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Arsénico: Por qué y Cómo Eliminarlo de su Suministro de Agua

Por Gary Battenberg

El arsénico (As) es un contaminante natural que se encuentra en muchas fuentes de agua subterránea. Generalmente ocurre en dos formas (valencias o estados de oxidación) y ocasionalmente como arsénico en complejo orgánico. El arsénico pentavalente, indicado como As (V), As (+5), o arseniato y arsénico trivalente, indicado como As (III), As (+3) o arsenito, son las formas más comunes encontradas individualmente o en combinación. Aunque ambas formas de arsénico son potencialmente dañinas para la salud humana, el arsénico trivalente se considera más dañino que el arsénico pentavalente. Es por eso que el arsénico en cualquier forma debe eliminarse de los suministros de agua para evitar efectos adversos.

Por qué
Desde hace tiempo se ha sabido y confirmado que hay efectos nocivos ocasionados por la exposición humana al arsénico inorgánico (As) a través del agua potable (y, en menor medida, a través de diversas fuentes de alimentos) y la exposición al arsénico orgánico por el consumo de mariscos. Estas vías de exposición están relacionadas con el cáncer, lesiones cutáneas, hiperpigmentación (oscurecimiento de la piel o las uñas), afecciones respiratorias (como la tos y la bronquitis), afecciones cardiovasculares, gastrointestinales y del tracto urinario, aumento del riesgo de hipertensión y diabetes. Debido a los numerosos estudios realizados por diversas agencias, la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (US EPA) citó la evidencia recopilada e indicó en su informe que reducir la directriz de arsénico de 50 a 10 partes por billón (ppb) o μg/L podría prevenir las muertes por cáncer de vejiga, pulmón y piel, y enfermedad del corazón. A partir del 23 de enero de 2006, todos los sistemas públicos de agua en los Estados Unidos debían cumplir con la norma de 10 μg/L emitida por dicha agencia.

Cómo
El arsénico trivalente es generalmente más difícil de eliminar del agua potable que el arsénico pentavalente. El arsénico trivalente se puede convertir en arsénico pentavalente en presencia de un oxidante efectivo, como el cloro libre disponible (FAC). El arsénico en agua que contiene cloro libre detectable u otros oxidantes efectivos se convertirá a la forma de arsénico pentavalente. El tratamiento con cloraminas (que es cloro combinado con amoníaco) no es suficiente para asegurar la conversión completa de arsénico trivalente en arsénico pentavalente.
Los consumidores atendidos por un servicio público de agua pueden comunicarse con su servicio público para verificar si se están utilizando químicos de tratamiento con cloro libre para mantener la bacteriostasis en todo su sistema de distribución. Aquéllos atendidos por un suministro de agua privado o fuentes de agua que no contienen residuos de cloro libre detectables deberán analizar el agua para determinar la(s) forma(s) de arsénico presente(s), para determinar la posible necesidad de oxidación del arsénico trivalente a arsénico pentavalente y el método de eliminación apropiado. Una prueba de arsénico total realizada por un laboratorio certificado generalmente cuesta aproximadamente US$30. No siempre es necesario realizar una prueba de especiación, donde están presentes los totales de arsénico trivalente y pentavalente. Es mejor tratar el arsénico total como trivalente y convertirlo en pentavalente antes del tratamiento de eliminación. Los departamentos de salud locales y las oficinas de las agencias de protección ambiental pueden proporcionar a los consumidores una lista de laboratorios certificados.

Qué método(s)
Uno de los primeros métodos para eliminar el arsénico del agua fue el método de oxidación. Hubo varias formas de hacer esto y los ejemplos de agentes oxidantes incluyen oxígeno, ozono, cloro, peróxido y permanganato de potasio. Para mayor claridad, es importante entender que la palabra “agente” se refiere a una sustancia activa que produce la reacción de oxidación. Veamos algunos ejemplos de aplicación de agentes oxidantes al agua para ayudar a disminuir la concentración de varios contaminantes.

