Remocion de Hierro y Manganeso

7/30/2019 Remocion de Hierro y Manganeso

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Remocin de hierro (Fe)

y manganeso (Mn)

MSc. Ing. Norma AvendaoCoordinadora Unidad de Vigilancia

de la Salud y Ambiente

MSPAS


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Resea histrica

1,899 (Harry Clark) reporto por primera vez la

presencia de Fe y Mn en agua subterrnea

como resultado de la percolacin de aguas

saturadas con oxgeno disuelto que estaban en

contacto con materia orgnica.

En 1958 (Ralp Wolf) explico el metabolismo

de la Gallionella ferruginea

En 1960 (A. E. Griffin) indica que la presencia

de Mn esta asociada a la actividad bacteriana.


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Orgenes de la presencia de Fe y Mn

Los materiales que constituyen la corteza

terrestre son clasificados en suelo y rocas

que contienen sustancias inorgnicas de tres

tipos: Minerales primarios procedentes de rocas gneas y

metamrficas

Minerales secundarios formados a partir de losprimarios (arcillosos)

Oxidos y carbonatos sin cambiar, tales como Fe2O3,

Al2O3, etc.


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Los depsitos residuales de hierro pueden

proceder de: yacimientos de siderita o sulfuro de hierro

minerales de hierro contenidos en calizas no

alumnicas

calizas que han sido sustituidas parcialmente

por minerales de hierro antes o durante el

perodo de meteorizacin

rocas gneas bsicas

sedimentos siliceos ferruginosos


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Los depsitos de Mn pueden proceder de:

Calizas y dolomitas pobres en almina pero quecontienen diseminados carbonatos y xidos de

manganeso.

Calizas que contienen manganeso introducido odiseminado en las mismas.

Rocas silicatadas magnesiferadas, tales como

esquistos cristalinos o rocas gneas alteradas

Yacimientos de filn de minerales de

manganeso o minas con elevado contenido de

manganeso.


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Presencia de Fe y Mn


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Las aguas de pozos contienen mayores

concentraciones de Fe y Mn que las aguas

superficiales, debido al bajo pH (alta

concentracion de CO2) y al escaso contenido de

oxigeno disuelto.

En el agua el Fe y Mn se presentan en formaqumicamente reducida y solubles que no dan

color al agua, como bicarbonato de manganeso y

bicarbonato ferroso.

Cuando se oxidan por aireacin o por cloro, losminerales precipitan y el Fe imparte un color

rojizo o negruzco y el manganeso un color

purpreo o negruzco.


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Microorganismos asociados a la

presencia de Fe y Mn

El Fe favorece el crecimiento de las bacterias

del hierro, organismos filamentosos queextraen su energa de la oxidacin del Fe+2 a

Fe+3 y en esta operacin depositan un

revestimiento viscoso en las tuberas, no son

bacterias verdaderas, sino especies de mas alta

vida vegetal. Los ms comunes de estos

organismos son del genero Crenothrix.


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Bacterias envainadas

Se caracterizan por el agrupamientofilamentoso de las clulas que estn dentro

de sus vainas (a veces tienen incrustados

xidos de Fe y Mn). Pertenecen al reinoprocariote y se componen de siete gneros:

Sphaerotilus - Crenothrix

Leptothrix - Clonothrix Streptothrix - Lieskeella

Phragmigiothrix


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Otra subdivisin del reino procariote son las

bacterias gemantes o accesorias de las cuales el

genero Gallionella, especficamente la especie

Gallionella ferruginea, se caracteriza porque

sus tallos son largos, delgados y retorcidos y

estn impregnados de hidrxido frrico. Se lesencuentra en suelos y aguas que contienen

compuestos solubles de hierro reducido.

Tienen la propiedad de transformar el Fe

reducido soluble en compuestos frricos

insolubles que pueden obstruir los sistemas

urbanos de aguas.


