Evaluación de modelación geoquímica en PHREEQC como herramienta de diseño de sistemas no convencionales de tratamiento de aguas

Abstract

Los sistemas de tratamiento no convencionales son tecnologías de tratamiento alternativas a los sistemas tradicionales, pueden remover contaminantes convencionales, no convencionales y emergentes. Las aguas ácidas tienen un alto contenido de metales, cuando requieren tratamiento, una alternativa para tratarlas son los sistemas no convencionales, estos pueden tener altas eficiencias de remoción, menores costos de inversión y de mantención. Sin embargo, existe poca información sobre el uso de modelos geoquímicos como herramienta de apoyo al diseño de estos sistemas de tratamiento de aguas. El objetivo general de este trabajo es evaluar la factibilidad de utilizar PHREEQC como herramienta de apoyo al diseño de sistemas no convencionales de tratamiento de agua ácida, que remuevan metales o metaloides e incorporen piedra caliza como sustrato. Se identificaron los principales procesos asociados a la remoción, correspondientes a disolución de caliza, oxidación de hierro, formación de oxihidróxidos de hierro y coprecipitación/adsorción de arsénico a éstos, de manera de formular un modelo en PHREEQC donde se incorporaron estos procesos considerando la cinética asociada a cada uno. Para validar los resultados del modelo se realizó una experiencia de laboratorio, el cual consistió en operar y monitorear reactores batch con piedra caliza en contacto con agua ácida, en los que se midió pH, hierro y calcio disuelto en función del tiempo. Al comparar los resultados experimentales con los del modelo se observó que en la mayoría de los casos ambos presentaron las mismas tendencias, en el caso de pH en función del tiempo las diferencias entre ambos resultados -experimentales y del modelo- son leves pues no superaron 0,3 unidades de pH, en el caso del porcentaje de remoción de hierro en función del tiempo, se observaron mayores diferencias las que variaron desde 0% a 50% de remoción de hierro, para el calcio disuelto en función del tiempo los resultados experimentales y del modelo fueron similares y presentaron diferencias menores a 30 mg/l de calcio disuelto en todo el tiempo de simulación. Una potencial aplicación del modelo corresponde al diseño preliminar de un reactor abierto para tratar agua ácida representativa del río Azufre mediante contacto con piedra caliza y agitación constante. Se diseñó para un caudal de 10 l/s, tiempo de contacto de 5 días, dimensiones de 1, 20 y 250 metros de profundidad, ancho y largo, respectivamente. Se concluye que un modelo simplificado logró simular lo que ocurre en un sistema complejo, entregando parámetros de calidad del agua como pH, concentraciones de contaminantes (hierro y arsénico) en función del tiempo e índices de saturación, resultados que se asemejaron a lo observado experimentalmente. Por lo tanto, PHREEQC es una buena herramienta de apoyo al diseño de un sistema de tratamiento no convencional que involucre piedra caliza en contacto con agua ácida, siempre que se incorporen adecuadamente los procesos involucrados en la remoción. Para trabajo futuro se sugiere complementar el modelo incorporando otros procesos como la sorción y la cinética de formación de fases sólidas de otros contaminantes como aluminio y el manganeso, además incluir condiciones físicas como la evapotranspiración o el flujo vertical.