UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO" FACULTAD DE CIENCIAS DELAMBIENTE DEL AMBIENTE ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
“EXPERIENCIAS DE TRATAMIENTO DE DRENAJE ÁCIDO DE MINA MEDIANTE EL SISTEMA DE HUMEDALES EN PASIVOS MINEROS” MONOGRAFÍA PROFESIONAL PARA OPTAR EL TÍTULO DE
INGENIERO AMBIENTAL AUTOR: Bach. MICHEEL MAYNER OCROSPOMA NAZARIO ASESORES: Dr. EDWIN JULIO PALOMINO CADENAS M.Sc. JERÓNIMO VÍCTOR MANRIQUE HUARAZ - ANCASH- PERÚ SETIEMBRE 2011
Página en Blanco
Acta de Sustentación
DEDICATORIA Dedico la presente monografía a los seres que más amo en este mundo: mis padres Gabindor Ocrospoma y Nelida Nazario, por ser la fuente de mi inspiración y motivación para superarme cada día más y así poder luchar para que la vida nos depare un futuro mejor. Micheel
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AGRADECIMIENTO A mis Padres y Hermana, por creer y confiar siempre en mí, apoyándome en todas las decisiones que he tomado en la vida. A mi queridos maestros, por sus consejos y por compartir desinteresadamente sus amplios conocimientos y experiencia, por su enseñanza, paciencia, comprensión y motivación, sin lo que hubiese sido imposible lograr terminar estos estudios. A mis compañeros y compañeras de clases, por el apoyo y motivación que de ellos he recibido. Micheel
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ÍNDICE Contenido Dedicatoria Agradecimiento Índice Relación de Figuras y Cuadros Resumen Abstract
Pág.: i ii iii v vi viii
CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1. OBJETIVO
1 2
CAPITULO II METODOLOGIA Y MATERIALES 2.1. METODOLOGÍA 2.2. DISEÑO 2.3. REDACCIÓN DE LA MONOGRAFÍA 2.4. LIMITACIONES 2.5. MATERIALES
3 3 4 4 4 4
CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO 3.1. DRENAJE ACIDO DE MINA 3.1.1. Conceptos 3.1.2. Formación del Drenaje Acido de Mina 3.1.3. Contaminación por metales totales del Drenaje Acido de Mina 3.2. SISTEMAS DE HUMEDALES PARA EL TRATAMIENTO T RATAMIENTO DE DRENAJE ÁCIDO DE MINA 3.2.1. Humedales 3.2.2. Característica de los Humedales 3.2.3. Factores que influyen en los humedales 3.2.4. Procesos Biológicos en los Humedales Artificiales 3.2.5. Sistema de Tratamiento de Drenajes Ácidos de Mina en la Minería Polimetálica en el Perú
5 5 5 5 6 7 7 9 9 10 11 iii
3.3. PASIVOS AMBIENTALES COMO GENERADORES DE DRENAJE ÁCIDO DE MINA
3.3.1. Pasivos Ambientales
3.3.2. Autoridad Competente 3.3.3. Responsabilidad por la Remediación Ambiental 3.3.4. Remediación a cargo del Estado 3.4. DESCRIPCIÓN DEL HUMEDAL ARTIFICIAL 3.4.1. Humedal Artificial 3.4.2. Ventajas de los Humedales Artificiales 3.4.3. Desventajas de los Humedales Artificiales 3.4.4. Tipos de humedal artificial 3.4.5. Descripción del tratamiento del drenaje Acido de Mina por Humedal Artificial 3.4.6. Condiciones Condiciones de funcionamiento funcionamiento del humedal artificial 3.5. RESULTADOS DE LOS PROYECTOS DE HUMEDALES ARTIFICIALES 3.5.1. Proyecto: tratamiento de agua por medio de Humedales Artificiales (wetland) de Tucush Minera Antamina 3.5.2. Proyecto Mitigación de Drenaje Acido en Minas Subterráneas
26 26 26 27 27 28 28 29 29 29 31 36 39 39
aplicando Fangos Artificiales, Artificiale s, Caso: Mina Orcopampa 3.5.3. Proyecto “Biorremediación de Drenaje Acido de Mina mediante el
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sistema de Humedales en la planta Concentradora Concentrado ra de Mesapata” 3.5.4. Descontaminación del drenaje ácido de la mina “Pan American Silver S.A.C - Quiruvilca”
42 46
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES RECOMENDACIONES
49 50
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
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ANEXO