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Desarrollo de Crenothrix en las tuberas:

Crenothrix y organismos conexos se desarrollanen forma de masas aglutinadas o viscosas

adheridas a las paredes de los tubos y superficies

sumergidas.

El desarrollo de las bacterias produce condiciones

alcalinas favorables a la precipitacin local o

intercelular de los iones metlicos como hidratos

insolubles Los metales actan como factor de crecimiento de

las bacterias.


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Durante el proceso de descomposicin orgnica, se

producen reacciones qumicas reversibles, produccin

local de cido y el potencial de oxidacin reducido,disuelve hidratos del metal produciendo sabores y olores.

Las variaciones de pH y potencial de oxidacin causan

circuitos de corrosin.

La precipitacin del Fe y Mn es catalizada por losdepsitos existentes de xidos de Fe y Mn, desarrollados

por aireacin.

El resultado de los procesos, Fe y Mn se acumulan en los

sistemas de distribucin. Ademas en ausencia de oxigeno, se favorece la reduccin

de sulfatos en sulfuros y se producen compuestos olorosos.

Las materias tnicas se combinan con Fe y forman un

deposito negro.


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Problemas ocasionados

Depsitos en red de distribucin

Medidores pueden recubrirse de xidos

Artefactos sanitarios y utensilios de cocina se

recubren de depsitos negruzcos Manchas amarillas en ropa

Corrosin de tuberas

Sabor metlico Industrias de papel (estabilidad de colorantes),

bebidas


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Normas guatemalteca de calidad

del agua potable Hierro

Lmite mximo aceptable: 0.1 mg/L

Lmite mximo permisible: 1.0 mg/L

Manganeso

Lmite mximo aceptable : 0.05 mg/L

Lmite mximo permisible: 0.5mg/L


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Metodos para remocin de

Fe y Mn


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Procesos de remocin

Oxidacin y precipitacin, con la adicin de

qumicos y sedimentacin en algunos casos,

y filtracin Filtracin a travs de zeolita de manganeso

Intercambio de iones


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Precipitacin qumica:

El hierro y el manganeso pueden ser

removidos mediante la oxidacin de los

iones solubles de Fe+2 y Mn +2 con el usode oxgeno molecular, cloro residual y

permanganato de potasio.


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Proceso qumico

4 Fe+2 + O2(g) + 10 H2O --->4 Fe(OH)3 (s) + 8 H+

3 Fe+2 + KMnO4 + 7 H2O --->3 Fe(OH)3 (s) + MnO2(s) + K+ + 5 H+

2 Fe+2 + Cl2 + 6 H2O --->2 Fe(OH)3 (s) + 2 Cl- + 6 H+

2 Mn+2 + O2(g) + 2 H2O --->2 MnO2 (s) + 4 H+

3 Mn+2 + 2 KMnO4 + 2 H2O ---> 5 MnO2(s) + 2 K+ + 4 H+

Mn+2 + Cl2 + 2 H2O ---> MnO2 (s) + 2 Cl- + 4 H+


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Cintica de reaccinOxigenacin de Mn+2


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Compuestos de Fe

Bicarbonato ferroso

Hidrxido frrico Sulfato ferroso

Hierro orgnico


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Remocin de bicarbonato ferroso

Aireacin, sedimentacin y filtracin4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O --->4 Fe(OH)3 + 8 CO2

Oxidacin, sedimentacin y filtracin2 Fe+2 + Cl2 + 6 H2O --->2 Fe(OH)3 (s) + 2 Cl

- + 6 H+

Ablandamiento del agua por intercambio decation de sodio (zeolita)

Fe(HCO3)2 + 2 NaR ---> FeR2 + 2 NaHCO3

FeR2 + 2 NaCl ---> 2 NaR + FeCl2


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Proceso de intercambio de cation de

hidrogenoFe(HCO3)2 + 2 HR ---> FeR2 + H2O + 2 CO2

FeR2 + H2SO4 ---> 2HR + FeSO4

Proceso de ablandamiento por cal y soda

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 ---> FeCO3 + CaCO3 + H2O

Proceso de ablandamiento con zeolitas

comunesSe reduce dureza (agua blanda)


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Estudio de casos

Aplicacin de estudios de laboratorio al

diseo de plantas de tratamiento


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Presentado por:

Ing. Octavio Cordn Ing. Norma Avendao


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Objetivo del trabajo tcnico

Resaltar la utilidad de estudiar el origen de

las sustancias indeseables en las aguas de

abastecimiento para entender losmecanismos de sus remocin y sobre todo

la importancia de efectuar ensayos de

laboratorio y de procesos unitarios paraayudar en la seleccin de los procesos de

tratamiento para su remocin, a emplear en

el diseo de las plantas de tratamiento.


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Descripcin Caso 1

Urbanizacin privada ubicada al Sudeste de la

Ciudad de Guatemala en jurisdiccin,

comprende 60 lotes y la fuente deabastecimiento es agua subterrnea

proveniente de un pozo.

Problema: Quejas de usuariosHierro - 2.3 mg/L

Manganeso - 3.4 mg/L


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Descripcin - caso 2

Urbanizacin privada en condominio

ubicada al norte de la Ciudad de Antigua

Guatemala, con 50 casas, abastecida poragua subterrnea proveniente de un pozo.

Problema: Quejas de usuarios

Hierro - 2.3 mg/L


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Estudios de procesos - caso 1 y 2

Agua cruda

Bandejas de

aireacinCmara de

contacto

Filtro rpido

de gravedad

Tanque de

distribucin

Cloro Cloro

Cloro


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Descripcin del caso 3

Ro que abastece a una poblacin de 20 000

habitantes ubicada en el oriente del pas. La

calidad del agua en poca de lluvia presentaproblemas de color rojizo.

Problemas:

Color aparente: 233 unidadesColor verdadero: 109 unidades


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Procesos - caso 3

Canal de mezclahidrulica Sedimentadores Filtros lentos

Agua cruda

Sulfato deAluminio

Tanques de

distribucin

Cloro


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Descripcin - caso 4

Urbanizacin para vivienda econmica

ubicada cerca de Villa Canales, abastecida

de agua subterrnea de un pozo profundo. Problemas:

Quejas de usuarios - manchas en ropa

Hierro 0.6 mg/L

Manganeso: 3.5 mg/L


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Procesos - caso 4

Bandejas de

aireacinCmara de

Contacto

Filtros rpidos

gravedad

Tanque de

distribucin

Agua cruda

Cloro

Cloro y cal

hidratada


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Conclusiones

Es posible y necesario hacer estudios de

laboratorio (bench) para encontrar la

aplicabilidad y secuencia de los procesos aemplear en el diseo de plantas de

tratamiento.

Para casos ms complejos es necesarioconstruir una planta piloto y probar los

procesos unitarios a emplear.


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Conclusiones

Los mtodos de remocin de hierro y

manganeso por aireacin, oxidacin,

sedimentacin y filtracin, soneconmicamente factibles, fciles de

implementar y de operar.

Las plantas de remocin de hierro ymanganeso diseadas localmente son

econmicas en comparacin con las plantas

paquete.


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Conclusiones

En el transcurso de la realizacin del

presente trabajo de investigacin se observ

la importancia que tiene el formar equiposmixtos de trabajo con diferentes

experiencias para poder implementar en los

diseos aspectos tcnicos de variasespecialidades.


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Recomendaciones

Debido a los resultados obtenidos en las

distintas pruebas, se evidencia la utilidad de

los ensayos para lograr la seleccinadecuada de procesos de tratamiento y la

construccin de obras de ingeniera sanitaria

que no cumplan con los objetivos deremover los parmetros que puedan afectar

la calidad del agua de abastecimiento.


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Recomendaciones

Se recomienda efectuar ensayos de

laboratorio para cada una de las fuentes de

abastecimiento de agua para elegir eltratamiento ms adecuado.

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