) Al
comparar los experimentos equivalentes realizados bajo exposicioacuten a la luz solar (G y
H) se observa que el jugo de limoacuten tiene el efecto contrario probablemente debido a
que un ciclo foto-Fenton eficiente elimina raacutepidamente el hierro y no permite que haya
suficiente tiempo para la oxidacioacuten del As
Tabla 7 Remocioacuten de hierro y arseacutenico durante la precipitacioacuten oxidativa de sales de Fe(II)
muestra [Fe(II)]0(mgL)
Jugodelimoacuten
Tiempo de irradiacioacuten (hs)
[Fe]f(mgL)
FeEliminado
[As]f(mgL)
AsEliminado
Relacioacuten de masa FeAs en el soacutelido
J 9 Si 0 0269 970 187 131 52K 9 Si 3 0118 987 208 nd 30L 3 No 0 0081 973 91 nd 97M 3 Si 0 0061 980 87 28 13N 3 No 3 0027 991 97 nd 99O 3 Si 3 0041 986 46 56 12
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos en la precipitacioacuten oxidativa de sales
ferrosas los datos indican claramente una remocioacuten maacutes eficiente de arseacutenico
Los datos para las muestras J y K en la Tabla 7 son equivalentes a los de las muestras B
y D respectivamente en la Tabla 6 En la oscuridad el uso de sal ferrosa a 9 mgL en
45
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
presencia de aacutecido ciacutetrico conduce a un aumento significativo en la remocioacuten de As (56
vs 31 datos de J y B) sin afectar de manera notable la remocioacuten de hierro
Bajo la luz (datos de K y D) tanto la precipitacioacuten de hierro como la remocioacuten de As
mejoran notablemente en experimentos que usan Fe(II) como sal de hierro inicial La
remocioacuten de arseacutenico usando una concentracioacuten de Fe(II) de 3 mgL (datos M y O) es
menos eficiente pero sigue siendo efectiva
A concentraciones de 3 mgL (tanto para Fe(II) como Fe(III)) el efecto de la luz solar
si existe es negativo para la remocioacuten de As En estos casos el raacutepido reciclado del
hierro parece contrarrestar la posibilidad de la incorporacioacuten de As Los datos de L y N
en ausencia de aacutecido ciacutetrico son muy interesantes porque bajo estas condiciones se
logra una remocioacuten total del As tanto en la oscuridad como con exposicioacuten a la luz
El anaacutelisis EDX de los soacutelidos indica una mayor relacioacuten AsFe que la obtenida a partir
de las mediciones de concentraciones residuales Los valores tiacutepicos de FeAs obtenidos
con EDX estaacuten en el rango 65 - 85 Esta discrepancia probablemente se deba a que el
As se incorpora principalmente en la superficie del soacutelido [7]
253 APLICACIOacuteN DEL PROCESO RAOS EN EL PERUacute
Luego de los estudios de laboratorio y siguiendo el estudio de aplicabilidad del proceso
RAOS en Peruacute se considero como la zona relevante escogida para este trabajo al
Departamento de Tacna donde se ha realizado el anaacutelisis de arseacutenico en 4 comunidades
Comunidad de Calientes Calientes es un poblado rural que esta a 23 kiloacutemetros de
Tacna y que cuenta con aguas termomedicinales conocidos por sus propiedades
terapeacuteuticas para la piel En Calientes el agua tiene un aspecto turbio y color
amarillento (Figura 8) que es llevado para regadiacuteo y que mediante la decantacioacuten en
pozos o cilindros se logra aclarar para consumo humano
Figura 8 Agua superficial en la Comunidad de Calientes llevado para regadiacuteo y consumo humano
46
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
En la localidad de Pascana de La Yarada el agua es extraiacuteda del subsuelo de los
pozos perforados mediante electrobombas llevando el agua por medio de canales de
regadiacuteo para su uso en agricultura y ganaderiacutea utilizando tanques y pozos para
almacenar el agua esta agua tiene caracteriacutesticas fiacutesicas al parecer de buena calidad
porque presenta color transparente muy cristalina sin embargo el transporte hacia los
reservorios es un problema porque el agua se encuentra expuesta al medio ambiente y
es consumida directamente sin ninguacuten tipo de tratamiento ni desinfeccioacuten
El distrito de Sama esta ubicado al suroeste del departamento de Tacna atravesado por
un valle feacutertil formado por el riacuteo del mismo nombre La capital del distrito es Las Yaras
En la localidad de Sama Las Yaras el consumo de agua es abastecida por la
municipalidad de Tacna mediante cisternas aunque no abastece todas las necesidades
baacutesicas de la poblacioacuten por lo que tienen que recurrir al agua del subsuelo proveniente
de un pozo perforado cerca de Las Yaras esta agua tiene aspecto fiacutesico muy
transparente (Figura 9)
Figura 9 Agua del subsuelo traiacuteda a Sama Las Yaras desde un pozo cercano
En Sama Inclan tambieacuten se usa agua traiacuteda desde Tacna pero en ocasiones se consume
agua de uso agriacutecola que es traiacuteda por canales desde riacuteos cercanos
Luego del anaacutelisis preliminar de la concentracioacuten de arseacutenico en diferentes lugares de
Tacna se decidioacute continuar con el trabajo en el distrito de Sama Las Yaras debido a que
se encontroacute alto contenido de arseacutenico en agua del subsuelo y que es usado por
pobladores de la zona (mapa de ubicacioacuten en la Figura 10)
47
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