Inyección de aire
Quizás uno de los primeros métodos de oxidación de hierro, manganeso y sulfuro de hidrógeno sea la inyección de aire. El oxígeno (O2) es un buen agente oxidante en sí mismo debido a su potencial de reducción de la oxidación natural (ORP). El oxígeno se inyecta en el agua a través de un Venturi mediante el flujo motriz aplicado y la presión de una bomba de agua. Siendo el oxígeno el oxidante y el arsénico, hierro, manganeso, sulfuro de hidrógeno, etc., el “reductor”, reunió las fuerzas de reacción descritas anteriormente.
Antes de la llegada del tanque de presión hidroneumático (tipo vejiga), los tanques de presión de agua de pozo usaban un control de volumen de aire para mantener la presión diferencial de la bomba de aproximadamente 20 psi, que tenía la intención de evitar el ciclo continuo de la bomba de agua cada vez que un grifo fuera abierto. La ventaja percibida del tanque de presión del cabezal de aire no solo proporcionó el colchón de aire comprimido durante el ciclo de bombeo, sino que también fue eficaz en la oxidación del hierro, manganeso, sulfuro de hidrógeno y arsénico.
Este proceso de oxidación se realizó mediante un fenómeno llamado Ley de Henry, que establece que “el peso de un gas disuelto (a una temperatura dada) en un líquido, es proporcional a la presión del gas sobre el líquido”. Dado que el agua no se comprime o es solo muy ligeramente compresible, el oxígeno comprimido se infunde en el agua por la demanda oxidante de los contaminantes que pueden reducirse por la reacción de oxidación. Debido a que el oxígeno disponible disminuye entre los ciclos de bombeo, el control del volumen de aire proporciona el reabastecimiento de oxígeno atmosférico (aire), que mantiene la presión diferencial, de la misma manera que los tanques de presión neumáticos (tipo vejiga) que se usan comúnmente desde la década de los sesenta. El inconveniente del tanque de presión del cabezal de aire es la formación de bacterias de hierro, una masa gelatinosa creada por bacterias que se encuentran en el agua. Las bacterias, que prosperan en el hierro ferroso (soluble), lo metabolizan y depositan los compuestos de hidróxido férrico en su proceso de vida.
Las opciones tempranas de tratamiento para contrarrestar los efectos de las bacterias del hierro incluían la instalación de una bomba dosificadora entre la bomba y el tanque de presión, que inyectaba cloro (lejía doméstica) en el agua cada vez que se iniciaba la bomba para compensar el volumen de agua del tanque de presión. La adición de cloro sirvió para controlar el desarrollo del hierro bacteriano y para contrarrestar otras formas de contaminación del agua que pueden haber ingresado a través de las condiciones atmosféricas (como el moho y los hongos que se encuentran comúnmente en las casas de bombas mal construidas o en las áreas húmedas de los sótanos). Los niveles de arsénico en un suministro de agua se convirtieron automáticamente en la fase pentavalente debido a la adición de cloro y, por lo tanto, se filtraron junto con el hierro oxidado con un filtro de retrolavado de carbón activado.

Filtros oxidantes
Otra opción de tratamiento es el filtro oxidante. Un filtro oxidante se define como un tanque cargado con un medio químicamente reactivo, como la arena verde de manganeso, el dióxido de manganeso (MnO2) o la zeolita de manganeso y se regenera con un químico oxidante llamado permanganato de potasio (KMnO4). (Donde hay niveles más altos de hierro [típicamente tres partes por millón] o más, la arena verde de manganeso se ha utilizado durante mucho tiempo para eliminar el arsénico de la fuente de agua). De hecho, las directrices de la US EPA estipulan que el arsénico puede eliminarse cuando hay suficiente hierro (3.0 ppm o más), que cuando se oxida proporcionará el mecanismo para capturar el arsénico pentavalente, que posteriormente se lleva a cabo para drenar durante la regeneración de los medios oxidantes.
A mediados de la década de los 1920s, muchos servicios públicos utilizaron medios de filtración de arena verde de manganeso para tratar las aguas subterráneas que contienen hierro y/o manganeso y sulfuro de hidrógeno. Por lo general, utilizaron un proceso llamado regeneración continua (CR), donde el cloro y el permanganato de potasio se introdujeron simultáneamente en el flujo de agua corriente arriba (antes) del filtro de agua. Este método proporcionó ejecuciones de servicio más prolongadas y proporcionó cloro detectable constante en las líneas de servicios públicos que sirven a los consumidores. La regeneración de los filtros de la planta de tratamiento se retrasó hasta las primeras horas de la mañana, cuando el consumo de agua fue mínimo como máximo. Este proceso probado y comprobado todavía está en uso hoy en día debido a la capacidad de eliminar hierro, manganeso, sulfuro de hidrógeno, arsénico y radio del suministro de agua.

