Remoción de arsénico y metales mediante humedales construidos de flujo horizontal subsuperficial identificación de sumideros y asociación de los contaminantes en la fase sólida

Abstract

En este estudio se operó un sistema de humedales construidos de flujo subsuperficial horizontal (HSSF) a escala de laboratorio, para tratar agua ácida sintética rica en arsénico (As) (2 3,5 mg/l) representativa de un drenaje ́acido de minas (AMD), en particular del Río Azufre (pH≈1,9), ubicado en el norte de Chile. Los objetivos son evaluar el rendimiento del sistema, cuantificar las principales zonas de acumulación de As/hierro(Fe) y determinar las asociaciones en la fase sólida del As para proponer los principales mecanismos de remoción que ocurrieron en el sistema, el cual consistió en doce celdas con cuatro tipos de tratamiento (tres réplicas de cada uno): humedales de caliza y zeolita vegetados con Phragmites australis (CV y ZV) y celdas de control de caliza y zeolita (CSV y ZSV) para comparar los rendimientos de las celdas con y sin vegetación. Las mediciones de las concentraciones totales de As, Fe, boro (B), aluminio (Al), manganeso (Mn) y plomo (Pb) en el agua afluente y efluente del sistema se realizaron a través de la técnica de Espectrometría de Emisión Óptica con fuente de plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES). Para cuantificar la acumulación y distribución de As y Fe en la fase sólida se realizó la digestión total de suelos mediante el Método 3051A USEPA (2007). Para encontrar los fraccionamientos de As, se realizó un procedimiento de extracción secuencial (SEP) basado en el propuesto por Keon et al. (2001), el cual consta de ocho fases objetivo. De ́estas se destaca: As que está fuertemente adsorbido al medio (m2) y As coprecipitado con oxihidróxidos de hierro muy amorfos (m3). Por último, para medir la masa acumulada de B y Fe en las hojas y raíces de las plantas se utilizaron las Metodologías 5.3 y 5.9 propuestas por Zadzawka et al. (2007), respectivamente, mientras que la medición del As foliar se realizó a través del Método 3051A USEPA (2007). La principal dependencia del rendimiento del sistema estuvo ligada al tipo de medio, por sobre el efecto que tuvo la vegetación. Los cuatro tipos de tratamiento, fueron altamente efectivos en la remoción de As (>96%), Fe (>95%) y Pb (>94%), mientras que en el caso de Al y Mn, dependió del tipo de medio de soporte, siendo mayor en las calizas, en promedio Al: 98±3% y Mn: 45±13%. La digestión de suelo y del tejido vegetal, muestran que las concentraciones de As medidas en los sustratos y plantas, de todos los tipos de tratamiento, son decrecientes respecto a la longitud, es decir, el principal sector de acumulación se encuentra en las zonas de la entrada superficial (E0) y profunda (E2), siendo mayor en las celdas de calizas, con rangos promedio de CV-CSV: 592-3222 mg As/kg y ZV-ZSV: 181-415 mg As/kg. A partir de los análisis realizados a las raíces y hojas de las plantas, se obtiene que la Phragmites australis se comporta como exclusora para el caso del As y el Fe, mientras que en el caso del B como acumuladora. Los resultados del SEP de Keon, en el sector de la entrada, fueron similares entre celdas con el mismo sustrato. El mayor aporte fraccionarios de las etapas se encontró en m2 y m3, con distintas preponderancias, en las zeolitas, el resultado promedio del sector de la entrada fue m2=79±3% y m3=12±2%. Inversamente, en las calizas resultó m2=33±16% y m3=53±9%. Los resultados indican que los principales factores que desencadenan la remoción de As son el tipo de medio de soporte debido a las distintas capacidades de neutralización del afluente (pH de CV-CSV≈7,0-7,1 y pH de ZV-ZSV≈3,6-4,0) y la potencial formación de oxihidróxidos de hierro. Luego, los principales mecanismos de remoción de As identificados en el sistema se diferenciaron por el tipo de medio, en el caso de las calizas se produjo por una coprecipitación con oxihidróxidos de hierro, en tanto que, en zeolitas por adsorción al medio (Si/Al) o a oxihidróxidos de hierro.