LINEAMIENTOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE LA TECNOLOGÍA PARA REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO EN AGUA POTABLE (CNA-SGAPDS-CONVENIO-015/2013)

INFORME FINAL

LINEAMIENTOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE LA TECNOLOGÍA PARA REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO EN AGUA POTABLE (TC-1365.3) CONVENIO IMTA - CONAGUA CNA-SGAPDS-CONVENIO-015/2013

Martín Piña Soberanis María de Lourdes Rivera Huerta

México, 2013

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RESUMEN EJECUTIVO En el presente estudio se llevó a cabo una revisión del estado actual que guardan las plantas potabilizadoras que utilizan la tecnología para remoción de hierro (Fe) y manganeso (Mn) desarrollada por el IMTA y al mismo tiempo se determinaron los componentes de los diseños de las mismas que son susceptibles de mejorarse. Con base en esto se establecieron recomendaciones útiles para el diseño y la construcción de futuras plantas y para la mejora de las ya construidas. La tecnología de remoción de Fe y Mn que se menciona consiste en un sistema de adsorción-oxidación en continuo empleando zeolita natural granular. Para la revisión se visitaron cinco de ocho plantas existentes en el país con esta tecnología: “Ramal Peñón Texcoco”, en el estado de México, “Los Horcones”, “La Platanera” y “Los Pinos” en Sinaloa, así como la de Cd. Camargo en Chihuahua, las cuales se diseñaron para tratar un caudal de 630, 1,500, 40, 60 y 60 litros por segundo respectivamente. Las dos primeras con filtros a gravedad y las tres últimas con filtros a presión. En el caso de la planta del “Ramal Peñón Texcoco” se llevó a cabo una evaluación de los procesos que conforman el sistema de tratamiento de la planta potabilizadora, para que junto con las observaciones realizadas en las otras plantas, se obtuviera la información necesaria para elaborar los diseños funcionales de un sistema de dosificación de polímero para mejorar el proceso de sedimentación de lodos, y de un sistema apropiado para la extracción y secado de lodos. La información también se empleó para determinar metodologías para el control del crecimiento del material adsorbente y para conocer el periodo de vida útil del material adsorbente. Durante la evaluación de la planta del “Ramal Peñón Texcoco” se analizó el desempeño de los filtros en la remoción del manganeso y el proceso de retrolavado incluyendo su secuencia y eficiencia, la tasa de retrolavado, la expansión del medio adsorbente y la maduración del lecho después de un retrolavado, así como los efectos en los filtros de la recirculación del agua sedimentada. También se determinó el volumen de lodos producidos, su disposición y los beneficios del tratamiento del lodo mediante acondicionamiento químico. Se observó que el principal problema en las plantas es el manejo y disposición de los lodos, producto de los retrolavados de filtros, ya que en todos los casos, a pesar de contar con un sistema de deshidratación (filtro prensa), éste no se opera debido a que los sistemas mecánicos no se diseñaron adecuadamente, además de la falta de mantenimiento. En todos los casos los lodos se disponen al drenaje municipal o son enviados a un terreno natural. Tanto en la planta de Texcoco como en la de Mazatlán (Los Horcones) los filtros prensa son de una capacidad inferior a la que se requiere para manejar adecuadamente el volumen de lodos producidos. México, 2013

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En la planta de Camargo, la capacidad del filtro prensa es adecuada, pero el sistema de tratamiento de lodos no funciona por falta de mantenimiento. Los bajos drenes de los filtros se encuentran colapsados. Durante la evaluación de la planta de Texcoco y en estudios previos (IMTATC-0201.4) se demostró que el agua de retrolavado de filtros (lodos) puede acondicionarse con polímeros, lo que resulta muy favorable para hacer más eficiente el proceso de sedimentación. Además, se demostró que los lodos de Fe y Mn ofrecen resistencias a la filtración muy inferiores a las de un lodo de sulfato de aluminio, debido a que su contenido de agua se encuentra en forma libre y se libera fácilmente durante la filtración. En la planta de Texcoco se analizaron datos históricos de la eficiencia en la remoción de Mn, y se encontró un alto desempeño de la planta potabilizadora, ya que desde su arranque, en octubre de 2001, se observó una remoción de Mn mayor al 96%. Se revisaron los datos de remoción de Mn desde enero del año 2005 hasta junio del 2012 y se encontró que hasta diciembre del año 2011, la planta potabilizadora del ramal Peñón-Texcoco cumplió con los límites permisibles que establece la NOM-127-SSA1-1994 (modificación año 2000), y durante su evaluación (septiembre-2013), se observaron remociones del Mn mayores al 90%, cumpliendo ampliamente con la citada norma. En enero del año 2012 se observó claramente la disminución de la eficiencia de la planta debido a que se colapsaron los bajos drenes, situación que fue muy evidente por la formación de “borbollones” de agua durante los retrolavados. Se reportó que los bajos drenes de 4 filtros (F1, F2, F5 y F6) fueron sustituidos por nuevos y los 4 restantes (F3, F4, F7 y F8) fueron reparados reciclando el material retirado (falso fondo Leopold), volviendo a operar adecuadamente la planta potabilizadora. A pesar de esto, se recomendó reparar nuevamente el bajo dren de los filtros 3, 4, 7 y 8 con material nuevo, ya que se observaron “borbollones” en los mismos durante los retrolavados, indicativo de una mala distribución del agua y aire por posibles colapsos o fallas en los bajos drenes. Por otro lado el IMTA cuenta con registros de la evolución del tamaño de la zeolita empacada en los filtros desde el arranque de la planta, hasta el año 2009, donde se encontró un crecimiento del 432% en el diámetro efectivo del material granular. También se ha observado que al incrementarse el tamaño de los granos de zeolita, el medio se expande durante el retrolavado hasta niveles donde el material se pierde debido a que alcanza las canaletas. Se observó que los operadores han modificado la operación de la planta, las carreras de operación las fijaron en 48 horas y retrolavan 4 filtros en forma consecutiva por las mañanas, enviando los 4 retrolavados al sedimentador. También se observó una limpieza adecuada de los filtros utilizando solo 3 bombas de retrolavado durante 3 minutos, ya que los operadores temen que los bajos drenes se dañen nuevamente si operan la cuarta bomba, además de México, 2013

