Tratamiento de aguas de desecho minero

La actividad minera genera una gran cantidad de contaminantes que son vertidas directamente en los ríos.  Para ello también existen maneras de regular la contaminación que es vertida en las aguas. En el caso de la minería, la corrección de las aguas ácidas  se puede realizar con 2 tipos de tratamientos:

  • Tratamiento activo: es decir métodos ortodoxos, que precisan del uso de reactivos sintéticos, impulsados para energía externa y sedimentación intensificada.
    • Precipitación de Hidróxidos: La mayoría de los sistemas de tratamiento activo para aguas ácidas de las minas en Europa están basados en la precipitación de hidróxidos. Esta precipitación se realiza en un proceso de tres pasos:
      • Oxidación para convertir el hierro de ferroso a férrico — La Oxidación se realiza tradicionalmente por una cascada de aireación.
      • Dosis de álcalis (especialmente Ca (OH)2, pero también con Na(OH)2, NaHCO3 y otras sustancias) cada reactivo tiene sus propias ventajas e inconvenientes. Generalmente el reactivo más económico es la cal apagada. Sin embargo, donde se precisa precipitar altas concentraciones de Mn, Zn o Cd, la sosa cáustica suele resultar más barata todavía. Para espacios pequeños de zonas de tratamiento se puede usar amoníaco en forma de gas.
      • Sedimentación: frecuentemente ofrece las oportunidades más importantes para intensificación del proceso del tratamiento en su totalidad. Eso es porque el proceso de sedimentación gobierna la densidad del lodo de hidróxidos producidos, que a su vez controla el volumen de residuos que se precisa recoger.

Un problema significativo asociado con la precipitación activa  de hidróxidos es que aumenta la salinidad total del agua por adición  de Ca2+ o Na+.

  • Tratamiento Pasivo: que implica el tratamiento en sistemas estáticos como humedales en los cuales se mejora la calidad del agua por reacciones biogeoquímicas sin el empleo de reactivos sintéticos o energía externa. Los métodos apreciables para aguas alcalinas de minas, es decir aguas contaminadas solamente por Fe y Mn, son bien desarrollados y consisten en usar humedales aeróbicos. Existen muchos ejemplos de la mala aplicación de humedales aeróbicos para aguas ácidas, porque los procesos estimulados en humedales aeróbicos resultan en la hidrólisis del hierro, un proceso que libera  ácido protónico. Sin embargo, una vez que se ha corregido la acidez del agua de laa mina por otro tipo de sistema pasivo, se puede usar un humedal aeróbico como paso final, par remover los últimos mg/l de hierro. Los principales métodos actuales para el tratamiento pasivo de aguas ácidas de minas son:
    • Tecnologías con minerales carbonatos: Un enfoque obvio para el tratamiento pasivo de aguas ácidas pretende imitar lo que ocurre en la naturaleza y neutralizar aguas ácidas para la disolución de minerales carbonatos. El mineral carbonatado más útil en el tratamiento pasivo es la calcita (CaC03), que se disuelve mucho más rápidamente que la dolomia (CaMg(C03)2). En Estados Unidos se usa caliza en sistemas de tratamiento pasivo se inició por la construcción de drenaje anóxicos de caliza.
    • Tecnologías pasivas que aprovechan reducción bacteriana de sulfatos: El proceso de reducción bacteriana de sulfatos brinda la posibilidad de combatir acidez, reducir la alcalinidad de los bicarbonatos disueltos y remover metales del agua mediante la precipitación de sulfuros. La precipitación por estos sistemas se puede dar por 3 sistemas diferentes:
      • Humedales de abono, con sustratos espesos de abono, en los que se mantienen condiciones anaeróbicas que promocionan reducción bacteriana de sulfatos.
      • Sistemas de flujo subterráneo con reducción bacteriana del sulfato, entre los que están comprendidos barreras reactivas permeables para aguas subterráneas y otros sistemas parecidos que se apliquen para descargas superficiales de aguas ácidas.
      • Sistemas reductores y productores de alcalinidad: Un proceso típico consta de una capa de abono encima de una capa de gravas de caliza. El flujo se dirige verticalmente para el abono y luego para la capa de áridos de caliza.
Reduccion Bacteriana de Sulfatos