El lugar de toma de agua y los trabajos realizados ha sido en principio en la Institucioacuten
Educativa 72042 Carolina Freyre de Arias en Sama las Yaras
Se realizoacute los anaacutelisis fisicoquiacutemicos para determinar las propiedades de las aguas del
distrito de Sama las Yaras en diferentes periodos Diciembre 2004 Febrero Noviembre
y Diciembre de 2005 Enero y Marzo de 2006[8]
C j a eacute n a Prcduetwi Vacunal Lacha I
Cadiacutean ni P ro d u c tiv a V acunos Lacha 2
Cu iji T^jriacuteiiriL
I t o l iv iu
f fc tru m
Figura 10 Lugar de estudio Sama Las Yaras (punto rojo) en el Departamento de Tacna
48
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
CAPITULO III3 PARTE EXPERIMENTAL
49
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
C A PIacuteT U L O III PA R TE EX PER IM EN TA L
31 MATERIALES Y MEacuteTODOS
Se utilizaron materiales de laboratorio de vidrio y todos los reactivos quiacutemicos grado
pa el arseacutenico ha sido determinado mediante analizador de arseacutenico en campo
Merckoquant que reporta valores semicuantitavos in situ y el meacutetodo de determinacioacuten
de arseacutenico en laboratorio foe extraiacuteda del ldquoStandard methods for the ex^ination of
water and wastewaterrdquo 1999 y adaptado en laboratorio usando un espectofotomeacutetrico
UV-Visible Spectronic 21D con celdas de vidrio de 1 cm de diaacutemetro y 5 mL de
capacidad
Los meacutetodos de trabajo se indican a continuacioacuten
32 TRABAJOS EN LABORATORIO
Para trabajos en laboratorio se ha preparado muestras de agua con contenido de arseacutenico
(III) de 0200 mgL y se llenaron 500 mL en envases de polietilentereftalato (PET) y
agregadas el citrato o jugo de limoacuten Se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten
molar entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la
oacuteptima remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara
OSRAM Ultravitalux de 300 W La potencia por unidad de aacuterea en la posicioacuten de la
botella (forma horizontal) se midioacute con un radioacutemetro UDT S371R con un cabezal
UVA sensible a 365 nm la intensidad de la radiacioacuten es aproximadamente constante
durante la irradiacioacuten siendo ~75 mWcm2
Otro factor analizado foe el tiempo de exposicioacuten a la luz UV y radiacioacuten solar la
irradiacioacuten se llevo a cabo por 4 horas retirando una botella cada hora de la foente de
luz UV y se deja en posicioacuten vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de
algodoacuten y analizado el porcentaje de remocioacuten de arseacutenico
50
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
33 T A S A J O EN CAMPO
Las pruebas realizadas han sido pnmero para probar la eficiencia de remocioacuten de
arseacutenico
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con gotas de jugo de limoacuten
Agregando hierro (III) en solucioacuten acuosa con citrato de sodio en solucioacuten
acuosa
Agregando alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten y todas las muestras se
han irradiado por 4 horas al sol
Los alambres de hierro se han agregado en diferentes cantidades para obtener la minima
cantidad a agregar que proporcione una buena remocioacuten de arseacutenico sin dejar coloreado
el agua final Luego se ha probado la eficiencia de remocioacuten del alambre de hierro
agregando jugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten y se determinoacute la cantidad de hierro
remanente en el agua tratada y filtrada por el meacutetodo colorimeacutetrico usando 110
fenantrolina
51
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
CAPITULO IV4 MSULTADOS Y DISCUSIOacuteN
52
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
C A PIacuteT U L O IV RESU LTA D O S Y DISCUSIONES
41 TRABAJOS EN LABORATORIO
En los trabajos de laboratorio se ha realizado pruebas para encontrar la relacioacuten molar
entre hierro y citrato utilizando solucioacuten de hierro (II) y Citrato de sodio para la oacuteptima
remocioacuten de arseacutenico (III) mediante irradiacioacuten con luz UV de una laacutempara OS^AM
Ultravitalux de 300 W los resultados se muestran en la Figura 11 donde se observa que
una relacioacuten molar de 18 y 30 siendo la concentracioacuten molar de hierro inicial de 0054
mM y 0090 mM y concentracioacuten molar de citrato de 0030 mM para los dos en
solucioacuten acuoso para una concentracioacuten inicial de arseacutenico (III) de 0200 mgL que
reportan una remocioacuten de 90 y mayor a 95 respectivamente siendo ambos los
oacuteptimos para procesos de remocioacuten del arseacutenico
07 18 3
R ^ c u n m o h r FeCit
Figura 11 Optimizacioacuten de la relacioacuten molar para remocioacuten de arseacutenico de 0200 mgL
Otro factor analizado fue el tiempo de exposicioacuten a la luz UV donde se ha irradiado
500 mL de agua con contenido de arseacutenico de 0200 mgL en envases de
polietilentereftalato (PET) (botellas de agua mineral) la irradiacioacuten se llevo a cabo por
4 horas retirando una botella cada hora de la fuente de luz UV y se deja en posicioacuten
vertical toda la noche para luego filtrar con un pantildeo de algodoacuten y analizado el
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico que se muestra en la Figura 12
53
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