Ozono
El ozono (O3) es un poderoso oxidante de acción rápida que ha sido utilizado para el tratamiento del agua desde principios del siglo XX en Europa. El ozono es un gas altamente inestable que se forma por una reacción eléctrica en las moléculas de oxígeno. Se ha demostrado que destruye la bacteria E. coli hasta 3.125 veces más rápido que el cloro y debido a su poder oxidante superior, los sistemas de ozono requieren concentraciones más bajas y tiempos de contacto más cortos que si se usara cloro (y no hay productos químicos para manipular, mezclar o reponer).
El cloro generalmente requiere 20 minutos de tiempo de contacto para oxidar efectivamente el hierro, manganeso y sulfuro de hidrógeno. El ozono requiere tan solo 30 segundos para oxidar esos mismos contaminantes y, dependiendo de la temperatura del agua, podría tomar hasta tres minutos para una oxidación efectiva. El ozono tiene una vida media muy corta en el agua y simplemente vuelve a oxígeno cuando se disipa. Cuando el arsénico está presente en el agua, el ozono convierte rápidamente el arsénico total a la forma pentavalente y se ha demostrado que el carbón activado filtra gran parte del arsénico pentavalente. Otro beneficio de la ozonización es que el ozono crea un lecho de carbón biológicamente activado, por lo que el enriquecimiento con ozono del agua de alimentación mantiene un crecimiento microbiológico activo para ayudar a la degradación y reducción de sustancias orgánicas que se han adsorbido en la superficie y en las estructuras de poros del carbón activado.
Los sistemas modernos de ozono de tamaño residencial han visto increíbles avances en los últimos años que prácticamente han eliminado los tanques de contacto externos y los filtros de conversión. La tecnología ha avanzado hasta el punto en que todo el proceso de oxidación, conversión y filtración se han combinado en un solo tanque con una huella máxima de 12” x 12”. (Este autor puede recordar un momento en el que los sistemas de ozono eran diseñados en el campo y requerían una huella de 3” x 5”, que se redujo varios años más tarde por un chasis antideslizante montado en un patín con una huella de 24” x 36”.) Los tiempos de instalación más cortos, la puesta en marcha y la puesta en servicio más rápidas, así como la facilidad de servicio y los diagnósticos, hicieron del ozono una opción de tratamiento más viable.

Ósmosis inversa y destilación
Los aparatos de agua potable (incluyendo la ósmosis inversa y la destilación), que están certificados por WQA conforme a la Norma 58 de NSF/ANSI y la Norma 62 de NSF/ANSI, generalmente producen agua procesada en la que el arsénico pentavalente se ha eliminado hasta en un 99.6 por ciento o más. Sin embargo, es imperativo que el cloro libre detectable esté disponible para la entrada del aparato o en los suministros de agua que se haya demostrado que contienen solo arsénico pentavalente. Aquí nuevamente, el tratamiento con cloramina no es suficiente para asegurar la conversión completa del arsénico trivalente a arsénico pentavalente.
Cuando no se sabe con certeza si el agua contiene cloro o cloramina, una llamada a la empresa de agua local responderá esa pregunta. Una buena indicación visual de que el agua está cloraminada es observar el color del agua al llenar una bañera. El agua clorada suele ser de color aqua claro, mientras que el agua que contiene cloramina tiene un tono amarillento. Estos tipos de dispositivos de ósmosis inversa y de destilación requieren un mantenimiento operativo cotidiano y el reemplazo de componentes críticos para mantener una reducción/remoción efectiva de contaminantes inorgánicos para cumplir con las especificaciones de los fabricantes. Si se descuida o aplaza el servicio y el mantenimiento, se pueden consumir y preparar alimentos y bebidas con agua contaminada con arsénico.

