ANÁLISIS DE LA FORMACIÓN DE FASES MINERALES EN UNA CONFLUENCIA AFECTADA POR DRENAJE ÁCIDO COMO PROCESO DE TRATAMIENTO PASIVO PARA EL ABATIMIENTO DE ARSÉNICO

Abstract

La presente investigación propone un sistema de tratamiento natural para el abatimiento de arsénico en una confluencia afectada por drenaje ácido aprovechando las altas concentraciones de aluminio y fierro mediante la formación de fases minerales reactivas que gatillan la remoción de contaminantes. Se considera como modelo de estudio la confluencia entre el río Azufre y el río Caracarani ubicada en la región de Arica y Parinacota debido a que el río Azufre presenta valores de pH inferiores a 2 y concentraciones de arsénico superiores a 20 veces la normativa vigente de riego, además, la baja calidad del agua limita el desarrollo socioeconómico de los pobladores del valle del río Lluta el cual tiene su origen en la confluencia mencionada.La hipótesis de este estudio es que la remoción de arsénico en confluencias afectadas por drenaje ácido se puede potenciar al considerar los fenómenos hidrogeoquímicos que allí tienen lugar a través de la formación de fases minerales reactivas promovidas por distintas razones de mezcla. Con el fin de estudiar la situación, se modela el proceso con diferentes razones de mezcla, analizando el efecto de las posibles fases minerales presentes y el pH en la remoción de arsénico, añadiendo procesos de equilibrio y adsorción. Por otro lado, se realizó una fase experimental, con el fin de comparar los resultados del modelo e identificar las fases minerales que precipitan. Los resultados de la tesis permiten concluir entre otras cosas que: (i) las fases predominantes en el sistema de estudio según la modelación y la fase experimental son Schwertmannita y Basaluminita, las cuales dependen del pH resultante. (ii) Según la modelación, se alcanzan altas tasas de remoción de arsénico (sobre 80%) a valores de pH superiores a 6. (iii) La cantidad de sulfato presente afecta en gran medida la remoción de arsénico en la confluencia, ya que éste anión compite con arsénico sobre las fases minerales. iv) Las fases de fierro son las que controlan la remoción de arsénico, alcanzando valores superiores a un 98% del As total adsorbido, siendo despreciable el efecto de las fases de aluminio. (v) Los resultados experimentales presentan mayores tasas de remoción que el modelo, debido a que el modelo no considera algunos fenómenos físicos presentes. (vi) Se alcanzan valores máximos de sólidos precipitados en valores de pH entre 5,0 y 6,5 tanto experimentalmente como en la modelación. (vii) Las condiciones óptimas de remoción de arsénico varían entre pH 5,3 y 7,2 asociados a razones de mezcla entre 5,8% y 6,8%. (viii) Los resultados de la cantidad de fases minerales precipitadas según el modelo y la fase experimental son similares, lo cual valida el modelo presentado. Finalmente, en base a los resultados obtenidos de la fase experimental y de la modelación, se propone un sistema de tratamiento pasivo que busca aumentar la remoción de arsénico a través del reencauce del río Azufre. Se presentan dos casos, asociados a la formación de 4 y 5 reencauces. El resultado de ambos casos, muestra valores de remoción de 87% y 91% de arsénico respectivamente, lo cual es una mejora considerable respecto al 13% de remoción obtenido en caso de no realizar reencauces.

This work of thesis proposes a natural treatment for removing arsenic in a confluence affected by acid drainage taking advantage of high concentration of aluminum and iron through the formation of reactive mineral phases that trigger pollutants removal. The site study is the confluence between Azufre river and Caracarani river located in northern Chile in Arica y Parinacota Region and it was chosen because the Azufre river has pH values lower than 2 and arsenic concentrations higher than 20 times the current irrigation regulation for arsenic. Furthermore, low quality of water restricts socioeconomic development for the population who inhabits the Lluta watershed as the confluence is in the upper Lluta basin.The hypothesis of this study is that arsenic removal in confluences affected by acid drainage can be enhanced by considering the hydro geochemical processes that take place through the formation of reactive mineral phases promoted by different mixing ratios. The process is modelled with different mixing ratios, analyzing the effect of possible mineral phases and the pH in the removal of arsenic by adding equilibrium and adsorption processes. Furthermore, an experimental stage was made in order to compare the results of the model and identify the mineral phases that are precipitating.Based on the results of this work it can be concluded among other things that: (i) the predominant phases in the system according modeling and experimental phases are Schwertmannite and Basaluminite which depend on pH resulting. (ii) According modeling phase, high rates of arsenic removal (above 80%) at pH values greater than 6 are achieved. (iii) The amount of sulphate affects greatly arsenic removal at the confluence, as it competes with arsenic anion on mineral phases. iv) Iron phases control arsenic removal, reaching rates of removal up to 98% of total arsenic removed, being negligible the effect onto aluminum phases. (v) the experimental results show higher rates of removal than modelling phase, as the model does not consider some physical phenomena present. (vi) Maximum values of precipitated solids are reached at pH values between 5.0 to 6.5 both in experimental phase as modelling phase. (vii) Optimal conditions for arsenic removal vary between pH 5.3 to 7.2 which are associated to mixing ratios of 5.8% to 6.8%. (viii) According to results for amount of precipitated mineral phases, similar results are shown in the modelling phase and the experimental phase, therefore the model presented is validated. Finally, based on the results of the experimental and modelling phases, is proposed a passive treatment system that seeks to increase the removal of arsenic through the channeling of Azufre river in different points. Two cases were analyzed, associated with the formation of 4 and 5 smaller confluences. The results in both cases, show arsenic removal values of 87% and 91% respectively, which is a considerable improvement over the 13% removal obtained if only one confluence is performed.