0 1 2 3 4
T ie^ o de ^
Figura 12 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten por laacutempara de luz UV
Esta prueba se llevoacute a cabo con una relacioacuten molar de hierroarseacutenico de 201 que
corresponde a concentracioacuten de 300 mgL de hierro y 0200 mgL de arseacutenico en la
figura 12 tambieacuten se observa que la muestra que no fae irradiada tiene una remocioacuten de
40 y con 4 horas de irradiacioacuten se obtiene una remocioacuten por encima del 92 siendo
la concentracioacuten de arseacutenico remanente menor a 0015 mgL
En la Figura 13 tambieacuten se da los resultados de la remocioacuten de arseacutenico mediante la
irradiacioacuten con luz solar en las mismas condiciones que con la luz UV de la laacutempara en
este caso la irradiacioacuten se llevo a cabo de 10 de la mantildeana hasta las 14 horas en donde
hay mayor incidencia de los rayos solares donde en 3 horas de irradiacioacuten se llega a
92 de remocioacuten de arseacutenico y en 4 horas se llega a una remocioacuten de mas del 95 los
resultados de las pruebas estaacute mostrada en la Tabla 8
Tiempo de iexclradiacioacutenFigura 13 Remocioacuten de arseacutenico y tiempo de irradiacioacuten con luz solar
54
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Tabla 8 Remocioacuten de arseacutenico mediante irradiacioacuten con luz solar y de laacutempara UV
Muestra de arseacutenico 0200mgL
Tiempo de irradiacioacuten (h)
Concentracioacuten final de arseacutenico (mgL)
Porcentaje de remocioacuten ()
Irradiacioacuten con laacutempara de luz UV
0 0200 401 0063 632 0050 753 0040 804 0015 92
Irradiacioacuten con luz solar0 0200 401 0055 732 0037 823 0015 924 lt0010 gt95
Luego que se ha optimizado el tiempo de irradiacioacuten y se ha probado otra fuente de
citrato en jugo de limoacuten para ello se han preparado muestras con 0200 mgL de
arseacutenico inicial y agregado solucioacuten de hierro (II) maacutes 5 gotas de limoacuten e irradiado por 4
horas con luz solar y cuyas resultados se muestra en la Figura 14 donde podemos
apreciar que con jugo de limoacuten hay una remocioacuten de mas de 95 y sin limoacuten tambieacuten
hay remocioacuten de aproximadamente 70 la diferencia de observa en el tipo de
precipitado obtenido donde conjugo de limoacuten en mas consistente mientras que sin jugo
de limoacuten tiene precipitados deacutebiles que al mover la botella para filtrar se forma tipo
nube dentro de la botella
Figura 14 Remocioacuten de arseacutenico (III) con 0200 mgL inicial irradiadas por 4 horas con luz solar con limoacuten y sin limoacuten
55
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
42 TRABAJOS EN CAMPO
Luego de los experimentos realizados en laboratorio se ha decidido buscar una
zona donde exista presencia de arseacutenico de manera natural en agua que son utilizados
con frecuencia por los habitantes de la zona para consumo y por ello se ha viajado al
departamento de Tacna ubicado al sur del Peruacute para realizar unas pruebas preliminares
de la presencia de arseacutenico
En Tacna se ha realizado analices de arseacutenico mediante un kit portaacutetil de Merck
llamado Merckoquant cuyos resultados no se muestras por ser un anaacutelisis comparativa y
de poca precisioacuten pero se ha traiacutedo las muestras de aquellos sitios donde se ha visitado
para el anaacutelisis en laboratorio y cuyos resultados estaacuten en la Tabla 9 que muestra la
concentracioacuten de arseacutenico el cual se encuentra por encima del liacutemite maacuteximo
permisible en agua de pozo en el distrito de Sama Las Yaras y que es utilizado por
habitantes de la zona y en la escuela de Las Yaras tambieacuten se encontroacute valores elevados
de arseacutenico en el poblado de Sama Inclan para agua usado mayormente en agricultura y
ganaderiacutea que fre tomada del canal de regadiacuteo que pasa por el poblado pero que de vez
en cuando es usada en consumo humano por frita de agua en la Comunidad de
Calientes y Pascana de la Yarada es baja la presencia de arseacutenico
Tabla 9 Concentracioacuten de arseacutenico en aguas de consumo de algunas comunidades de Tacna en octubre de 2004
Comunidades de Tacna pH As m^LComunidad de Calientes (Riacuteo) 45 004
Sama las Yaras (Regadiacuteo) 70 022Sama las Yaras (Pozo subsuelo) 65 014Sama Inclan (Regadiacuteo) 70 023La Yarada (Pozo subsuelo) 70 001
Asimismo se determinoacute la concentracioacuten de arseacutenico y otras propiedades fiacutesico
quiacutemicos del agua durante el periodo analizado y cuyos resultados se muestra en la
Tabla 10 y se observoacute que el arseacutenico estaacute por encima del liacutemite permisible por la ley
general de agua del Peruacute (0050 mgL) y la OMS (0010 mgL) Un valor promedio de
pH de 713 a este valor de pH tiacutepico de aguas superficiales naturales indica que lo maacutes
probable es que el arseacutenico se encuentre como As (V)
56
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
En la Tabla 11 se muestran los valores del anaacutelisis quiacutemico completo para agua
de pozo traiacuteda mediante tubos subterraacuteneos hasta el poblado de Las Yaras ha sido
muestreada en el grifo de la Institucioacuten Educativo 42072 ldquoCarolina Freyre Ariasrdquo del