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que con un caudal de lavado mayor no puede enviar al sedimentador el agua de 4 retrolavados a la vez. La tasa de retrolavado es de 60 m 3/m2h (tres bombas), adecuada para un sistema convencional de filtración, pero baja para la tecnología de adsorción de Fe y Mn. La evacuación de los lodos del sedimentador la hacen cada 5 días vertiendo los lodos directamente en el suelo en las inmediaciones de la planta. Esto debido a la falta de mantenimiento en los equipos de bombeo y del filtro prensa, cuya capacidad es menor a la requerida. De las pruebas de sedimentabilidad del agua de retrolavado en columna, se estima una producción diaria de lodos de 5 m 3 en la planta, por lo tanto, están tirando 25 m3 de lodos cada 5 días en los alrededores de la planta. También se observó que la sedimentación del agua de retrolavado no mejora significativamente después de 60 minutos, los operadores dejan sedimentando el agua durante 24 horas por comodidad en la operación, para hacer los retrolavados de cuatro filtros cada mañana (primer turno). Durante los retrolavados aplican 15 minutos de aire para frenar el crecimiento de la zeolita (indicación del IMTA). En las visitas realizadas a las plantas potabilizadoras para remoción de Mn, se encontró lo siguiente: La planta “La Platanera” se encuentra operando adecuadamente por la Junta Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Culiacán (JAPAC), removiendo más del 97% de Mn, cumpliendo ampliamente con el límite de 0.15 mg Mn/L que establece la NOM-127, pero se tira el agua de los retrolavados, lo que lleva a una pérdida de agua del 3 al 4%. La planta “Los Pinos” se encuentra fuera de operación, solo operó durante un año debido a la mala administración de la Junta Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Navolato (JAPAN). La planta “Los Horcones” operada por Junta Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Mazatlán (JUMAPAM), de los 24 filtros, 12 tratan agua subterránea para remover Fe y Mn, el resto filtran agua superficial proveniente de una presa. El Fe y Mn se remueven de forma adecuada, cumpliendo con la NOM-127, pero no se está recuperando el agua de los retrolavados, debido a problemas de extracción de lodos del sedimentador y a la limitada capacidad del filtro prensa. La planta de Camargo, Chihuahua (operada por la JMAS) presenta un importante deterioro por falta de mantenimiento, los bajos drenes presentan fugas de zeolita, nunca han monitoreado la calidad del agua de la planta, pero se tiene conocimiento que la remoción de Mn es ineficiente, no tratan los retrolavados por fallas en los filtros, esto es, que debido a que los bajos drenes México, 2013

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de los filtros se han colapsado, el agua de retrolavados no logra subir al sedimentador. El segundo módulo lleva 3 años construido y nunca ha operado. De todo lo observado en campo se concluye en general, que la falta de mantenimiento lleva a las plantas a operar de forma inapropiada, a pesar de que en algunos casos se cumple con el cometido de remover el Fe y Mn en el agua, pero no se le ha prestado interés al tratamiento de los lodos y al mantenimiento de las plantas. Finalmente se realizó el diseño funcional del sistema de dosificación de polímero para mejorar el proceso de sedimentación de los lodos, el cual consiste en la colocación de un mezclador estático (cuando el G < 500 s-1 en la tubería) bridado en la tubería del agua de retrolavado de filtros que va al sedimentador, para aplicar un polímero preparado al 0.1% y propiciar el mezclado. La aplicación del polímero debe ser intermitente, cada vez que se presente un retrolavado. La dosis se deberá calcular mediante un equipo de jarras y una muestra representativa del agua de retrolavado (lodo), y el volumen de polímero aplicado estará en función del caudal del agua de retrolavado que fluye por la tubería y se aplicará mediante bombeo. Con relación al diseño funcional para un sistema de extracción y secado de lodos se recomienda la extracción por gravedad más bombeo, y utilizar un método mecánico (filtro prensa o banda) para separar el agua de la fase sólida, para que se obtenga una torta con aproximadamente el 70% de humedad, esto con la finalidad de facilitar su manejo para enviarse a un relleno sanitario, ya que los lodos de Fe y Mn no se consideran un residuo peligroso de acuerdo al análisis CRETIB (2004). Tanto el filtro prensa o banda se debe calcular en función de la frecuencia y el volumen de lodos que se extraen del sedimentador. Por último se propone un procedimiento para el control del crecimiento del grano del adsorbente empacado en los filtros, que se basa en el incremento de tiempo del lavado del lecho con aire a medida que el tamaño de partícula del adsorbente aumenta. Para implementar el procedimiento propuesto se requiere el análisis periódico de la granulometría del medio adsorbente de cada filtro. Ésto mismo brinda información para determinar el tiempo de vida útil del adsorbente.

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CONTENIDO 1

ANTECEDENTES GENERALES ................................................................................................................ 14 1.1 QUÍMICA DEL HIERRO Y MANGANESO EN AGUA ....................................................................................................... 15 1.1.1 Química del hierro....................................................................................................................................... 15 1.1.1.1 1.1.1.2

1.1.2

Oxidación del hierro con oxígeno ................................................................................................................ 17 Oxidación del Fe(II) con otros agentes químicos ................................................................................. 17

Química del manganeso ............................................................................................................................ 18

1.1.2.1 1.1.2.2

Oxidación del manganeso con oxígeno...................................................................................................... 19 Oxidación del Mn(II) con otros agentes químicos. .............................................................................. 20

1.2 PROCESOS DE REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO ............................................................................................. 21 1.2.1 Aireación- filtración ................................................................................................................................... 21 1.2.2 Cloración – filtración ................................................................................................................................. 22 1.2.3 Procesos de filtración con medios específicos (*Sommerfeld, 1999) ....................................... 22

1.2.3.1 Manganese Greensand (arena verde de manganeso)* ...................................................................... 22 1.2.3.2 Birm (Burgess Iron Removal Method) “Método de remoción de hierro Burgess”* ............ 23 1.2.3.3 Anthrasand (antracita - arena)* ................................................................................................................... 24 1.2.3.4 Pirolusita* ................................................................................................................................................................ 24 1.2.3.5 Remoción de Fe y Mn mediante zeolita natural tipo clinoptilolita recubierta con óxidos de manganeso, tecnología IMTA.............................................................................................................................................. 25

1.2.4 1.2.5

Filtración directa con la aplicación de sustancias químicas ...................................................... 27 Tecnologías alternativas .......................................................................................................................... 28

1.2.5.1 1.2.5.2 1.2.5.3 1.2.5.4 1.2.5.5 1.2.5.6

Remoción de Fe y Mn por ablandamiento ............................................................................................... 28 Ablandamiento con zeolita .............................................................................................................................. 28 Ablandamiento con cal/carbonato de sodio ........................................................................................... 28 Agentes secuestrantes ....................................................................................................................................... 28 Métodos biológicos para la remoción de hierro y manganeso ...................................................... 29 Remoción de hierro y manganeso In-Situ ................................................................................................ 29

1.3 TRATAMIENTO DE LOS LODOS DE PLANTAS POTABILIZADORAS ........................................................................... 30 1.3.1 Espesamiento por gravedad .................................................................................................................... 30 1.3.2 Acondicionamiento ..................................................................................................................................... 30 1.3.3 Deshidratación ............................................................................................................................................. 30 1.3.4 Lechos de secado de arena ....................................................................................................................... 31 1.4 FACTORES QUE AFECTAN LA DESHIDRATACIÓN DE LOS LODOS ............................................................................ 31 1.4.1 Características físicas ................................................................................................................................ 31 1.4.1.1 1.4.1.2 1.4.1.3 1.4.1.4

1.4.2

Resistencia específica a la filtración (REF) .............................................................................................. 32 Tiempo de succión capilar (TSC) .................................................................................................................. 34 Tiempo a la filtración (TF)............................................................................................................................... 34 Compresibilidad ................................................................................................................................................... 35

Características químicas .......................................................................................................................... 36

1.4.2.1 1.4.2.2

Humedad libre ....................................................................................................................................................... 38 Humedad ligada .................................................................................................................................................... 38

1.5 TÉCNICAS DE ANÁLISIS QUÍMICO DE LOS LODOS (FASE SÓLIDA).......................................................................... 39 1.5.1 Microscopio Electrónico de Barrido (MEB) ...................................................................................... 39 1.5.1.1

1.5.2

Preparación de la muestra .............................................................................................................................. 40