Reduccion Bacteriana de Sulfatos

Vamos a ampliar sobre la reducción bacteriana de sulfatos, ya que las aguas ácidas de las minas contienen concentraciones muy altas de sulfatos. Existen varios géneros de bacterias que catalizan la reducción de sulfatos a sulfuros. Hasta la fecha, no se han visto aplicaciones de esta tecnología a escala real para aguas de minas a excepción del ingenio de Zinc en Holanda. Sin embargo se han visto aplicaciones exitosas a escala piloto en  la mina Wheal Jane, UK, de mostrando que los procesos de RBS ocupan un nicho importante en dos circunstancias comunes:

  • Donde la desalinización de las aguas es imprescindible.
  • Donde existe aguas altamente contaminadas por metales valiosos (Cu, Zn) para que para varios procesos activos de RBS brinden posibilidades de recuperación de estos metales como materias primas.

Entre las  posibles acciones de los procesos activos de RBS hay dos muy notables:

  • La utilización de mezcla de gases H2 y CO2 y etanol como una fuente de cromo una fuente de carbono para las bacterias. El proceso saca tanto metales como sulfatos de las aguas de minas dejando concentraciones residuales muy bajas. Los procesos obtienen lodo con bajo contenidote carbono y altas concentraciones de sulfuros, que en circunstancias aptas suelen proporcionar beneficios económicos en minería de metales. En un paso secundario de oxidación, es posible también obtener sulfuro, una mercancía también rentable.
  • Otros procesos son un ejemplo impresionante de varias tecnologías que se conocen como biodesalinización; este concepto es la utilización de una fuente residual de carbono para estimular la reducción bacteriana en aguas ácidas de mina. Este proceso realiza el tratamiento simultáneo de dos fuentes de residuos, sin utilizar reactivos costosos, también se controlan la reoxidación de sulfuros disueltos para recuperar el azufre en la forma rentable.

Fuente:

  1. Sánchez Luis Enrique (1995) Manejo de Residuos Sólidos en Minería, Capítulo 15, II Curso Internacional de Aspectos Geológicos de Protección Ambiental, 239 – 250.
  2. Younger Paul L. (2005) Corrección de Aguas ácidas de Minas, Aplicación de Métodos Activos y Pasivos en Europa.
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Tratamiento Microbiológico de aguas y nuevas alternativas

El tratamiento secundario de aguas, también conocido como “tratamiento biológico”, consiste en la estabilización de la materia orgánica contaminante, aún presente en el agua residual después del tratamiento primario, mediante la acción de una biomasa activa, especialmente bacterias. Actúa a través de procesos de absorción biológica, mecanismo que efectúan las bacterias a través de su membrana citoplásmica, con reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas, que permiten utilizar los sólidos disueltos como fuente de energía, de tal manera que una vez aprovechados, son transformados en sólidos mineralizados o estabilizados.

Por lo tanto, las bacterias se alimentan a través de su membrana citoplásmica, utilizando la fracción soluble (disuelta) de la materia orgánica. Los tratamientos primarios tales como cribado, sedimentación y flotación únicamente permiten la remoción de sustancias contaminantes en suspensión, las cuales por lo general representan la menor fracción contaminante de las aguas residuales, en comparación con la fracción soluble.
De acuerdo con la forma en que utilizan el oxígeno para la realización de sus funciones metabólicas, las bacterias pueden ser aeróbicas, anaeróbicas y facultativas, nombres de gran importancia en ingeniería sanitaria, dado que las tecnologías de tratamiento secundario reciben su nombre en función del tipo de bacterias presentes en el proceso biológico.
Las primeras (aeróbicas) son aquellas que requieren del oxígeno en forma molecular para poder respirar, esto es, oxígeno disuelto en el agua. Las segundas, anaeróbicas, no requieren de oxígeno molecular disuelto en el agua, sino que lo toman directamente de la materia orgánica que utilizan como fuente de alimentación.
Finalmente las terceras, facultativas, pueden vivir en presencia o ausencia de oxígeno disuelto, comportándose como aeróbicas o anaeróbicas según sea la situación en que estén inmersas.
En materia de tratamientos de aguas, es posible dividir los procesos biológicos en dos grupos: depuración aeróbica y depuración anaeróbica de aguas residuales.