distrito de Sama las Yaras la otra muestra es del canal de riego que pasa por Las Yaras
que es utilizada para agricultura y ganaderiacutea de la zona el anaacutelisis se realizoacute mediante la
activacioacuten neutroacutenica K subcero en el laboratorio del Instituto Peruano de Energiacutea
Nuclear IPEN en muestras tomadas en Diciembre de 2004
Los resultados indican la alta presencia de elementos quiacutemicos como arseacutenico bromo
cesio sodio rubidio estroncio etc
57
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Tabla 10 Resultados de los paraacutemetros fiacutesicoquiacutemicos medidos en muestras de agua de consumo humano de diferentes fuentes en el stnto e ama a presencia de arseacutenico en estas aguas estaacute por encima del liacutemite maacuteximo permisible
- -----------------t
Paraacutemetros
Diciembre 2004 Sama las Yaras
Febrero 2005 Sama las Yaras
Noviembre 2005 Sama las Yaras
Diciembre 2005
Sama las Yaras
Enero2006
Marzo 2006
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
Uso en ganaderiacuteayagricultura
ConsumoHumano(subsuelo)
ConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasConsumoHumano(subsuelo)
Sama lasYarasconsumoHumano(subsuelo)
PozaAsociacioacutenAmopaya
Reservorioriegotecnificado(AsociacioacutenAmopaya)
PH 716 868 71 833 715 68 70 754 683 852Temperatura 26 26degC 275 24degC 20 23degC 21degC 20 degC 23 degC 23 degCAlcalinidad mg HCOyL
464 521 927 533 3073 298 1513 1531 366 317
Dureza total mg CaC03L
512 3854 370 4767 795 8075 950 915 300 628
Soacutelidos totales (gL)
2701 2225 2564 1582 3467 306 2635 2622 1388 1767
Soacutelidosdisueltos (gL)
2662 2176 2561 1528 3423 284 2625 2612 1353 1746
Turbidez(NTU)
lt5 200 lt5 200 lt5 lt5 lt5 lt5
Cloruros (gL) 0466 0398 0477 0257Conductividad(uScm)
3160 2620 3000 1730 2612 2460 2420 3510 2430 2160
Arseacutenico total (mgL)
0160 0172 0143 0265 0173 0152 0149 0126 0028 0172
Arseacutenico (III) (mgL)
0016 0016 0012 nd nd 0012
58
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Tabla 11 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de diciembre de 2004 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe Ndeg 1068)
Elemento UnidadDomiciliario
(pozo) canal de riego
Al PPb lt100 1220As ___ PPb 171 94Br PPb 602 164Ca ppm 268 61C1 PPm 463 83Co PPb lt2 20Cr PPb lt 100 lt 100Cs ppb 124 31Mg ppm 53 11Mn ppb lt5 143Na Ppm 372 64Rb PPb 166 lt50Sb ___ PPb___ 9 3
En muestras tomadas desde noviembre de 2005 se ha analizado la concentracioacuten
de arseacutenico (III) encontrando que solo habiacutea aproximadamente el 10 por lo tanto la
mayor cantidad de arseacutenico esta en forma de arseacutenico (V) estos resultados estaacuten
indicados en la tabla 10
En la Figura 15 se graacutefica la tendencia de la concentracioacuten de arseacutenico total
durante el periodo analizado donde se observa que la concentracioacuten esta siempre por
encima de limite maacuteximo permisible por la OMS y ley general de aguas del Peruacute para
aguas de consumo humano Al mismo tiempo se ha probado algunos meacutetodos de
remocioacuten para arseacutenico total en el mismo lugar es decir en Sama las Yaras
Primero se ha probado con solucioacuten de hierro (III) 0054 mM con jugo de limoacuten y
citrato de sodio 0030 mM para ello se dispuso de botellas PET a los cuales de ha
llenado 700 mL de agua con concentracioacuten de arseacutenico inicial de 0160 mgL se ha
adicionado 5 gotas de limoacuten y solucioacuten de citrato de sodio para tener una relacioacuten molar
hierrocitrato de 18 en la muestra de agua final que ha sido determinado en
experimentos de laboratorio ser buena para la remocioacuten de arseacutenico (III) luego
irradiados al sol por 4 horas desde las 10 de la mantildeana en un diacutea soleado
59
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
018-
0 1 1 ----------------------------------------------------------------------------------01 4- i I-------------1------------- 1------------- 1-------------i------rniv-04 ^ -05 abr-05 jm-05 s^-05 aacutec-05 feb-06
Figura 15 Variacioacuten de la concentracioacuten de arseacutenico total durante el tiempo analizado
El resultado de esta prueba se observa en la Figura 16 donde no hay una buena
remocioacuten para ninguno de los experimentos aunque con citrato de sodio se obtuvo una
remocioacuten de hasta 54 del arseacutenico total por alguna razoacuten no hubo una buena
coagulacioacuten y precipitacioacuten de los floacuteculos de hierro esta prueba era solo para observar
como es la remocioacuten de los reactivos agregados mas no es el objetivo del trabajo por
ello no se hizo mas pruebas
Figura 16 Porcentaje de remocioacuten de arseacutenico total con solucioacuten de hierro (III) en agua de Sama Las Yaras
60
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
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CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Por otro lado lo que mas importaba era obtener iones de hierro en el agua
analizada por otro meacutetodo que no sea usar reactivos quiacutemicos para ello se ha probado
la oxidacioacuten de alambres de enfardar los cuales se han introducido dentro de 1^
botellas con agua y expuestos al sol durante 4 horas en diferentes cantidades al final de