Difracción por rayos-X............................................................................................................................... 42

1.5.2.1

Técnicas de preparación de arcillas ............................................................................................................ 43

1.6 PRINCIPALES USOS DEL HIERRO Y MANGANESO ...................................................................................................... 43 1.6.1 Del hierro ........................................................................................................................................................ 43 1.6.2 Del manganeso ............................................................................................................................................. 44 1.6.2.1 1.6.2.2

Usos “no metalúrgicos” de los óxidos de manganeso......................................................................... 44 Usos de los compuestos de manganeso .................................................................................................... 44

1.7 EFECTOS A LA SALUD DEL HIERRO Y MANGANESO .................................................................................................. 45 1.7.1 Del hierro ........................................................................................................................................................ 45 1.7.2 Del manganeso ............................................................................................................................................. 46 1.8 MÉTODOS DE DISPOSICIÓN FINAL DE LOS LODOS.................................................................................................... 48 México, 2013

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1.9

RESULTADOS DE ESTUDIOS PREVIOS SOBRE EL TRATAMIENTO DE LOS LODOS PRODUCIDOS EN EL PROCESO DE REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO (IMTA-TC-0201.4). .................................................................................... 49 1.9.1 1.9.2 1.9.3

Objetivos .......................................................................................................................................................... 49 Obtención del lodo ....................................................................................................................................... 50 Pruebas para determinar las propiedades físicas y químicas de los lodos ........................... 51

1.9.4

Resultados ...................................................................................................................................................... 60

1.9.5

Acondicionamiento químico del “lodo del sedimentador” empleando polímeros.............. 68

1.9.6

Concentración de sólidos en los lodos estudiados ........................................................................... 73

1.9.7

Resistencia Específica a la Filtración (REF) ..................................................................................... 75

1.9.8 1.9.9 1.9.10 1.9.11

Análisis de la Resistencia Específica a la Filtración (REF) .......................................................... 99 Tiempo a la filtración (TF) .................................................................................................................... 102 Sedimentabilidad de los lodos ........................................................................................................ 103 Filtrabilidad en medios granulares (lechos de secado) ........................................................ 107

1.9.3.1 1.9.3.2 1.9.3.3 1.9.3.4 1.9.3.5 1.9.3.6 1.9.3.7 1.9.3.8 barrido 1.9.3.9 1.9.4.1 1.9.5.1 1.9.5.2 1.9.5.3 1.9.6.1

1.9.7.1 1.9.7.2 1.9.7.3 1.9.7.4 1.9.7.5

1.9.11.1 1.9.11.2

Velocidad de sedimentación ........................................................................................................................... 52 Resistencia específica a la filtración (REF) .............................................................................................. 52 Tiempo a la filtración (TF)............................................................................................................................... 55 Porcentaje de humedad .................................................................................................................................... 55 Concentración de sólidos ................................................................................................................................. 57 Filtrabilidad en medios granulares (lechos de secado). ................................................................... 57 Acondicionamiento químico del lodo mediante la aplicación de polímeros .......................... 59 Composición química del lodo por difracción de rayos-X y microscopía electrónica de 59 Composición química del lodo, vía húmeda (por absorción atómica) ....................................... 60 Obtención del lodo representativo .............................................................................................................. 60 Polímero catiónico (XP-4800) ....................................................................................................................... 68 Polímero catiónico (Bufloc 5368) ................................................................................................................ 70 Polímero no iónico (VT-N300) ...................................................................................................................... 71 Concentración de sólidos en el agua de retrolavado .......................................................................... 73 Lodo del Sedimentador (LS) ........................................................................................................................... 75 Lodo del Sedimentador Espesado (LSE)................................................................................................... 82 Lodo del Sedimentador Acondicionado (LSA) con XP-4800........................................................... 86 Lodo del Sedimentador Acondicionado (LSA) con Bufloc-5368................................................... 90 Lodo del Sedimentador Acondicionado (LSA) con VT-N300.......................................................... 94

Pruebas en Culiacán, Sinaloa ....................................................................................................................... 107 Pruebas en el laboratorio de Potabilización del IMTA ................................................................... 110

1.9.12 barrido

Composición química del lodo por difracción de rayos-X y microscopía electrónica de 114

1.9.13

Composición química del lodo vía húmeda (por absorción atómica) ............................ 117

1.9.12.1

Resultados por difracción de rayos-X ..................................................................................................... 114

2 PLANTAS CONSTRUIDAS QUE APLICAN LA TECNOLOGÍA DEL IMTA PARA REMOVER HIERRO Y MANGANESO .................................................................................................................................. 118 3

OBJETIVO................................................................................................................................................... 120

4

METODOLOGÍA ........................................................................................................................................ 120 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

5

EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL PROCESO DE ADSORCIÓN ......................................................................... 120 EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL PROCESO DE RETROLAVADO DE FILTROS .............................................. 121 EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL PROCESO DE SEDIMENTACIÓN ................................................................ 121 EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE LODOS DEL SEDIMENTADOR ............... 121 EVALUACIÓN DEL CRECIMIENTO DE LA ZEOLITA EN LOS FILTROS .................................................................... 121 INFORME FINAL ......................................................................................................................................................... 121

RESULTADOS............................................................................................................................................ 123 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

COMPORTAMIENTO HISTÓRICO DEL PROCESO DE ADSORCIÓN (PTA. TEXCOCO) ........................................... 123 CRECIMIENTO HISTÓRICO DE LA ZEOLITA EN LOS FILTROS (PTA. TEXCOCO) ................................................. 131 CRECIMIENTO DE LA ZEOLITA EN LA PLANTA “CAMPIÑA” (CULIACÁN, SINALOA) ........................................ 132 EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL PROCESO DE ADSORCIÓN (PTA. TEXCOCO)........................................... 133 EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL PROCESO DE RETROLAVADO DE FILTROS (PTA. TEXCOCO) ............... 140

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5.5.1 5.5.2 5.5.3

Secuencia del retrolavado ...................................................................................................................... 140 Eficiencia del retrolavado ...................................................................................................................... 143 Recirculación del agua sedimentada .................................................................................................148

5.5.3.1

Bombas sumergibles para recirculación de agua sedimentada ................................................. 150

5.5.4 Tasa de retrolavado .................................................................................................................................151 5.5.5 Expansión del medio adsorbente ......................................................................................................... 153 5.5.6 Maduración del medio ............................................................................................................................. 153 5.6 EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL PROCESO DE SEDIMENTACIÓN (PTA. TEXCOCO).................................. 155 5.6.1 Lodos producidos ....................................................................................................................................... 158 5.7 EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE LODOS DEL SEDIMENTADOR (PTA. TEXCOCO) .............................................................................................................................................................................. 160 5.7.1 Disposición final de los lodos ................................................................................................................ 160 5.8 ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO DE LOS LODOS ................................................................................................... 166 5.8.1 Resultados del acondicionamiento químico ................................................................................... 166 5.9 EVALUACIÓN DEL CRECIMIENTO DE LA ZEOLITA ................................................................................................. 175 5.9.1 Granulometría de los 8 filtros ............................................................................................................... 175 6