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RELACIÓN DE FIGURAS Y CUADROS Figura N° 01: Vegetación de Humedales Figura Nº 02: Procesos Biológicos elementales en un humedal artificial Figura Nº 03: Disposición de las capas en humedal anaerobio Figura Nº 04: Ingreso de oxígeno a través de las raíces de las plantas del Humedal Figura N° 05: Bacteria anaerobia sulfato- reductora que fomenta la participación de sulfuros a partir de la reducción de sulfato y los metales disueltos en el agua (vive a pH>6 y se inhiben a pH<5) Figura Nº 06: Disposición de las celdas y circulación del agua en un humedal Aerobio Figura N° 07: Variables que se considera en el diseño de un humedal Figura Nº 08: Proceso de oxidación - redacción inducidos por la actividad bacteriana y las plantas en humedales Figura Nº 09: Sistema de flujo superficial libre Figura N° 11: Remediación de efluentes en Minería Figura N° 12: Fundamentos Fundament os de la Biorremediación Biorremediac ión Figura N° 13: Flujo del tratamiento tratam iento por biorremediacion biorremedia cion del DAM Figura N° 14: Sistema de Humedal Figura Nº 15: Sistema de flujo sub superficial libre Cuadro N° 01: Resumen del criterio de diseño para tratamiento tratamient o de Humedales Construidos Cuadro N° 02: xxxx Cuadro N° N°03: 03: Comparación Comparaci ón de resultados con LMP Cuadro N° 04: Monitoreo de las estaciones y resultados Cuadro N° 05: Comparación Comparació n de resultados de análisis de agua de vertido (Sp03) con los estándares de calidad de la Ley General de Aguas Clase III Cuadro N° 06: Comparación Comparaci ón de resultados de análisis de agua de vertido (Sp03) con los estándares de calidad del MEM
8 10 13 14
14 19 19 21 30 25 25 25 26 31
37 40 41 42 43 45
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RESUMEN La minería es una de las actividades humanas más problemáticas desde el punto de vista ambiental. ambiental. Las labores mineras mineras abandonadas, abandonadas, las pilas pilas de desmontes desmontes y los depósitos de relaves, constituyen fuentes de generación de drenaje ácido de mina (DAM), principal contaminante de los recursos hídricos. Frente a esta problemática, el sistema de humedales es una alternativa para el tratamiento de drenajes ácidos, que dado su bajo costo de construcción y mantenimiento resulta recomendable, sobre todo para casos de caudales pequeños. Investigaciones realizadas sobre el caso manifiestan resultados positivos. En este trabajo se hace una revisión bibliográfica de tres casos de experiencias sobre tratamientos de DAM: el de Antamina, Orcopampa, Mesapata y Pan American Silver S.A.C. - Quiruvilca. En el caso del humedal de Antamina los resultados demuestran que la eficiencia del humedal en la reducción de concentración de metales, entre los más importantes es Cu de 0.013 mg/l a 0.005 mg/l, Pb de 0.013 mg/l a 0.005 mg/l, Zn de 0.066 mg/l a 0.040 mg/l, y Fe de 0.340 mg/l a 0.031 mg/l. En el caso de Orcopampa Cu de 4.8 mg/l a 0.03 mg/l, Pb de 0.08 mg/l a 0.19 mg/l, Zn de 9.3 mg/l a 0.35 mg/l, y Fe de 68.56 mg/l a 0.44 mg/l. En el caso de la planta concentradora de Mezapata, cobre disuelto se encuentra muy por debajo del límite establecido (0,42 mg/l frente al límite de 2 mg/l), el plomo disuelto se encuentra por debajo del límite de vertido (0,48 mg/l frente al límite de 1 mg/l), el zinc disuelto se encuentra muy por debajo del límite de vertido (0,8 mg/l frente el límite de 6 mg/l) y el hierro disuelto se encuentra muy por debajo de límite de vertido (0,081 mg/l frente al límite establecido de 5 mg/l). En el caso de Pan Americacan Silver S.AC-Quiruvilca., Se logró reducir la concentración en un 80 % de plomo, 90 % de zinc, 99 % de hierro y el 99 % para el cobre, con un tiempo de residencia hidráulica de dos días y elevándose un pH en el orden de 4.48 a 6.73. vi
En conclusión se puede asegurar que el tratamiento del DAM mediante el sistema de humedales es una buena alternativa, tanto por su bajo costo de construcción y mantenimiento como por su eficiencia de depuración.