la exposicioacuten se retiran los alambres y se analiza la concentracioacuten de hierro total por el
meacutetodo colorimeacutetrico con 1-10 fenantrolina el resultado que se obtuvo esta indicado en
la Figura 17 donde se aprecia que en 4 horas de exposicioacuten al sol con 3 gramos de
alambre de tiene 311 mgL de iones hierro y con 6 gramos de alambre de tiene en
solucioacuten 641 mgL
1 2 3 6
Cantfad de fe)Figura 17 Concentracioacuten de hierro obtenido por oxidacioacuten del alambre en 4 horas de irradiacioacuten en agua de Sama Las Yar^
Luego que se ha probado que es posible obtener iones de hierro a partir de
alambres de enfardar se ha probado para realizar la remocioacuten de arseacutenico de agua en la
localidad de Sama las Yaras distrito del mismo nombre en el departamento de Tacna
para ello se dispuso varias botellas de 700 mL con agua y alambre m ^ 3 gotas de jugo
de limoacuten y se puso a irradiacioacuten solar por 4 horas tal como muestra la Figura 18 a)
luego de 4 horas de irradiacioacuten se observa una coloracioacuten amarillenta del agua dentro de
las botella como se observa en la Figura 18 b) al finalizar se retira el alambre de 1^
botellas y estas se dejan en forma vertical por toda la noche para ser filtradas con pantildeos
de algodoacuten en embudos de platico como se observa en la Figura 19
61
Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
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7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
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8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
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Figura 18 a) Botellas con agua al inicio de la irradiacioacuten b) Botellas con agua durante la irradiacioacuten solar se observa el cambio en las botellas
Figura 19 Filtracioacuten de los floacuteculos de hierro formados en el agua
Los resultados de la prueba muestran que la remocioacuten de arseacutenico con
concentracioacuten inicial de 0160 mgL en agua de pozo de Sama Las Yaras en todas las
botellas foe buena con tres gramos de alambre es suficiente para remover el 92 con 6
9 y 12 gramos la remocioacuten esta por encima de 94 no foe posible la determinacioacuten del
arseacutenico por el meacutetodo empleado que tiene como limite 10 ugL los valores de arseacutenico
estaacuten mostradas en la tabla 12 y se observa que para alambres de 6 9 y 12 son menores
a 0010 mgL
Tabla 12 Agua de consumo humano con 0160 mgL de arseacutenico total inicial y 4 horas de irradiacioacuten tratado con alambre de hierro y jugo de limoacuten
Alambre (gr) Arseacutenico total residual mgL remocioacuten3 0015 926 lt0010 gt949 lt0010 gt9412 lt0010 gt94
62
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Otra prueba realizada en febrero de 2005 con concentracioacuten de arseacutenico inicial
de 0143 mgL hallado en el agua de subsuelo de Sama las Yaras cuyos resultados
experimentales y los valores del porcentaje de remocioacuten utilizando alambres de hierro
conjugo de limoacuten y sin jugo de limoacuten estaacuten indicadas en la Tabla 13 y graficadas en la
Figura 20 donde se observa que sin usar limoacuten tambieacuten se logra remover hasta 83 de
arseacutenico con 6 jarnos de alambre y 4 horas de foadiacioacuten solar
Tabla 13 Remocioacuten de Arseacutenico total con alambre de hierro con jugo de limoacuten y sin jugo limoacuten
Alambre Remocioacuten con Remocioacuten sin(gr) jugo de limoacuten jugo de limoacuten
2 60 643 79 666 93 83
G^mos de a b ^ r eFigura 20 Remocioacuten de As total usando alambre de hierro conjugo de limoacuten
Tambieacuten en estas muestras se ha analizado la concentracioacuten de hierro residual en las
muestras de agua tratada encontrando que esta concentracioacuten es menor en aquellas
muestras que contienenjugo de limoacuten para muestras con 3 y 6 gramos de hierro lo que
se indica en la Tabla 14 y se comparan en la Figura 21 esto quiere decir que la
floculacioacuten y posterior precipitacioacuten es mejor en estas muestras con limoacuten y esto se observa en la forma del precipitado final siendo estas mas consistentes y faacuteciles de
filtrar mienttas que los precitados sin jugo de limoacuten son mas deacutebiles y se debe tener
63
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
mayor cuidado al momento de filtrar ya que con facilidad se levanta del fondo de las
botellas
Tabla 14 Concentracioacuten de Fe (mgL) en las muestras de agua final
Alambre(gramos)
Conjugo de limoacuten
Sin jugo de limoacuten
2 06 m ^L 05 mgL3 03 mgL 09 mgL6 05 mgL 10 mgL
c o n l^ n sm lmoacuten
de a^^fre
Figura 21 Concentracioacuten de Hierro final en agua tratada con limoacuten y sin limoacuten
Como en la prueba anterior se observo que la remocioacuten con limoacuten y sin limoacuten
tienen similar porcentaje de remocioacuten se ha insistido en esta prueba para conocer el
efecto del limoacuten en la remocioacuten para ello se ha realizado otra prueba en noviembre y
diciembre de 2005 a partir de la fecha tambieacuten se analizoacute la presencia de arseacutenico (III)
lo cual conteniacutea solo alrededor del 10 del arseacutenico total tal y como muestra la tabla