VISITAS DE CAMPO ................................................................................................................................ 184 6.1 PLANTA “LA CAMPIÑA” ........................................................................................................................................... 184 6.2 PLANTA “LA PLATANERA” ...................................................................................................................................... 184 6.3 PLANTA “LOS PINOS”............................................................................................................................................... 187 6.4 PLANTA “LOS HORCONES” ...................................................................................................................................... 188 6.4.1 Tratamiento de lodos ............................................................................................................................... 194 6.5 PLANTA DE CAMARGO, CHIHUAHUA...................................................................................................................... 198

7 DISEÑO FUNCIONAL DE UN SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE POLÍMERO PARA MEJORAR EL PROCESO DE SEDIMENTACIÓN DE LODOS ......................................................................................... 200 7.1 TIPO DE POLÍMERO ................................................................................................................................................... 200 7.2 METODOLOGÍA PARA APLICACIÓN DE POLÍMEROS .............................................................................................. 200 7.2.1 Equipo y material de laboratorio........................................................................................................ 200 7.2.2 Procedimiento para determinar la dosis optima .......................................................................... 200 7.2.3 Gradiente de mezcla en jarras cuadradas de 2 litros ..................................................................201 7.2.4 Inyección del polímero en la tubería .................................................................................................202 7.3 CÁLCULO DEL GRADIENTE DE MEZCLA EN TUBERÍA ............................................................................................ 203 8 DISEÑO FUNCIONAL DE UN SISTEMA APROPIADO PARA LA EXTRACCIÓN Y SECADO DE LODOS ................................................................................................................................................................... 205 9 METODOLOGÍA DE RETROLAVADO DE FILTROS PARA CONTROL DEL CRECIMIENTO DEL MATERIAL ADSORBENTE ............................................................................................................................... 207 10 METODOLOGÍA PARA DETERMINAR EL PERIODO DE VIDA ÚTIL DEL MATERIAL ADSORBENTE ..................................................................................................................................................... 208 11

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................................... 209 11.1 11.2

12

CONCLUSIONES .................................................................................................................................................... 209 RECOMENDACIONES ........................................................................................................................................... 210

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................... 211

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ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1-1. PRECIPITADOS DE HIERRO Y MANGANESO ......................................................................................................... 15 FIGURA 1-2. DIAGRAMA EH-PH DE ESPECIES DE HIERRO EN MEDIO ACUOSO .................................................................... 16 FIGURA 1-3 DIAGRAMA EH-PH DE ESPECIES DE MANGANESO EN MEDIO ACUOSO ............................................................ 19 FIGURA 1-4. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE REMOCIÓN DE FE Y MN..................................................................... 26 FIGURA 1-5 ETAPAS DEL PROCESO DE FORMACIÓN DE LA CAPA DE ÓXIDOS DE MANGANESO .......................................... 26 FIGURA 1-6 CURVA DE SECADO PARA IDENTIFICAR LOS CUATRO TIPOS DIFERENTES DE HUMEDAD EN EL LODO (TSANG, ET AL., 1990)...................................................................................................................................................... 38 FIGURA 1-7. SECUENCIA PARA EL ANÁLISIS DE MUESTRAS SÓLIDAS Y NO SÓLIDAS ........................................................... 41 FIGURA 1-8 TRATAMIENTO DE LAS MUESTRAS PARA SU ANÁLISIS EN EL MEB ................................................................. 42 FIGURA 1-9. AGUA DE RETROLAVADO COLOCADA EN EMBUDOS DE SEPARACIÓN.............................................................. 50 FIGURA 1-10. OBTENCIÓN DE LOS LODOS DE FE Y MN .......................................................................................................... 51 FIGURA 1-11. MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN DE LOS LODOS .............................................................. 52 FIGURA 1-12. DISPOSITIVO PARA DETERMINAR LA REF (CORNWELL, ET AL., 1987) .................................................... 53 FIGURA 1-13. MEDICIÓN DE LA REF ........................................................................................................................................ 54 FIGURA 1-14. GRÁFICO DE T/V EN FUNCIÓN DE V PARA LA OBTENCIÓN DE LA PENDIENTE B........................................ 55 FIGURA 1-15 BALANZA DE HUMEDAD CON MUESTRA SECA DE LODOS ................................................................................ 56 FIGURA 1-16 LECHOS DE SECADO DE ARENA CON DIFERENTE TAMAÑO DE GRANO .......................................................... 58 FIGURA 1-17. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL LODO OBTENIDO EN EL RETROLAVADO DEL FILTRO 2 ............................. 62 FIGURA 1-18. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL LODO OBTENIDO EN EL RETROLAVADO DEL FILTRO 3 ............................. 63 FIGURA 1-19. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL LODO OBTENIDO EN EL RETROLAVADO DEL FILTRO 4 ............................. 65 FIGURA 1-20 COLECTA DE LODOS DEL SEDIMENTADOR EN TAMBOS DE 200 LITROS....................................................... 65 FIGURA 1-21. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL “LODO ORIGINAL”.......................................................................................... 66 FIGURA 1-22. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR ........................................................................ 67 FIGURA 1-23. CURVAS DE EVAPORACIÓN DEL LODO DE ÓXIDOS DE MANGANESO.............................................................. 68 FIGURA 1-24. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ACONDICIONADO CON EL POLÍMERO CATIÓNICO XP-4800 ........................................................................................................................................................ 70 FIGURA 1-25. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ACONDICIONADO CON EL POLÍMERO CATIÓNICO BUFLOC 5368 ............................................................................................................................................... 71 FIGURA 1-26. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ACONDICIONADO CON EL POLÍMERO NO IÓNICO VT-N300 .............................................................................................................................................................. 73 FIGURA 1-27. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 1 DEL “LS” ....................................................................................... 76 FIGURA 1-28. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 2 DEL “LS” ....................................................................................... 77 FIGURA 1-29. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 3 DEL “LS” ....................................................................................... 78 FIGURA 1-30. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 1 DEL “LSE” .................................................................................... 83 FIGURA 1-31. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 2 DEL “LSE” .................................................................................... 84 FIGURA 1-32. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 3 DEL “LSE” .................................................................................... 85 FIGURA 1-33. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 1 DEL “LSA” CON XP-4800 ........................................................ 87 FIGURA 1-34. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 2 DEL “LSA” CON XP-4800 ........................................................ 88 FIGURA 1-35. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 3 DEL “LSA” CON XP-4800 ........................................................ 89 FIGURA 1-36. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 1 DEL “LSA” CON BUFLOC-5368................................................ 91 FIGURA 1-37. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 2 DEL “LSA” CON BUFLOC-5368................................................ 92 FIGURA 1-38. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 3 DEL “LSA” CON BUFLOC-5368................................................ 93 FIGURA 1-39. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 1 DEL “LSA” CON VT-N300........................................................ 95 FIGURA 1-40. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 2 DEL “LSA” CON VT-N300........................................................ 96 FIGURA 1-41. PENDIENTE DE LA CURVA DEL ENSAYO 1 DEL “LSA” CON VT-N300........................................................ 97 FIGURA 1-42. VARIACIONES DE LA REF Y DE LOS ST EN EL LODO ...................................................................................... 99 FIGURA 1-43. COMPARACIÓN DE LA REF DE LODOS DE ALUMINIO Y DE ÓXIDOS DE FE Y MN ..................................... 101 FIGURA 1-44. COMPARACIÓN DE LOS ST DE LODOS DE ALUMINIO Y DE ÓXIDOS DE FE Y MN ...................................... 101 FIGURA 1-45. COMPORTAMIENTO DEL TF DE LOS LODOS ANALIZADOS .......................................................................... 102 FIGURA 1-46. VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ....................................................... 104 FIGURA 1-47. VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” DILUIDO AL 100% .................... 105 FIGURA 1-48. VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN DEL “LODO ORIGINAL” .......................................................................... 106 FIGURA 1-49. VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN DEL “LODO ORIGINAL” .......................................................................... 107 México, 2013

LINEAMIENTOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE LA TECNOLOGÍA PARA REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO EN AGUA POTABLE (CNA-SGAPDS-CONVENIO-015/2013)

FIGURA 1-50 PASO DEL LODO A TRAVÉS DE LOS LECHOS DE ARENA ................................................................................. 107 FIGURA 1-51 FILTRADO DEL LODO EN EL LECHO DE SECADO DE 0.5 A 1.0 MM DE TAMAÑO DE ARENA..................... 108 FIGURA 1-52. COMPORTAMIENTO DE LA HUMEDAD EN LODO APLICADO AL LECHO DE SECADO.................................. 110 FIGURA 1-53. CURVA DE EVAPORACIÓN DEL LODO PREPARADO EN EL LABORATORIO DEL IMTA ............................. 112 FIGURA 1-54. COMPORTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL “LODO IMTA” DURANTE SU EXPOSICIÓN AL SOL .............. 113 FIGURA 1-55 ESPECTRO DE LOS ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL LODO POR MEB ................................................. 114 FIGURA 1-56. ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL LODO SIN O Y C (MEB).................................................................... 115 FIGURA 1-57. ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL LODO CON O Y C (MEB) .................................................................. 116 FIGURA 1-58. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL LODO (ABSORCIÓN ATÓMICA) ...................................................................... 117 FIGURA 5-1. REMOCIÓN DE MN DURANTE EL ARRANQUE DE LA PLANTA (OCTUBRE-2001) ...................................... 124 FIGURA 5-2. REMOCIÓN DE MN EN EL AÑO 2005 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO) .............................................. 125 FIGURA 5-3. REMOCIÓN DE MN EN EL AÑO 2006 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO) .............................................. 125 FIGURA 5-4. REMOCIÓN DE MN EN EL AÑO 2007 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO) .............................................. 126 FIGURA 5-5. REMOCIÓN DE MN EN EL AÑO 2008 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO) .............................................. 126 FIGURA 5-6. REMOCIÓN DE MN EN EL AÑO 2009 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO) .............................................. 127 FIGURA 5-7. REMOCIÓN DE MN EN EL AÑO 2010 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO) .............................................. 128 FIGURA 5-8. REMOCIÓN DE MN EN EL AÑO 2011 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO) .............................................. 128 FIGURA 5-9. REMOCIÓN DE MN EN EL AÑO 2012 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO) .............................................. 129 FIGURA 5-10. CANALIZACIONES DEL AGUA DEBIDO AL COLAPSO DEL BAJO DREN EN EL FILTRO ................................. 129 FIGURA 5-11. REMOCIÓN DE MN PROMEDIO MENSUAL EN EL PERIODO DEL 2005 AL 2012 ..................................... 130 FIGURA 5-12. CONSUMO DE CLORO EN EL AÑO 2005 CONSIDERANDO UN CAUDAL DE 680 L/S ................................ 131 FIGURA 5-13. GRANULOMETRÍAS DE ZEOLITA DEL FILTRO 1 (PLANTA RAMAL PEÑÓN-TEXCOCO)............................ 132 FIGURA 5-14. MUESTRAS DE ZEOLITA CRECIDA DURANTE EL CAMBIO DE LOS FALSOS FONDOS .................................. 133 FIGURA 5-15. ZEOLITA CRECIDA DE LA PLANTA “CAMPIÑA” EN CULIACÁN, SINALOA .................................................. 133 FIGURA 5-16. CONCENTRACIÓN DE MN EN LOS EFLUENTES DE LOS FILTROS (10-SEP-2013) .................................. 138 FIGURA 5-17. CONCENTRACIÓN DE MN EN LOS EFLUENTES DE LOS FILTROS (11-SEP-2013) .................................. 138 FIGURA 5-18. CONCENTRACIÓN DE MN EN LOS EFLUENTES DE LOS FILTROS (12-SEP-2013) .................................. 139 FIGURA 5-19. CONCENTRACIÓN DE MN EN LOS EFLUENTES DE LOS FILTROS (13-SEP-2013) .................................. 139 FIGURA 5-20. RETROLAVADO DE FILTROS (IZQ. APLICACIÓN DE AIRE, DER. SOLO AGUA) ............................................ 140 FIGURA 5-21. MUESTREO DE AGUA DE RETROLAVADO UTILIZANDO UNA CUBETA ........................................................ 141 FIGURA 5-22. MUESTREO DE AGUA DE RETROLAVADO EMPLEANDO UNA ESCALERA .................................................... 141 FIGURA 5-23. EVALUACIÓN DEL RETROLAVADO DE FILTROS MEDIANTE EL COLOR (10-SEP-2013) ........................ 143 FIGURA 5-24. COMPORTAMIENTO DE LA TURBIEDAD Y EL COLOR EN EL RETROLAVADO DEL FILTRO 3 .................... 144 FIGURA 5-25. COMPORTAMIENTO DEL COLOR EN EL RETROLAVADO DE FILTROS (11-SEP-2013) ........................... 146 FIGURA 5-26. COMPORTAMIENTO DEL COLOR EN EL RETROLAVADO DE FILTROS (12-SEP-2013) ........................... 147 FIGURA 5-27. SEDIMENTADOR LLENO CON AGUA DE 4 RETROVADOS DE FILTROS......................................................... 148 FIGURA 5-28. NIVEL DE AGUA EN EL SEDIMENTADOR AL FINAL DE LA RECIRCULACIÓN ............................................... 148 FIGURA 5-29. NIVEL DE AGUA AL FINAL DE LA RECIRCULACIÓN (INICIO DE LA PENDIENTE) ....................................... 149 FIGURA 5-30. DESPLAZAMIENTO DE LAS BOMBAS SUMERGIBLES AL CENTRO DEL SEDIMENTADOR ........................... 150 FIGURA 5-31. BORBOLLONES DE AGUA EN LOS FILTROS DURANTE SU RETROLAVADO .................................................. 152 FIGURA 5-32. BAJO DREN EN MALAS CONDICIONES............................................................................................................. 152 FIGURA 5-33. DISPOSITIVO PARA MEDIR LA EXPANSIÓN DEL MEDIO FILTRANTE........................................................... 153 FIGURA 5-34. COMPORTAMIENTO DEL MN Y COLOR DURANTE LA MADURACIÓN DEL FILTRO 6 ................................. 154 FIGURA 5-35. SEDIMENTACIÓN DEL AGUA DE RETROLAVADO EN COLUMNA DE ACRÍLICO (T = 0 MIN) ..................... 156 FIGURA 5-36. SEDIMENTACIÓN EN COLUMNA (T = 1,096 MIN) ....................................................................................... 156 FIGURA 5-37. SEDIMENTACIÓN EN COLUMNA A 4 ALTURAS .............................................................................................. 157 FIGURA 5-38. VOLUMEN DE LODOS GENERADOS EN EL RETROLAVADO DE FILTROS ...................................................... 159 FIGURA 5-39. DISPOSICIÓN DE LODOS A CIELO ABIERTO .................................................................................................... 160 FIGURA 5-40. VACIADO DE LODOS DEL SEDIMENTADOR A CIELO ABIERTO ..................................................................... 161 FIGURA 5-41. VERTIDO DE LODOS A CIELO ABIERTO ........................................................................................................... 161 FIGURA 5-42. PROCESO DE EVACUACIÓN DE LODOS DEL SEDIMENTADOR....................................................................... 163 FIGURA 5-43. EVACUACIÓN DE LODOS DE LA TOLVA DEL SEDIMENTADOR ...................................................................... 164 FIGURA 5-44. EVACUACIÓN DE LODOS E INICIO DE LLENADO CON AGUA DE RETROLAVADO DE FILTROS ................... 165 FIGURA 5-45. EQUIPO DE JARRAS PARA EL ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO ................................................................... 166 FIGURA 5-46. COMPORTAMIENTO DEL COLOR Y TURBIEDAD CON EL POLÍMERO BULAB 5274 ................................ 167 México, 2013