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ABSTRACT Mining is one of the human activities more problematical by environment. Abandoned mines, mine material piles and tailing ponds are constituted in generator sources of acid mine drainage, as principal pollutant of hydric water resources. Respect this problem, wetland system is an alternative to acid drainage treatment because its cost is cheap and its maintenance is easy, above all in case flow intensity is low. Researches made about it indicate positive results. In this investigation work three cases of experiences about acid mine drainage are analyzed: Antamina, Orcopampa, Mesapata and Pan American Silver SAC-Quiruvilca. In Antamina wetland case, results indicates that wetland efficiency in reduction of metal concentrations is following: Cu of 0.013 mg/l to 0.005 mg/l, Pb of 0.013 mg/l to 0.005 mg/l, Zn of 0.066 mg/l to 0.040 mg/l, and Fe of 0.340 mg/l to 0.031 mg/l. In case of Orcopampa mine, Cu is reduced of 4.8 mg/L to 0.03 mg/L, Pb of 0.08 mg/L to 0.19 mg/L, Zn of 9.3 mg/L to 0.35 mg/L, and Fe of 68.56 mg/L to 0.44 mg/L. In case of Mezapata's concentrating plant, copper disuelto is far below of the limit established (0,42 mg/l opposite to the limit of 2 mg/l), the lead disuelto is below the limit of spillage (0,48 mg/l opposite to the limit of 1 mg/l), the zinc disuelto is far below of the limit of spillage (0,8 mg/l forehead the limit of 6 mg/l) and the iron disuelto is far below of limit of spillage (0,081 mg/l opposite to the limit established of 5 mg/l). In case of Bread Americacan Silver SAC-Quiruvilca., It was achieved to reduce the concentration in 80 % of lead, 90 % of zinc, 99 % of iron and 99 % for the copper, with a time of hydraulic residence of two days and raising a pH in orden de 4.48 and 6.73. In conclusion, acid mine drainage treatment using wetland systems is a good alternative in both: construction and maintenance costs case, and efficiency in treatment.
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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Las operaciones operaciones mineras causan impactos negativos negativos en el ambiente por la formación de aguas ácidas en el interior mina, en las pilas de desmontes y los depósitos de relaves mineros. El presente trabajo monográfico denominado «EXPERIENCIAS DE TRATAMIENTO DE DRENAJE ÁCIDO DE MINA MEDIANTE EL SISTEMA DE HUMEDALES EN PASIVOS MINEROS», resume los resultados de las diferentes investigaciones que se han
realizado sobre el tratamiento de Drenajes Ácidos de Minas (DAMs), como son los casos de Antamina, Orcopampa y Mesapata. El trabajo se fundamenta en el hecho de que nuestro país es eminentemente minera, y cuando esta actividad no se desarrolla con responsabilidad, se generan un sin número de problemas ambientales como el caso del DAM producido por los pasivos mineros. Si bien es cierto que existen diferentes alternativas de tratamiento de los DAMs, en el presente trabajo se ha considerado el caso del Sistema de Humedales, tomando como referencia los resultados de las investigaciones realizadas en diferentes empresas, y para ellos se ha planteado la siguiente interrogante: ¿Cuáles son las experiencias de tratamiento de drenaje ácido de mina mediante el sistema de 1
humedales en los pasivos mineros en el ámbito nacional y que resultados se ha obtenido de ella? Para responder a esta interrogante, se ha planteado los siguientes objetivos: 1.1. OBEJTIVO
Objetivos General: •
Describir las diferentes experiencias de tratamiento de DAM mediante el sistema de humedales en pasivos mineros y analizar sus resultados.
Objetivo específicos: •
•
•
Identificar los diferentes casos de tratamiento de DAM mediante el sistema de humedales. Evaluar los resultados obtenidos en comparación con los estándares de calidad aplicables. Determinar las ventajas y desventajas del sistema de humedales en el tratamiento de DAM.
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CAPÍTULO II METODOLOGÍA Y MATERIALES 2.1. METODOLOGÍA
Para el desarrollo de la monografía se ha seguido la siguiente metodología: •
Búsqueda y acopio de información Para la elaboración de la monografía se revisó información bibliográfica existente con relación al tema de estudio: revistas, leyes, trabajos de investigación, entre otros, de modo que se tiene una base teórica que permite analizar la importancia del sistema de humedales en pasivos mineros.