10 de resultadosEn esta prueba realizada en noviembre de 2005 se prueba la remocioacuten de
arseacutenico con concentracioacuten inicial de 0173 mgL con 3 y 6 ^ o s de alambre usando
limoacuten y sin limoacuten luego se dejoacute las muestras irradiadas por 4 horas al sol en reposo en
forma vertical se observaron que las botellas con limoacuten presenta una precipitacioacuten mas
64
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
eficiente ya que el color del agua en la parte superior era transparente y los floacuteculos
de hierro estaacuten en la b ^ e de 1^ botella como se observa en la Figura 22 a) sin embargo
en las botellas sin limoacuten se observa una precipitacioacuten de hierro incompleta porque el
color del agua en la parte superior era aun turbia en forma de polvo que al moverla
para filtrar se levantan con facilidad del fondo de las botellas como se observa en la
Figura 22 b) los resultados obtenidos en porcentaje de remocioacuten se muestra en la Figura
23 donde las botellas con limoacuten tienen una remocioacuten mayor al 95 mientras que 1^
botellas sin limoacuten tienen una remocioacuten de 90 pero con una cuidadosa y maacutes lenta
filtracioacuten en pantildeos de algodoacuten
Figura 22 Luego de precipitacioacuten a) con limoacuten y b) sin limoacuten
100mamp 95 -S 9 0 iacute
lt 8 5 -18 0 -1
pound 7 5 --9y 7 0 -1 6 5 ^
6 0 -
t 5 5 5 0 -
3 g 6 g sa n soacute n 3 gcmlrnroacute 6 gconlmoacuten
de ternFigura 23 Remocioacuten de arseacutenico en agua de Sama 1^ Y ar^ usando alambres de hierro Nov 2005
65
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Las muestras tratadas con 3 y 6 gramos de alambre con 3 gotas de jugo de limoacuten
en noviembrere de 2005 se han enviado al IPEN para el anaacutelisis de arseacutenico mediante
activacioacuten neutroacutenico y el resultado nos confirmo una buena remocioacuten ya que
partiendo de una concentracioacuten inicial reportado por este analices de 13512 ugL al
final se obtiene agua con 443 ugL con 3 gramos de alambre y para 6 gramos de
alambre el arseacutenico no fae detectado con un limite de deteccioacuten de 08 ugL estos
valores estaacuten mostrados en la Tabla 15 donde se observa que el porcentaje de remocioacuten
para 3 gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fae de 967 mientras que para 6
gramos de alambre y 3 gotas de limoacuten la remocioacuten esta por encima del 994 siendo
ambos una buena remocioacuten que llega a tener arseacutenico por debajo del liacutemite
recomendado por al OMS que es de hasta 10 ugL en aguas de consumo humano como
se observa en la Figura 24
Tabla 15 Resultado de remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro y limoacuten analizado en IPEN (tomado del certificado de anaacutelisis 1117)
Muestra Unidad As +-LCLD
RemocioacutenOriginal PgL 13512+-010Tratada 3 gr alambre P^L 443 +- 003 967Tratada 6 gr alambre PgL ND 08 lt994
66
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
69
CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
160
140
120
^ 100 2
lt 80
i 60
40
20
0
Figura 24 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de S ^ a Las Yaras
Las muestras de las pruebas realizadas en diciembre de 2005 tambieacuten han sido
enviadas al IPEN para el analices de arseacutenico donde la Tabla 16 describe el tipo de
prueba y los resultados que se han obtenido para arseacutenico total donde el analices de la
muestra original no se realizo en IPEN por falta de muestra por ello se calculo el
porcentaje de remocioacuten a partir del valor encontrado en laboratorio los resultados
indican que en todos los casos hay una remocioacuten superior al 94 quedando arseacutenico
residual de 869 ugL para agua tratada con 3 gramos de alambre y sin limoacuten para 3
gramos de alambre y 3 gotas de jugo de limoacuten fue de 28 ugL mientras que con 6
gramos de alambre y sin limoacuten hay 52 ugL de arseacutenico residual para 6 gramos de
alambre y 3 gotas de limoacuten queda menor a limite de deteccioacuten del instrumento de 08
ugL de arseacutenico residual en todos los casos se alcanza valores menores al
recomendado por la OMS de 10 ugL para arseacutenico en agua de consumo
3 amp ^ ^ b r e 6 amp
67
Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
68
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
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CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
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7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
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Tabla 16 Remocioacuten de arseacutenico con alambre de hierro en agua de Sama las Yaras analizado en IPEN (tomado de certificado de anaacutelisis 1120) muestra original 152 ugL (analizado en laboratorio)
Muestra Unidad Concentracioacuten LD Caracteriacutesticas de las
Remocioacuten muestras
MA1 PgL NHMMuestra original S ^ a las Yaras
MA2 PgL 869 plusmn 040943 Muestra tratada con 3 jarnos
de hierro y sin limoacuten
MA3 PgL 280 plusmn012982 Muestra tratada con 3 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
MA4 PgL 520plusmn021966 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y sin limoacuten
MA5 PgL ND 08gt995 Muestra tratada con 6 gramos