Medios avanzados selectivos de arsénico
A fines de la década de 1990, se comprobó que un medio de óxido férrico granular conocido como Bayoxide® E33 elimina hasta el 99 por ciento del arsénico total, incluyendo tanto As (+3) como As (+5). Para aplicaciones residenciales y comerciales ligeras, los sistemas están diseñados para diseños de rezago de plomo o diseños paralelos con puertos de muestreo para examinar el avance del arsénico. Los recipientes de tratamiento con cargas de medios designados están específicamente clasificados para un flujo de servicio recomendado para evitar la migración de arsénico y una caída de presión excesiva en las tuberías de servicio. Para ayudar a que la remoción de arsénico sea consistente, se instalan controles de flujo en los puertos de efluentes de las válvulas de control para evitar tanto la migración de arsénico como la disminución excesiva de presión.
A principios del siglo XXI, se introdujo otro medio de tratamiento de arsénico. (Este medio selectivo de resina aniónica basado en nanopartículas, específico para el arsénico, exhibe una alta afinidad y capacidad para As (+3) y As (+5)). Estos sistemas también se configuraron para un rezago de avance o un servicio paralelo de alto flujo con válvulas de muestra para la prueba del efluente. Más recientemente, la tecnología avanzada ha sido testigo de la producción de filtros de arsénico de tipo de papel, como los que se utilizan en las cafeteras automáticas por goteo. Las pruebas preliminares y la validación han demostrado un potencial notable para la eliminación completa del arsénico del agua, así que manténgase pendiente de más detalles sobre esta tecnología y sus diversos usos en el futuro.

Medios ligados a partículas
Otro proceso de tratamiento avanzado es la unión de partículas, en la que el carbón activado granular (CAGA) se combina con diferentes sorbentes para tratar un contaminante específico del agua o múltiples sorbentes para remediar múltiples contaminantes. El carbón activado granular combinado con un sorbente de arsénico proporcionaría los pasos para declorar el suministro de agua y, al mismo tiempo, eliminar el arsénico de un solo medio multifuncional.

Opciones
Hay muchas opciones en cuanto a tecnologías de tratamiento de arsénico y opciones disponibles para el consumidor, ya sea que se requiera un tratamiento en el punto de entrada (para todo el hogar) o solo una remediación para el agua potable. Lo importante es asegurarse de que los productos estén certificados para que el consumidor tenga la garantía de que cumplirán con las especificaciones de los fabricantes cuando se apliquen y mantengan correctamente. Hay muchos más contaminantes emergentes que requieren una remediación efectiva. La buena noticia es que las tecnologías de remediación están aquí, ahora. Las tecnologías que se presentan en este documento son solo algunas de las disponibles que tienen registros de seguimiento comprobados para una remediación efectiva. Preste atención a las tecnologías emergentes y trate de aplicar esas tecnologías donde sean pertinentes en su(s) mercado(s).

Acerca del autor
Gary Battenberg es un Especialista en Apoyo Técnico y Diseño de Sistemas con la División de Conectores de Sistemas de Fluidos de Parker Hannifin Corporation en Otsego, Michigan. Tiene 36 años de experiencia en los ámbitos de los procesos de tratamiento de agua doméstico, comercial, industrial, de alta pureza y estéril. El Sr. Battenberg ha trabajado en las áreas de ventas, servicio, diseño y fabricación de sistemas y procesos de tratamiento de agua que utilizan filtración, intercambio iónico, esterilización UV, ósmosis inversa y tecnologías de ozono. Se le puede contactar por teléfono al (269) 692-6632 o por correo electrónico, gary.battenberg@parker.com

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