•
Sistematización de la información La información recopilada se ordenó sistematizando de acuerdo a los objetivos de la monografía.
•
Análisis de la información Se analizó la importancia que tiene el sistema de humedales para el tratamiento de los drenajes ácidos de mina.
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Búsqueda y Acopio de información
Sistematización de la información
Análisis de la información
2.2. DISEÑO
El presente trabajo monográfico se diseñó de acuerdo a los objetivos definidos y siguiendo la guía del PEGA IV 2009. 2.3. REDACCIÓN DE LA MONOGRAFÍA
Una vez terminada la etapa de análisis de información, se procedió a la redacción de la monografía en función a los términos de referencia establecidos para tal fin en el reglamento del PEGA IV – UNASAM, la Guía para la elaboración de la monografía y el Reglamento de Grados y Títulos de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Ambiental. 2.4. LIMITACIONES - Para la elaboración de la monografía, como principal dificultad se ha encontrado
la poca información de primera fuente, sólo se ha usado fuentes secundarias. descriptiva, afrontando la dificultad - La monografía ha sido desarrollado de forma descriptiva, de no contar informaciones que describa procesos internos del humedal. - Estos tipos de sistemas son poco aplicados por las mineras para su tratamiento
de drenajes ácidos de mina en sus pasivos mineros. 2.5. MATERIALES - Equipo de cómputo. - Material de escritorio. - Material bibliográfico.
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CAPITULO III MARCO TEÓRICO 3.1. DRENAJE ACIDO DE MINA 3.1.1. Conceptos
El drenaje ácido de mina (DAM) es una combinación de ácido sulfúrico y minerales metálicos disueltos que se generan debido a la explotación y extracción de minerales metálicos. El DAM es un problema ambiental muy recurrente, que tiene lugar generalmente en los pasivos mineros de mina y plantas de procesamiento (Ecoamérica, 2007). El DAM es un contaminante que se genera debido a la explotación y substracción de minerales (Sainz, 2007). 3.1.2. Formación del Drenaje Acido de Mina
El DAM se forma Cuando los minerales sulfurosos, como la pirita, calcopirita, pirrotita, marcasita, galena, arsenopirita y otros, son expuestos a la acción del aire y del agua, a nivel de la superficie terrestre, sufriendo un complejo proceso que engloba en su desarrollo fenómenos químicos, físicos y biológicos. (Sainz, 2007).
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3.1.3. Contaminación por metales totales del Drenaje Acido de Mina
Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse. El término de metal pesado refiere a cualquier elemento químico metálico que tenga una relativa alta densidad y sea tóxico o venenoso en concentraciones bajas. Los ejemplos de metales pesados incluyen el mercurio (Hg), cadmio (Cd), arsénico (As), el cromo (Cr), el plomo (Pb), entre otros, y al no poder ser degradados, en pequeñas cantidades se incorporan a nuestros cuerpos vía alimento, el agua y aire (Lenntech, 2007). Efectos de los Metales Pesados Arsénico (As): el arsénico no se destruye en el ambiente, sólo puede cambiar su forma. El arsénico en el aire acaba depositándose en el suelo donde por su característica química permanece en los sedimentos aunque se hagan labores de limpieza. Gran parte de los compuestos del arsénico pueden disolverse en agua, lo que aumenta su dispersión (Greenpeace, 2008). Cadmio (Cd): el cadmio no se degrada en el ambiente, se disuelve en el agua. Las plantas, peces y otros animales acumulan en cadmio en sus tejidos. El cadmio permanece en el organismo por largo tiempo (Greenpeace, 2008). La exposición a cadmio también puede provocar graves lesiones en los pulmones, acumularse en los riñones y producir enfermedades renales, lesiones en el sistema nervioso (Greenpeace, 2008). Cromo (Cr): el cromo entra al aire, agua y suelo principalmente en las formas de cromo cromo (III) y cromo (VI). (VI). El cromo VI (o hexavalente) hexavalente) aparecen de forma natural en el ambiente, pues se produce generalmente en procesos industriales, como la quema de carbón en las centrales térmicas (Greenpeace, 2008). Bajo la forma hexavalente es cancerígena.