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FIGURA 5-47. COMPORTAMIENTO DEL COLOR Y TURBIEDAD CON EL POLÍMERO C-496 .............................................. 168 FIGURA 5-48. COMPORTAMIENTO DEL COLOR Y TURBIEDAD CON EL POLÍMERO BL5368 .......................................... 169 FIGURA 5-49. COMPORTAMIENTO DEL COLOR Y TURBIEDAD CON EL POLÍMERO PAX-XL60S ................................... 170 FIGURA 5-50. COMPORTAMIENTO DEL COLOR Y TURBIEDAD CON EL POLÍMERO SUPERFLOC A-100HMW........ 171 FIGURA 5-51. COMPORTAMIENTO DEL COLOR Y TURBIEDAD CON EL POLÍMERO SUPERFLOC C494 ..................... 172 FIGURA 5-52. ETAPA DE SEDIMENTACIÓN DURANTE EL ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO (BAJA EFICIENCIA) .......... 173 FIGURA 5-53. ETAPA DE SEDIMENTACIÓN DURANTE EL ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO (ALTA EFICIENCIA) ......... 174 FIGURA 5-54. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DEL FILTRO 1 (PTA. TEXCOCO) ........................................... 176 FIGURA 5-55. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DEL FILTRO 2 (PTA. TEXCOCO) ........................................... 177 FIGURA 5-56. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DEL FILTRO 3 (PTA. TEXCOCO) ........................................... 178 FIGURA 5-57. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DEL FILTRO 4 (PTA. TEXCOCO) ........................................... 179 FIGURA 5-58. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DEL FILTRO 5 (PTA. TEXCOCO) ........................................... 180 FIGURA 5-59. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DEL FILTRO 6 (PTA. TEXCOCO) ........................................... 181 FIGURA 5-60. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DEL FILTRO 7 (PTA. TEXCOCO) ........................................... 182 FIGURA 5-61. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DEL FILTRO 8 (PTA. TEXCOCO) ........................................... 183 FIGURA 6-1. PLANTA POTABILIZADORA “LA PLATANERA” ................................................................................................ 186 FIGURA 6-2. PLANTA POTABILIZADORA “LOS PINOS” ......................................................................................................... 187 FIGURA 6-3. SISTEMA DE CLARIFICACIÓN CONVENCIONAL “LOS HORCONES” (OBRA DE TOMA)................................. 188 FIGURA 6-4. SISTEMA DE CLARIFICACIÓN CONVENCIONAL “LOS HORCONES” ................................................................ 189 FIGURA 6-5. LLEGADA DEL AGUA DE POZOS .......................................................................................................................... 190 FIGURA 6-6. LLEGADA DEL AGUA SUPERFICIAL SEDIMENTADA ......................................................................................... 190 FIGURA 6-7. FILTROS PARA FE Y MN Y RETROLAVADO DE UN FILTRO ............................................................................. 191 FIGURA 6-8. CISTERNA DE AGUA TRATADA (MEZCLADA AGUA SUPERFICIAL Y DE POZOS)............................................ 192 FIGURA 6-9. CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA ZEOLITA DE UN FILTRO DE LA PLANTA “LOS HORCONES” ................. 193 FIGURA 6-10. AGUA DE RETROLAVADOS DE FILTROS .......................................................................................................... 194 FIGURA 6-11. TUBERÍAS DE EXTRACCIÓN DE LODOS Y ALIMENTACIÓN EN EL SEDIMENTADOR ................................... 195 FIGURA 6-12. TUBERÍAS Y TOLVAS EN EL SEDIMENTADOR ................................................................................................ 196 FIGURA 6-13. LODOS EN EL SEDIMENTADOR, SU EXTRACCIÓN Y FILTRO PRENSA .......................................................... 197 FIGURA 6-14. PLANTA POTABILIZADORA PARA REMOCIÓN DE FE Y MN EN CAMARGO, CHIHUAHUA ........................ 199 FIGURA 7-1. APLICACIÓN DEL POLÍMERO .............................................................................................................................. 202 FIGURA 8-1. EXTRACCIÓN DE LODOS ...................................................................................................................................... 205 FIGURA 8-2. SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE LODOS (TEXCOCO) .......................................................................................... 206 FIGURA 8-3. SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE LODOS (MAZATLÁN) ....................................................................................... 206 FIGURA 9-1. GRANULOMETRÍA DE LA ZEOLITA EN FUNCIÓN DEL TIEMPO DE APLICACIÓN DE AIRE EN EL RETROLAVADO DE FILTROS ........................................................................................................................................... 207 FIGURA 10-1. APROXIMACIÓN DE LA VIDA ÚTIL DE LA ZEOLITA EN FUNCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE MANGANESO (FILTROS A PRESIÓN) ..................................................................................................................................................... 208

