TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS

CON CARBONATO DE CALCIO

Contaminación de suelos y aguas subterráneas.

EPG – UNPRG.

Lambayeque 2005.

Ing. CIP Pablo A. Molinero Durand.

Introducción

La degradación de la fertilidad es la disminución de la capacidad del suelo para soportar vida. Se producen modificaciones en sus propiedades físicas, químicas, fisicoquímicas y biológicas que conllevan a su deterioro.

Al degradarse el suelo pierde capacidad de producción y cada vez hay que añadirle más cantidad de abonos para producir siempre cosechas muy inferiores a las que produciría el suelo si no se presentase degradado. Puede tratarse de una degradación química, que se puede deber a varias causas: pérdida de nutrientes, acidificación, salinización, sodificación, etc.

Dado que la mayor parte de la actividad económica en nuestro país se desarrolla en base a la minería, primer contribuyente al PBI, se ha dado énfasis en aspectos referentes a este tema, sin descuidar el tratamiento de vertidos agroindustriales, por ser una actividad generadora de acidez y cada vez de mayor importancia para nuestro país ante el incremento de exportaciones no tradicionales. Se ha decidido incluir el problema de acidificación por lluvias ácidas, cuya prevención, si bien es cierto, cae en el campo de la contaminación atmosférica sus efectos se hacen sentir principalmente en el suelo.

Fuentes de acidificación de suelos.

La acidez del suelo: proceso natural, causado por la formación de ácidos orgánicos e inorgánicos, debido a la actividad microbiana y a la pérdida de bases del suelo, por intercambio de iones y lixiviación con el exceso de agua de lluvia.

Para los suelos minerales la acidez está comprendida entre 3.6 y 9.0 aproximadamente. Valores comprendidos entre 5.5 y 7.5 son los más comunes para los terrenos agrícolas. (O. Bockman et al; 1993)

DEGRADACIÓN

QUÍMICA

SI LA SATURACIÓN EN

BASES ES <50%

SI LA SATURACIÓN EN BASES

ES >50%

Clases disminución de la saturación en bases, en % año

Nula o ligera <1,25 <2,5

Moderada 1,25-2,5 2,5-5

Alta 2,5-5 5-10

Muy alta >5 >10

El proyecto internacional "Global Assessmente of Soil Degradation", 1991, (GLASOD)

ha puesto de manifiesto el grave estado de degradación en que se encuentran

actualmente los suelos en todo el mundo. Los resultados referentes a degradación

química se reproducen en la siguiente tabla:

TIPO LEVE

(Mha)

MODERADA

(Mha)

FUERTE

(Mha)

EXTREMA

(Mha)

TOTAL

(Mha)

TOTAL

%

Perdida de nutrientes 52.4 63.1 19.8 - 135.3

Salinización 34.8 20.4 20.3 0.8 76.3

Polución 4.1 17.1 0.5 - 21.8

Acidificación 1.7 2.7 1.3 - 5.7

Total 93.0 103.3 41.9 0.8 239.1 12.2

Fuentes de acidificación de suelos.

Minería

OXIDACION DEL SULFURO DE HIERRO (FeS2): PIRITA O MARCASITA

Oxidacion Directa

2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+

4Fe2+ + 10H2O + O2 = 4Fe(OH)3 + 8H+

2Fe2+ + ½ O2 + 2H+ = 2Fe3+ + H2O

MINERA YANACOCHA.

MINA EN PLAN DE CIERRE

Oxidación Indirecta

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O = 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+

OXIDACION DE METALES BASES Y OTROS SULFUROSOS:

GALENA (PbS), ESFALERITA (ZnS)

OXIDACION MICROBIANA: Thiobaccillus ferro-oxidans (T.ferro-oxidans)

MINERA YANACOCHA

PAD DE LIXIVIACIÓN

Agroindustria

Agroindustria

DESTILERIAS CHICLAYO Y BARI

DESCARGA AL DREN 4000

PROCEDENCIA PH

Condensado de alambique

Aguas de lavado de alambique

Condensado de evaporador

Licor espeso a la zona de alimentación

7,2

7,7

4,5

4,3

PROFRUSA - OLMOS

POZA DE VERTDOS

PROCEDENCIA PH

Efluente destilado (alambique)

Efluente de lavado cáscara

Efluente del vaso florentino

Efluente de lavado de equipos

Mezclado de todos los efluentes

2,34

3,34

3,19

6,40

3,20

Lluvia Ácida

SO2 + oxidante → SO3 + H20 → H2SO4

Emisiones de las centrales térmicas y por la combustión de hidrocarburos que

llevan S, N, Cl, etc.