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Mercurio (Hg): el mercurio se biomagnifica, es decir que se acumula progresivamente según pasa por la cadena alimentaria. Además tiende a permanecer en el medio dado su poca capacidad para degradarse (Greenpeace, 2008). Plomo (Pb): el plomo se encuentra en forma natural en el medio, pero las mayores concentraciones ambientales encontradas son consecuencia de las actividades humanas. El plomo se acumula en los cuerpos de los organismos acuáticos y suelo (Greenpeace, 2008). Zinc (Zn): el Zinc ocurre de forma natural en el aire, agua y suelo, pero las concentraciones están aumentando por causas no naturales, debido a la adición de Zinc a través de las actividades humanas. La mayoría del Zinc es adicionado durante actividades industriales, como es la minería, la combustión de carbón y residuos y el procesado del acero, el zinc puede también incrementar la acidez de las aguas (Greenpeace, 2008). 3.2. SISTEMAS DE HUMEDALES PARA EL TRATAMIENTO DE DRENAJE ÁCIDO
DE MINA 3.2.1. Humedales
Los humedales son microecosistemas, naturales o artificiales, constituidos de un sustrato de suelo orgánico y vegetación acuática, con o sin presencia de una comunidad microbiana acuática y terrestre, que de manera conjunta, contribuyen a la depuración del agua contaminada (Seoánez, 1999). Según Seoanez Calvo Marino en su libro “Aguas residuales: tratamiento por humedales”, los humedales son micro ecosistemas, naturales o artificiales, constituidos de un sustrato de suelo orgánico y vegetación acuática, con o sin presencia presencia de pequeños pequeños animales de vida vida acuáticas y terrestre, que de manera conjunta, contribuye a la depuración del agua contaminada. Los humedales, sean éstos naturales o artificiales, son sistemas de tratamiento acuático en los cuales se usan plantas y animales para 7
tratamiento de aguas residuales. Los humedales artificiales pueden ser de superficie libre de agua (con espejo de agua) o de flujo sub-superficial (sin espejo de agua) (Romero, 2001). Los humedales con espejo de agua son pantanos en el que la vegetación emergente está inundada hasta una profundidad de 10 a 45 cm. La vegetación incluye juncos, cañas, espadaña y anea. Algunos humedales artificiales se construyen con revestimientos de material impermeable para evitar la percolación, otros para retención completa del afluente y pérdida por percolación y evapotranspiración (Romero, 2001). La vegetación sirve como medio de soporte de crecimiento microbiano, reduce el potencial de crecimiento de algas y provee del oxígeno necesario para la actividad microbiana en el sistema. Un humedal con espejo de agua permite remociones altas de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), sólidos suspendidos totales (SST), nitrógeno y metales. La remoción aumenta con el tiempo de retención hidráulica y la temperatura (USEPA, 2000). Figura N° 01: Vegetación de Humedales
Fuente: Romero Rojas Jairo Alberto (2001)
Los humedales sin espejo de agua, se caracterizan por el flujo de agua por debajo de la superficie de un medio poroso sembrado de plantas emergentes. El medio, generalmente, es de grava gruesa y de arena con un
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espesor variable entre 0,45 a 1,0 m y con una pendiente entre 0,1 a 0,5% (Romero, 2001). En contraste con los humedales de flujo superficial, los humedales artificiales de flujo sub-superficial requieren menor área para su funcionamiento y no presentan problemas de olores y de mosquitos (Romero, 2001). 2001). Sin embargo, tienen tienen la desventaja desventaja de tener tener mayor costo debido a la utilización de grava y el riesgo de taponamiento. La vegetación es semejante a la de los humedales con espejo de agua. 3.2.2. Característica de los Humedales
Los humedales tiene como característica principal de mantener el elevado contenido de agua en las áreas de suelo que ocupan, pues se encuentran saturados hasta la superficie o muy próximos a ella. El suelo está constituido de materia orgánica e inorgánica, con unos poros que pueden contener aire, agua o ambos (Seoanez, 1999) . Entre las características características hidrológicas se tiene t iene los siguientes: - Sustrato: variable con altos contenidos de materia orgánica (compost, -
humus, turba). Agua: subsaturada, saturado o sobresaturada. sobresaturada. Vegetación: natural o exótica, según el humedal sea natural o artificial. Especies Vegetales: variable según el sustrato y calidad del agua Afluentes líquidos: limpios o contaminados Fauna: invertebrados acuáticos, insectos, batracios, aves y otros (Seoánez, 1999).
3.2.3. Factores que influyen en los humedales
Tipos de suelo, Nivel de agua, Luz, Vegetación, Temperatura, Fauna (Seoánez, 1999)
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3.2.4. