Remoción de hierro y manganeso por oxidación con cloro y filtración en grava.

Abstract

Este trabajo de investigación se desarrolló a escala piloto para estudiar la remoción del hierro y el manganeso utilizando como oxidante el cloro, seguido de un sistema de filtración en gravas de flujo ascendente FGA en tres etapas, operando con velocidades de filtración de 2 m/h, 3.5 m/h y 5.0 m/h para concentraciones afluentes de hierro total de 9.7 mg/L, 5.9 mg/L y 4.2 mg/L, respectivamente. Se identificaron los requerimientos operativos y económicos para la implementación del sistema de tratamiento y se propuso una matriz de selección de tecnología para la remoción de hierro y manganeso con diferentes etapas de FGA con oxidación con cloro. Los resultados mostraron que con Vf de 5m/h, y tres etapas de FGA, operando con una concentración afluente de hierro total entre 3.9- 4.9 mg/L y entre 0.9-1.2 mg/L de manganeso permitió tener efluentes hierro y manganeso por debajo de los valores guía establecidos por la norma Colombiana de calidad de agua. Las concentraciones de Fe total de 5.9 y 9.7 mg/l empleando Vf de 3.5 y 2.0 m/h respectivamente, en tres etapas de FGA, lograron eficiencias de remoción de Fe de 87% y 83%, y Mn 90% y 86%, respectivamente; pero se requiere de barreras adicionales para garantizar la remoción de estos parámetros por debajo de los valores guía (0.3 para Fe total y 0.1 para Mn). Para valores del pH del agua cruda entre 6.9 -7.9 unidades, se logró una adecuada oxidación del hierro y el manganeso por procesos fisicoquímicos. El tiempo de retención mayor a 30 minutos fue un factor clave para facilitar la precipitación y posterior remoción del hierro y manganeso. La mayor reducción del hierro y el manganeso del sistema piloto evaluado se alcanzaron en la primera etapa FGA, que mostró la mayor cantidad de depósitos específicos δ acumulados, con valores entre 400- 450 g/m3. El mecanismo de adherencia predomina sobre los mecanismos de transporte, en los FGA, debido la desestabilización de las partículas por la oxidación química. El mecanismo de transporte más influyente durante la filtración fue el de la sedimentación. Las velocidades de filtración empleadas con la tecnología de tratamiento por oxidación con FGA (entre 2 y 5m/h) hacen que la tecnología sea una alternativa promisoria para el tratamiento de aguas subterráneas con alto contenido de hierro. Los costos de inversión inicial de cada etapa de FGA se encuentran entre $1.0 y $2.2 millones L/s para tasas de filtración entre 5 y 2 m/h y los costos de A, O&M, por m3 producido varían entre $204 y $703, dependiendo de la velocidad de filtración empleada y el caudal de diseño. Sobre la base de los resultados obtenidos se realizó una síntesis de la evaluación para cada una de las concentraciones evaluadas, considerando las etapas FGA en función de la calidad del agua cruda para hierro total, manganeso, color aparente y pH, en función de las velocidades de filtración en el rango de 2-5 m/h, definiendo el tamaño y espesor del medio filtrante y la dosificación de hipoclorito de sodio. La tecnología, estudiada puede ser útil para cerca del 85% de sistemas con pozo de la región, que tiene concentraciones de hierro total de hasta 5 mg/L y 1 mg/L de manganeso. La oxidación con cloro se debe aplicar para aguas subterráneas, para aguas superficiales o con alto contenido de materia orgánica no es recomendable por los riesgos de formación de subproductos de la oxidación con el cloro.