de hierro y 3 gotas de limoacuten
En las Tablas 17 y 18 se realiza la comparacioacuten entre los elementos quiacutemicos
analizados en las muestras de agua original y el agua tratada con 6 gramos de alambre y
3 gotas de limoacuten en Enero de 2006 se observa que para arseacutenico la remocioacuten es casi
completa mientras que para hierro hubo un incremento de 32 ugL en el agua original
hasta 399 ugL pero este valor esta por debajo del limite maacuteximo permitido en agua de
consumo humano de 1000 ugL por lo tanto al final no hay contaminacioacuten con hierro
en este tipo de tratamiento
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Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
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CAPITULO V5 CONCLUSIONES
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C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
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o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
Tabla 17 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC) LDAs 1530 +- 40Br ggL 602 +- 22Ce ggL 19+-04Co ggL 03Cr ggL ND lt50Cs g^L 1000+-43Fe PgL 320 +- 50Na PgL 379200+- 15900Rb ggL 1594+-63Sb ggL 620 +- 046Se ggL 36+- 11Sm ggL 040 +- 002Sr PgL 1690+-90U ggL 62 +- 05Zn ggL 81
Tabla 18 Resultado del anaacutelisis quiacutemico de muestras de agua de Sama las Yaras tratada de Enero de 2006 meacutetodo empleado Activacioacuten Neutroacutenica K subcero (Tomado del informe N0 1128)
Elemento Unidad Concentracioacuten (+- LC)As NDBa ggL 852+- 138Br P^L 830+- 190Ce ggL 18+- 07Co ggL 10+-04Cr ggL NDCs P^L 1146+-55Fe ggL 399 +- 87Na ggL 501000+- 99000Rb ggL 182+- 14
Sb g^L 85+- 18Se ggL 33 +- 03
Sm ggL 065+-012
Sr ggL 2015+-96
U ggL 91 +- 10
Zn ggL 1418+- 18
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CAPITULO V5 CONCLUSIONES
70
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
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CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
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C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
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o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
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CAPITULO V5 CONCLUSIONES
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C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
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CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
73
C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
C A PIacuteT U L O V CO N CLU SIO N ES
51 CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos tanto en laboratorio con aguas
sinteacuteticas conteniendo arseacutenico como en trabajo en campo con aguas naturales
contaminadas se pueden resumir algunas conclusiones
1 Este trabajo comproboacute que el meacutetodo para la remocioacuten de arseacutenico propuesto con
alambres de hierro y gotas de jugo de limoacuten es muy efectivo removiendo hasta 994
de arseacutenico debido principalmente a que la mayor cantidad de arseacutenico se encuentra
como arseacutenico V (mas del 90) lo cual evita hacer una previa oxidacioacuten para que
posteriormente sea removido por la coagulacioacuten floculacioacuten y posterior precipitacioacuten
con iones hierro obtenidos de la oxidacioacuten del alambre
2 Por lo tanto se modificoacute la tecnologiacutea RAOS para uso en las aguas de Sama Las
Yaras del departamento de Tacna de manera que simplemente se agrega hierro como
alambre y gotas de limoacuten de la zona al agua almacenada en botellas antes de su
exposicioacuten a la luz solar alcanzando una alta eficiencia en la remocioacuten (994 )
3 Se comproboacute que la aplicacioacuten del meacutetodo RAOS para descontaminar las aguas de
Sama las Yaras es factible siempre y cuando se realice una modificacioacuten de la
tecnologiacutea para ser adaptada a cada realidad geograacutefica ambiental
4 Debido a la ausencia de hierro natural en las aguas de Sama las Yaras es necesario
que se reemplace por una adicioacuten extema de una fuente de hierro obtenieacutendose asiacute
resultados de remocioacuten por arriba del 99
5 Con la adicioacuten de tres gotas de jugo del limoacuten en las botellas se obtiene un
porcentaje de remocioacuten de arseacutenico mayor al 99
6 El efecto de agentes de complejacioacuten (aacutecido ciacutetrico) depende de las otras variables
parece ser beneficioso cuando la fuente de hierro esta en el estado de oxidacioacuten +2
mientras que no es muy importante en medios que contienen Fe(III) Tambieacuten es
esencial garantizar las fuentes de alcalinidad y dureza para una buena coagulacioacuten y
precipitacioacuten
71
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
72
CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
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C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
75
7 por otro lado es muy recomendable realizar el seguimiento del arseacutenico en diferentes
estaciones del antildeo para obtener la variacioacuten por eacutepocas y continuar la implementacioacuten