México, 2013

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ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1-1. REACCIONES DE HIDRÓLISIS DEL HIERRO ............................................................................................................ 15 TABLA 1-2 REACCIONES DE FE(II) CON ALGUNOS OXIDANTES Y LA CANTIDAD TEÓRICA PARA OXIDAR 1.0 MG/L DE FE ......................................................................................................................................................................................... 18 TABLA 1-3 REACCIONES DE MN(II) CON ALGUNOS OXIDANTES Y LA CANTIDAD TEÓRICA PARA OXIDAR 1.0 MG/L DE MN. ...................................................................................................................................................................................... 20 TABLA 1-4 CLASIFICACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE LA HUMEDAD EN LOS LODOS ............................................................ 37 TABLA 1-5. VOLUMEN DE LODO OBTENIDO DEL AGUA DE RETROLAVADO DEL FILTRO 2 ................................................. 61 TABLA 1-6 PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS DEL LODO DEL RETROLAVADO DEL FILTRO 2..................................... 61 TABLA 1-7 VOLUMEN DE LODO OBTENIDO DEL AGUA DE RETROLAVADO DEL FILTRO 3 .................................................. 62 TABLA 1-8 PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS DEL LODO DEL RETROLAVADO DEL FILTRO 3..................................... 63 TABLA 1-9. VOLUMEN DE LODO OBTENIDO DEL AGUA DE RETROLAVADO DEL FILTRO 4 ................................................ 64 TABLA 1-10. PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS DEL LODO DEL RETROLAVADO DEL FILTRO 4 ................................. 64 TABLA 1-11 PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS DEL “LODO ORIGINAL”. ........................................................................ 66 TABLA 1-12 PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR”. ..................................................... 67 TABLA 1-13 DOSIS ÓPTIMA DEL POLÍMERO CATIÓNICO XP-4800...................................................................................... 69 TABLA 1-14 PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ACONDICIONADO CON EL POLÍMERO CATIÓNICO XP-4800 .................................................................................................................................... 69 TABLA 1-15 DOSIS ÓPTIMA DEL POLÍMERO CATIÓNICO BUFLOC 5368 ............................................................................. 70 TABLA 1-16 PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ACONDICIONADO CON EL POLÍMERO CATIÓNICO BUFLOC 5368 ............................................................................................................................ 71 TABLA 1-17 DOSIS ÓPTIMA DEL POLÍMERO NO IÓNICO VT-N300...................................................................................... 72 TABLA 1-18 PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ACONDICIONADO CON EL POLÍMERO NO IÓNICO VT-N300 .................................................................................................................................... 72 TABLA 1-19 SÓLIDOS TOTALES EN LOS LODOS ESTUDIADOS (MÉTODO GRAVIMÉTRICO)................................................ 74 TABLA 1-20 SÓLIDOS TOTALES PRESENTES EN EL AGUA DE RETROLAVADO DE FILTROS ................................................ 74 TABLA 1-21 ENSAYO 1 DE LA FILTRACIÓN DEL “LS” ............................................................................................................. 75 TABLA 1-22 ENSAYO 2 DE LA FILTRACIÓN DEL “LS” ............................................................................................................. 76 TABLA 1-23 ENSAYO 3 DE LA FILTRACIÓN DEL “LS” ............................................................................................................. 77 TABLA 1-24 RESULTADOS DE LA REF DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ......................................................................... 82 TABLA 1-25 ENSAYO 1 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSE” .......................................................................................................... 83 TABLA 1-26 ENSAYO 2 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSE” .......................................................................................................... 84 TABLA 1-27 ENSAYO 3 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSE” .......................................................................................................... 85 TABLA 1-28 RESULTADOS DE LA REF DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR ESPESADO” ...................................................... 86 TABLA 1-29 ENSAYO 1 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON XP-4800 ................................................................................ 87 TABLA 1-30 ENSAYO 2 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON XP-4800 ................................................................................ 88 TABLA 1-31 ENSAYO 3 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON XP-4800 ................................................................................ 89 TABLA 1-32 RESULTADOS DE LA REF DEL “LSA” CON XP-4800 ...................................................................................... 90 TABLA 1-33 ENSAYO 1 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON BUFLOC-5368 ....................................................................... 91 TABLA 1-34 ENSAYO 2 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON BUFLOC-5368 ....................................................................... 92 TABLA 1-35 ENSAYO 3 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON BUFLOC-5368 ....................................................................... 93 TABLA 1-36 RESULTADOS DE LA REF DEL “LSA” CON BUFLOC-5368 .............................................................................. 94 TABLA 1-37 ENSAYO 1 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON VT-N300 ............................................................................... 95 TABLA 1-38 ENSAYO 2 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON VT-N300 ............................................................................... 96 TABLA 1-39 ENSAYO 3 DE LA FILTRACIÓN DEL “LSA” CON VT-N300 ............................................................................... 97 TABLA 1-40 RESULTADOS DE LA REF DEL “LSA” CON VT-N300 ...................................................................................... 98 TABLA 1-41 REF DE LOS LODOS ANALIZADOS ..................................................................................................................... 100 TABLA 1-42 REF Y ST DE LODOS DE ALUMINIO Y DE ÓXIDOS DE FE Y MN...................................................................... 102 TABLA 1-43 TIEMPO A LA FILTRACIÓN (TF) DE LOS LODOS ANALIZADOS ...................................................................... 103 TABLA 1-44 TIEMPO Y ALTURA DE LA SEDIMENTACIÓN DEL “LODO DEL SEDIMENTADOR” ........................................ 104 TABLA 1-45 TIEMPO Y ALTURA DE LA SEDIMENTACIÓN DEL “LS” DILUIDO AL 100%................................................. 105 TABLA 1-46 TIEMPO Y ALTURA DE LA SEDIMENTACIÓN DEL “LODO ORIGINAL” ........................................................... 106 TABLA 1-47 PORCIENTO DE HUMEDAD DEL LODO APLICADO AL LECHO DE SECADO ..................................................... 108 TABLA 1-48 MONITOREO DE LA HUMEDAD DE LA TORTA DE LODO EN EL LECHO DE SECADO ..................................... 109 México, 2013

