tratamiento de aguas

1. Remoción de hierro (Fe)
y manganeso (Mn)
MSc. Ing. Norma Avendaño
Coordinadora Unidad de Vigilancia
de la Salud y Ambiente
MSPAS

2. Reseña histórica
• 1,899 (Harry Clark) reporto por primera vez la
presencia de Fe y Mn en agua subterránea
como resultado de la percolación de aguas
saturadas con oxígeno disuelto que estaban en
contacto con materia orgánica.
• 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.

3. Orígenes de la presencia de Fe y Mn
Los materiales que constituyen la corteza
terrestre son clasificados en suelo y rocas
que contienen sustancias inorgánicas de tres
tipos:
– Minerales primarios procedentes de rocas ígneas y
metamórficas
– Minerales secundarios formados a partir de los
primarios (arcillosos)
– Oxidos y carbonatos sin cambiar, tales como Fe2O3,
Al2O3, etc.

4. Los depósitos residuales de hierro pueden
proceder de:
– yacimientos de siderita o sulfuro de hierro
– minerales de hierro contenidos en calizas no
alumínicas
– calizas que han sido sustituidas parcialmente
por minerales de hierro antes o durante el
período de meteorización
– rocas ígneas básicas
– sedimentos siliceos ferruginosos

5. Los depósitos de Mn pueden proceder de:
– Calizas y dolomitas pobres en alúmina pero que
contienen diseminados carbonatos y óxidos de
manganeso.
– Calizas que contienen manganeso introducido o
diseminado en las mismas.
– Rocas silicatadas magnesiferadas, tales como
esquistos cristalinos o rocas ígneas alteradas
– Yacimientos de filón de minerales de
manganeso o minas con elevado contenido de
manganeso.

6. Presencia de Fe y Mn

7. • 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 forma
químicamente reducida y solubles que no dan
color al agua, como bicarbonato de manganeso y
bicarbonato ferroso.
• Cuando se oxidan por aireación o por cloro, los
minerales precipitan y el Fe imparte un color
rojizo o negruzco y el manganeso un color
purpúreo o negruzco.

8. Microorganismos asociados a la
presencia de Fe y Mn
El Fe favorece el crecimiento de las “bacterias
del hierro”, organismos filamentosos que
extraen su energía de la oxidación del Fe+2 a
Fe+3 y en esta operación depositan un
revestimiento viscoso en las tuberías, no son
bacterias verdaderas, sino especies de mas alta
vida vegetal. Los más comunes de estos
organismos son del genero Crenothrix.

9. Bacterias envainadas
Se caracterizan por el agrupamiento
filamentoso de las células que están dentro
de sus vainas (a veces tienen incrustados
óxidos de Fe y Mn). Pertenecen al reino
procariote y se componen de siete géneros:
– Sphaerotilus - Crenothrix
– Leptothrix - Clonothrix
– Streptothrix - Lieskeella
– Phragmigiothrix

10. Otra subdivisión del reino procariote son las
bacterias gemantes o accesorias de las cuales el
genero Gallionella, específicamente la especie
Gallionella ferruginea, se caracteriza porque
sus tallos son largos, delgados y retorcidos y
están impregnados de hidróxido férrico. Se les
encuentra en suelos y aguas que contienen
compuestos solubles de hierro reducido.
Tienen la propiedad de transformar el Fe
reducido soluble en compuestos férricos
insolubles que pueden obstruir los sistemas
urbanos de aguas.

11. Desarrollo de Crenothrix en las tuberías:
• Crenothrix y organismos conexos se desarrollan
en 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 precipitación local o
intercelular de los iones metálicos como hidratos
insolubles
• Los metales actúan como factor de crecimiento de
las bacterias.

12. • Durante el proceso de descomposición orgánica, se
producen reacciones químicas reversibles, producción
local de ácido y el potencial de oxidación reducido,
disuelve hidratos del metal produciendo sabores y olores.
• Las variaciones de pH y potencial de oxidación causan
circuitos de corrosión.
• La precipitación del Fe y Mn es catalizada por los
depósitos existentes de óxidos de Fe y Mn, desarrollados
por aireación.
• El resultado de los procesos, Fe y Mn se acumulan en los
sistemas de distribución.
• Ademas en ausencia de oxigeno, se favorece la reducción
de sulfatos en sulfuros y se producen compuestos olorosos.
• Las materias tánicas se combinan con Fe y forman un
deposito negro.

13. Problemas ocasionados
• Depósitos en red de distribución
• Medidores pueden recubrirse de óxidos
• Artefactos sanitarios y utensilios de cocina se
recubren de depósitos negruzcos
• Manchas amarillas en ropa
• Corrosión de tuberías
• Sabor metálico
• Industrias de papel (estabilidad de colorantes),
bebidas

14. Normas guatemalteca de calidad
del agua potable
• Hierro
– Límite máximo aceptable: 0.1 mg/L
– Límite máximo permisible: 1.0 mg/L
• Manganeso
– Límite máximo aceptable : 0.05 mg/L
– Límite máximo permisible: 0.5mg/L

15. Metodos para remoción de
Fe y Mn

16. Procesos de remoción
• Oxidación y precipitación, con la adición de
químicos y sedimentación en algunos casos,
y filtración
• Filtración a través de zeolita de manganeso
• Intercambio de iones

17. Precipitación química:
El hierro y el manganeso pueden ser
removidos mediante la oxidación de los
iones solubles de Fe+2 y Mn +2 con el uso
de oxígeno molecular, cloro residual y
permanganato de potasio.

18. Proceso químico
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+

19. Cinética de reacción
Oxigenación de Mn+2

20. Compuestos de Fe
• Bicarbonato ferroso
• Hidróxido férrico
• Sulfato ferroso
• Hierro orgánico

21. Remoción de bicarbonato ferroso
• Aireación, sedimentación y filtración
4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O --->4 Fe(OH)3 + 8 CO2
• Oxidación, sedimentación y filtración
2 Fe+2 + Cl2 + 6 H2O --->2 Fe(OH)3 (s) + 2 Cl- + 6 H+
• Ablandamiento del agua por intercambio de
cation de sodio (zeolita)
Fe(HCO3)2 + 2 NaR ---> FeR2 + 2 NaHCO3
FeR2 + 2 NaCl ---> 2 NaR + FeCl2

22. • Proceso de intercambio de cation de
hidrogeno
Fe(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
comunes
Se reduce dureza (agua blanda)

23. Estudio de casos
Aplicación de estudios de laboratorio al
diseño de plantas de tratamiento

24. Presentado por:
• Ing. Octavio Cordón
• Ing. Norma Avendaño

25. Objetivo del trabajo técnico
Resaltar la utilidad de estudiar el origen de
las sustancias indeseables en las aguas de
abastecimiento para entender los
mecanismos de sus remoción y sobre todo
la importancia de efectuar ensayos de
laboratorio y de procesos unitarios para
ayudar en la selección de los procesos de
tratamiento para su remoción, a emplear en
el diseño de las plantas de tratamiento.

26. Descripción Caso 1
Urbanización privada ubicada al Sudeste de la
Ciudad de Guatemala en jurisdicción,
comprende 60 lotes y la fuente de
abastecimiento es agua subterránea
proveniente de un pozo.
Problema: Quejas de usuarios
Hierro - 2.3 mg/L
Manganeso - 3.4 mg/L

27. Descripción - caso 2
Urbanización privada en condominio
ubicada al norte de la Ciudad de Antigua
Guatemala, con 50 casas, abastecida por
agua subterránea proveniente de un pozo.
Problema: Quejas de usuarios
Hierro - 2.3 mg/L

28. Estudios de procesos - caso 1 y 2
Agua cruda
Bandejas de
aireación
Cámara de
contacto
Filtro rápido
de gravedad
Tanque de
distribución
Cloro Cloro
Cloro

29. Descripción del caso 3
Río que abastece a una población de 20 000
habitantes ubicada en el oriente del país. La
calidad del agua en época de lluvia presenta
problemas de color rojizo.
Problemas:
Color aparente: 233 unidades
Color verdadero: 109 unidades

30. Procesos - caso 3
Canal de mezcla
hidráulica Sedimentadores Filtros lentos
Agua cruda
Sulfato de
Aluminio Tanques de
distribución
Cloro

31. Descripción - caso 4
• Urbanización para vivienda económica
ubicada cerca de Villa Canales, abastecida
de agua subterránea de un pozo profundo.
• Problemas:
Quejas de usuarios - manchas en ropa
Hierro 0.6 mg/L
Manganeso: 3.5 mg/L

32. Procesos - caso 4
Bandejas de
aireación
Cámara de
Contacto
Filtros rápidos
gravedad
Tanque de
distribución
Agua cruda
Cloro
Cloro y cal
hidratada

33. Conclusiones
• Es posible y necesario hacer estudios de
laboratorio (bench) para encontrar la
aplicabilidad y secuencia de los procesos a
emplear en el diseño de plantas de
tratamiento.
• Para casos más complejos es necesario
construir una planta piloto y probar los
procesos unitarios a emplear.

34. Conclusiones
• Los métodos de remoción de hierro y
manganeso por aireación, oxidación,
sedimentación y filtración, son
económicamente factibles, fáciles de
implementar y de operar.
• Las plantas de remoción de hierro y
manganeso diseñadas localmente son
económicas en comparación con las plantas
paquete.

35. Conclusiones
• Es posible utilizar, con juicio,
sedimentación con floculantes precediendo
filtración lenta en el diseño de plantas.
• Se debe investigar y considerar dentro de
los diseños de los procesos de tratamiento,
los problemas organolépticos y de salud que
se puedan ocurrir debido a la utilización de
sustancias químicas en el tratamiento de
agua potable.

36. Conclusiones
• En el transcurso de la realización del
presente trabajo de investigación se observó
la importancia que tiene el formar equipos
mixtos de trabajo con diferentes
experiencias para poder implementar en los
diseños aspectos técnicos de varias
especialidades.

37. Recomendaciones
• Debido a los resultados obtenidos en las
distintas pruebas, se evidencia la utilidad de
los ensayos para lograr la selección
adecuada de procesos de tratamiento y la
construcción de obras de ingeniería sanitaria
que no cumplan con los objetivos de
remover los parámetros que puedan afectar
la calidad del agua de abastecimiento.

38. Recomendaciones
• Se recomienda efectuar ensayos de
laboratorio para cada una de las fuentes de
abastecimiento de agua para elegir el
tratamiento más adecuado.