El uso de las microalgas para remover los nutrientes que traen las aguas residuales es una tecnología conocida. Las microalgas eliminan la mayoría del Nitrógeno inorgánico (amonio y nitratos) y parte del fósforo por absorción celular directa. El principal factor limitante de esta tecnología es el hecho de que como resultado del tratamiento, se obtiene, además de un agua más limpia, una población de microalgas que debe eliminarse del agua antes de su disposición final en los cuerpos de agua receptores; además, mucho del fósforo permanece en el agua, aún después del tratamiento. Para superar este inconveniente se ha venido desarrollando una nueva aproximación tecnológica que permita lograr un mejor sistema de tratamiento. Los dos objetivos básicos que han marcado el desarrollo de dicha tecnología han sido por una parte, lograr el aumento significativo en el crecimiento de la población de microalgas de manera que haya una mayor absorción de nutrientes y por otro lado, encontrar una forma fácil de eliminar las microalgas del agua después del tratamiento. Si consideramos que las Microalgas como plantas microscópicas, en teoría su crecimiento podría verse favorecido por las bacterias promotoras del crecimiento en plantas, las cuales mejoran el desarrollo de muchos cultivos de importancia agronómica.

Para asegurar una estrecha proximidad física entre las microalgas y bacterias es necesario atrapar a los dos microorganismos en una matriz esféricas transparente que deben cumplir ciertos requisitos; por un lado permitir la entrada de luz necesaria para que las microalgas lleven a cabo sus procesos fotosintéticos; por otro lado debe ser lo suficientemente pequeña para permitir la difusión del O2 y nutrientes dentro de la esfera y al mismo tiempo suficientemente grande y pesada para evitar su flotación y asegurar su completo sumergimiento en el agua residual. De esta manera cuando el tratamiento del agua residual finaliza, solo es necesario recolectar las esferas, dejando el agua tratada libre de la población microbiol. Este podría ser un sistema biológico artificial que no existe en la naturaleza con microalgas y bacterias. En este estudio se utilizó la microalga Chlorella y a la bacteria Azospirillum brasilense, promotora del crecimiento de las plantas, conocida por ser una bacteria sin un hospedero específico, que puede aumentar el crecimiento y cosecha de numerosas plantas. Para crear el sistema biológico se inmovilizó a los 2 microorganismos en una esfera de alginato (polímero de alga) y se obtuvo que la bacteria de procedencia agrícola tiene el mismo efecto sobre la planta unicelular, las células se multiplican más rápidamente creando poblaciones de microalgas significativamente más grandes. También se aumenta la concentración de pigmentos de  la microalga característicamente tan importantes para los microorganismos fotosintetizadores que derivan de su energía de la luz y el nivel de lípidos permitiendo una mayor supervivencia de la microalga para absorber amonio y fósforo del agua residual doméstica se incrementa significativamente. Más aún la bacteria sobrevive por un tiempo más largo en presencia de la bacteria que cuando esta sola, es posible utilizar el mismo lote de esferas inmovilizadas repetidamente y eliminar más eficientemente los nutrientes del agua residual.

Fuente:

Herrera L (2009) Tratamiento de Aguas de Desecho.

Bashan de Luz E., Hernández Juan Pablo, Bashan Yoav, Utilidad de las bacterias de uso agrícola para el crecimiento de algas empleadas en el tratamiento de aguas residuales, Gaceta Biomédica 8:(4):8-9

López M., Manuel E. Tratamiento biológico de aguas residuales aplicable a la industria avícola, Artículos técnicos avicultura, 24 de abril de 2007.