del meacutetodo para la remocioacuten realizar otros trabajos complementarios para otros metales
y otras feentes que podriacutean ser en otros distritos de Tacna ademaacutes de probar teacutecnicas
para ablandar el agua y hacer una desinfeccioacuten para que este tipo de aguas sean aptos
para su consumo
8 Finalmente el agua de esta zona tiene alto contenido de dureza y soacutelidos disueltos
que hacen de esta agua un poco salado al gusto los analices de los elementos quiacutemicos
indica alta concentracioacuten de sodio que fee analizado por activacioacuten neutroacutenica siendo
necesario otros estudios para remover otros iones ya que el hierro es casi especifico
para arseacutenico
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CAPITULO VI6 REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
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C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
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o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
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BIBLIOGRAFICAS
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C A PIacuteT U L O VI R EFER EN C IA S BIBLIO G RAacute FICA S
61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
m icro filtra tio n BS Middle East Technical University 2003
3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
electroacutenica de la escuela de posgrado de la ^NSAM 2004
4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
R em o cioacute n d e A rseacuten ico d e A g u a s d e l R iacuteo C a m a ro n es A rica C h ile u tilizan do la
te c n o lo g iacutea R A O S m o d ifica d a Cap 2 En Remocioacuten de arseacutenico asistida por luz solar
en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed Marta Litter y Heacutector Mansilla Bs
As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
5 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa S o la r L ight in du ced rem o va l o f arsen ic
f r o m c o n ta m in a ted g ro u n d w a te r the in te rp ity o f so la r e n e r ty a n d C h em ica ls
va ria b les solar energy 77 paacuteg 601-613 2004
6 Lorena Cornejo Heacutector D Mansilla Arenas M J Flores M Flores V Figueroa
L y Yaacutentildeez J R em ocioacuten d e arseacuten ico en agu as d e l r iacuteo C am arones A rica Chile
u tilizan do la te cn o lo g iacutea R A O S m odificada Cap 4 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta
I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdarsenicooea4pdf
7 Mariacutea Gabriela Garciacutea Humg J Lin G Custo Josefina dHiriart Margarita del V
Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
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o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
http^^wcepisorgpebvsacdmlsquosenicooea4pdf
8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
http^^wcneagovar^iambientalagua-pur^Raos-2003 pdf
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61 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
1 Esparza ML y Wong M A b a tim ien to de A rseacuten ico en a g u a s su b terraacute n ea s p a r a
zo n a s ru ra les XXVI Congreso Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental
3 al 8de Diciembre Porto Alegre Brasil 1998
2 Sevil Caniyilmaz A rsen ic rem o va l fro m g ro u n d w a ter b y fe -m n ox id a tio n a n d
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3 Hidalgo MV Apella MC Litter MI Blesa MA T ecn o lo g iacutea s eco n oacute m ica s de
p o ta b iliz a c ioacute n so la r d e agua en zo n a s a is la d a s d e L a tin oam eacuterica Revista
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4 Heacutector D Mansilla Lorena Cornejo Lara F Yaacutentildeez J Lizama C y Figueroa L
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As 2003 http^uwcnea govarxxiambientalagua-puraRaos-2003pdf
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I Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
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Hidalgo Marta I Litter Miguel A Blesa A va n ces en rem ocioacuten d e a rseacuten ico p o r
74
o x id a c ioacute n so la r en a g u a s d e Tucum aacuten A rg en tin a Cap 2 En Avances en tecnologiacuteas
econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
aguas de comunidades rurales de Ameacuterica Latina (meacutetodos FH y RAOS) Ed Marta I
Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
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8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
de arseacutenico asistida por luz solar en comunidades rurales de Ameacuterica Latina Ed
Marta Liter y Hector Mansilla Bs As 2003
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econoacutemicas solares para desinfeccioacuten descontaminacioacuten y remocioacuten de arseacutenico en
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Litter y Antonio Jimeacutenez Gonzaacutelez Bs As 2004
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8 C Jorge JNieto SPonce J Rodriacuteguez J Solis y W Estrada R em ocioacuten d e
A rseacuten ico d e l a g u a m ed ia n te ir ra d ia c ioacute n so la r en Lim a Peruacute Cap 3 en Remocioacuten
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