Procesos naturales similares que se producen en las zonas de manglares,

arrozales, volcanes, etc.

Industria, tráfico rodado, abonos nitrogenados que sufren el proceso de

desnitrificación.

Efectos de la acidificación en los

suelos

Reduce los nutrientes al variar su ciclo.

Provoca la movilización de elementos tóxicos como el aluminio (soluble a pH<4.2).

Incrementa de la movilidad de metales pesados.

Provoca variaciones en la composición y estructura de la microflora y microfauna.

Conceptualmente la acidificación equivale a:

Disminución del pH.

Disminución de la saturación en bases.

Aumento en la proporción de H+ y Al+3 en el complejo de cambio.

Tratamiento de la acidificación

Procesos de Consumo de ácido

La formación de Drenaje ácido de Mina puede ser inhibida o retardada por las reacciones con otros componentes presentes en los desechos de mina o en el agua que se infiltra en los desechos de mina. La generación de ácido puede ser afectada por reacciones con: Carbonatos, aluminosilicatos, y otros compuestos

Los carbonatos, como la dolomita y la calcita, son materiales que se encuentran presentes en la mayoría de tipos de roca y pueden estar disponibles, ya sea en solución o como sólido, para consumir ácido. Los minerales de silicatos y silicatos portadores de aluminio (aluminosilicatos) aunque consumidores de ácido menos efectivos que los carbonatos, pueden tener efectos significativos en el proceso de generación de ácido. En contacto con el agua, los silicatos y aluminosilicatos tienden a producir un pH alcalino.

También, cuando están en contacto con los ácidos, tienden a degradarse, consumen iones de hidrógeno y producen minerales de arcilla. En resumen, para sistemas productores de ácido más lentos, la descomposición del silicato y el consumo del ácido pueden representar un control efectivo de generación de ácido

Tratamiento de la acidificación

Neutralización.

Calcita (Caliza: CaCO3)

CaCO3 + H+ → Ca2+ + HCO3- bicarbonato

CaCO3 + 2H+ → Ca2+ + H2CO3 ácido carbónico

Fe2+ + CO32- → FeCO3 siderita

La siderita es menos soluble que la calcita, tendiendo a amortiguar el pH en el rango de 4.5 a 6.0. La calcita tiende a neutralizar soluciones llevándolas a un pH entre 6.0 y 8.0.

Los hidróxidos,

Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O

De manera general para el proceso de neutralización por carbonato de calcio se representa por la siguiente ecuación:

Suelo}(H+)2 + CaCO3 → Suelo}Ca2+ + CO2 + H2O

La mayoría de plantas comunes crece mejor en suelos con pH cercano a la neutralidad. Si el suelo se vuelve demasiado ácido para el crecimiento óptimo de las plantas, este puede ser restaurado mediante la adición de carbonato de calcio.

6” a 18”

12” a 24”

0” a 3” AGUA

SUSTRATO

ORGANICO

Tratamientos del DAM

HUMEDAL

ANAEROBICO O

COMPOST

HUMEDAL

AEROBICO

FLUJO ACIDO DE ENTRADA FLUJO NEUTRO DE SALIDA

20 ft

160 ft (1 ft profundidad)

CANAL ABIERTO

DE CALIZA

AGUA DESDE

EL DAM

RETORNO A

LA

CORRIENTE

LECHO

FLUIDO DE

CALIZA

SUPERFICIE

VEGETAL

SUELO

ARCILLOSO

CALIZA DE

ALTA CALIDAD

(90% CaCO3)

POZO

BIFURCADO

DRENAJE ANOXICO

DE CALIZA

NIVEL LIBRE DE

DRENAJE 3 ’ – 6 ‘

COMPOST 18” – 24”

CALIZA CON TUBERIA

DE DRENAJE 18” – 24”

PUNTO DE INOCULACION

LECHO FLUIDO DE CALIZA

HUMEDAL DE

FLUJO

VERTICAL

PROCESO

PYROLUSITE®

Tratamiento para agroindustrias

VERTIDO

TAMIZ

CaCO3 SÓLIDO

EMPACADO

DRENAJE

NEUTRO

PROCESO POR

CARBONATO EN

LECHO FIJO

ENCALADO O ADICION

DE CARBONATO EN

SUSPENSION