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TABLA 1-49 CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN EL “LODO DE CULIACÁN” ....................................................................... 110 TABLA 1-50 CONCENTRACIÓN DE ST DEL “LODO IMTA” ................................................................................................. 111 TABLA 1-51 PORCIENTO DE HUMEDAD Y SÓLIDOS EN EL “LODO IMTA” ........................................................................ 111 TABLA 1-52 PÉRDIDA DE HUMEDAD DEL “LODO IMTA” POR EXPOSICIÓN AL SOL........................................................ 113 TABLA 1-53 ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL LODO SIN O Y C (MEB) ...................................................................... 115 TABLA 1-54 ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL LODO CON O Y C (MEB) .................................................................... 116 TABLA 1-55 ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL LODO ANALIZADOS POR ABSORCIÓN ATÓMICA ................................ 117 TABLA 2-1. PLANTAS POTABILIZADORAS QUE APLICAN LA TECNOLOGÍA DEL IMTA (FE Y MN) ................................ 118 TABLA 5-1. RESULTADOS DEL PROCESO DE ADSORCIÓN (10-SEP-2013) ...................................................................... 135 TABLA 5-2.- RESULTADOS DEL PROCESO DE ADSORCIÓN (11-SEP-2013)..................................................................... 136 TABLA 5-3. RESULTADOS DEL PROCESO DE ADSORCIÓN (12-SEP-2013) ...................................................................... 137 TABLA 5-4. RESULTADOS DEL PROCESO DE ADSORCIÓN (13-SEP-2013) ...................................................................... 137 TABLA 5-5. RETROLAVADO DE LOS FILTROS 4, 7 Y 8 .......................................................................................................... 143 TABLA 5-6. RETROLAVADO DEL FILTRO 3............................................................................................................................. 144 TABLA 5-7. RETROLAVADOS DE LOS FILTROS 1, 2, 5 Y 6 (11-SEP-2013) ..................................................................... 146 TABLA 5-8. RETROLAVADOS DE LOS FILTROS 3, 4, 7 Y 8 (12-SEP-2013) ..................................................................... 147 TABLA 5-9. AFORO DE LAS BOMBAS SUMERGIBLES DE RECIRCULACIÓN DE AGUA SEDIMENTADA ............................... 149 TABLA 5-10. TASA DE RETROLAVADO UTILIZANDO 3 BOMBAS ......................................................................................... 151 TABLA 5-11. MADURACIÓN DEL FILTRO 6 (PTA. TEXCOCO) ............................................................................................. 154 TABLA 5-12. CAMBIO EN LA CONCENTRACIÓN DE MN EN 21 HORAS DE SEDIMENTACIÓN .......................................... 155 TABLA 5-13. SEDIMENTABILIDAD DEL AGUA DE RETROLAVADOS EN COLUMNA (4 ALTURAS) ................................... 157 TABLA 5-14. MUESTRAS SEDIMENTADAS DE 24 HORAS .................................................................................................... 158 TABLA 5-15. SÓLIDOS SEDIMENTADOS EN COLUMNA (LODOS PRODUCIDOS). PRIMERA PRUEBA ............................... 158 TABLA 5-16. SÓLIDOS SEDIMENTADOS EN COLUMNA (LODOS PRODUCIDOS). SEGUNDA PRUEBA ............................... 159 TABLA 5-17. VOLUMEN DE LODOS GENERADOS EN LA PLANTA DE TEXCOCO CADA 24 HORAS ................................... 160 TABLA 5-18. POLÍMERO: BULAB 5274, DILUCIÓN 0.05% (0.5MG/ML).................................................................... 167 TABLA 5-19. POLÍMERO: C-496 (0.5 MG/ML) ................................................................................................................... 168 TABLA 5-20. POLÍMERO: BL5368 (0.5 MG/ML) ............................................................................................................... 169 TABLA 5-21. POLÍMERO: PAX-XL60S (1%) ..................................................................................................................... 170 TABLA 5-22. POLÍMERO: SUPERFLOC A-100HMW (POLIACRILAMIDA-KEMIRA) 0.5G/L ................................ 171 TABLA 5-23. POLÍMERO: SUPERFLOC C494 (0.5G/L-KEMIRA) .............................................................................. 172 TABLA 5-24. GRANULOMETRÍA DEL FILTRO 1 (PTA. TEXCOCO) ...................................................................................... 176 TABLA 5-25. GRANULOMETRÍA DEL FILTRO 2 (PTA. TEXCOCO) ...................................................................................... 177 TABLA 5-26. GRANULOMETRÍA DEL FILTRO 3 (PTA. TEXCOCO) ...................................................................................... 178 TABLA 5-27. GRANULOMETRÍA DEL FILTRO 4 (PTA. TEXCOCO) ...................................................................................... 179 TABLA 5-28. GRANULOMETRÍA DEL FILTRO 5 (PTA. TEXCOCO) ...................................................................................... 180 TABLA 5-29. GRANULOMETRÍA DEL FILTRO 6 (PTA. TEXCOCO) ...................................................................................... 181 TABLA 5-30. GRANULOMETRÍA DEL FILTRO 7 (PTA. TEXCOCO) ...................................................................................... 182 TABLA 5-31. GRANULOMETRÍA DEL FILTRO 8 (PTA. TEXCOCO) ...................................................................................... 183 TABLA 6-1. REMOCIÓN DE MN EN LA PLANTA “LA PLATANERA” (ENERO-ABRIL-2013) ........................................... 185 TABLA 6-2. REMOCIÓN DE MN EN LA PLANTA “LA PLATANERA” (MAYO-AGOSTO-2013).......................................... 185 TABLA 6-3. REMOCIÓN DE MN EN LA PLANTA “LA PLATANERA” (AGOSTO-NOVIEMBRE-2013)............................... 185 TABLA 6-4. GRANULOMETRÍA DE LA ZEOLITA DE UN FILTRO (PTA. “LOS HORCONES”) ............................................... 193

México, 2013

LINEAMIENTOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE LA TECNOLOGÍA PARA REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO EN AGUA POTABLE (CNA-SGAPDS-CONVENIO-015/2013)

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ANTECEDENTES GENERALES

El hierro (Fe) y el manganeso (Mn) son el cuarto y decimoséptimo elementos más abundantes en el planeta y constituyen respectivamente el 4.5 y el 0.1% de la litosfera (ASCE, 1990). Ambos se presentan en rocas y minerales de la corteza terrestre. El hierro ocurre en minerales de sílice de rocas ígneas; mientras el manganeso con mayor frecuencia en rocas sedimentarias y metamórficas. Ambos son encontrados mayoritariamente como carbonatos, óxidos, silicatos y sulfuros (O’Connor, citado en AWWA, 1971). También se localizan en arcillas, suelos y sedimentos. El hierro y el manganeso pueden presentarse en aguas subterráneas y superficiales; aunque el problema es más agudo y común en fuentes subterráneas. El agua subterránea, la cual tiene frecuentemente una concentración alta de dióxido de carbono y baja en oxígeno disuelto, disuelve los minerales de hierro y manganeso del subsuelo, transformándolos a hierro ferroso Fe 2+ e ion manganoso Mn2+. El dióxido de carbono contenido en el agua subterránea probablemente es originado por la descomposición de la materia orgánica del suelo. El hierro férrico, un constituyente de muchos minerales, es reducido a hierro ferroso a través de la acción de microorganismos en el ambiente anaeróbico de un pozo profundo. De forma similar, hay evidencia de que los minerales de manganeso de valencia mayor a 2 son reducidos a Mn2+ a través de la acción de los microorganismos de ambientes anaeróbicos. El hierro favorece también el desarrollo de “bacterias de hierro” que obtienen su energía de la oxidación que transforma el hierro ferroso en hierro férrico y, durante el proceso, depositan un revestimiento viscoso en las tuberías. El agua natural que contiene hierro y manganeso al ser bebida no produce efectos a la salud. Tales aguas cuando se exponen al aire se vuelven turbias, coloreadas y altamente inaceptables desde el punto de vista estético, debido a la oxidación del hierro y del manganeso a Fe(III) y Mn(IV) los cuales forman precipitados coloidales. Las velocidades de oxidación no son rápidas y así las formas reducidas pueden persistir por algún tiempo en aguas aireadas. Esto es especialmente cierto cuando el pH es menor de 6 para la oxidación de hierro y debajo de 9 en la oxidación de manganeso. Además, el hierro y el manganeso pueden formar complejos estables con sustancias húmicas en agua que pueden ser aún más resistentes a la oxidación que las especies inorgánicas. Ambos, el hierro y el manganeso, provocan manchas en la ropa cuando se lava con agua contaminada con estos elementos, manchan los muebles de baño y causan obstrucción en los sistemas de distribución de agua (ver Figura 1-1). El hierro también imparte sabor al agua el cual es detectable a muy bajas concentraciones. Las razones antes expuestas son la base para que la México, 2013

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normatividad mexicana a través de la Modificación del año 2000 de la NOM127-SSA1-1994 haya limitado la concentración de estos elementos en agua para uso y consumo humano en 0.3 mg/L para el hierro y en 0.15 mg/L para el manganeso.

Figura 1-1. Precipitados de hierro y manganeso

La contaminación de las fuentes de agua potable con hierro y manganeso es un problema frecuente a lo largo del territorio mexicano, al que tienen que hacer frente tanto los técnicos encargados de la potabilización y acondicionamiento del agua para la industria, como los consumidores de la misma. Las concentraciones características de estos contaminantes en dichas fuentes son de 0.15 a 2 mg/L de manganeso y de 0.5 a 10 mg/L de hierro. 1.1

Química del hierro y manganeso en agua

1.1.1 Química del hierro En la naturaleza el hierro existe en dos estados de oxidación, Fe(II) (ferroso) y Fe(III) (férrico). En solución acuosa estos iones se hidrolizan produciendo varias especies (Tabla 1-1). Estas reacciones son altamente dependientes del pH; a un pH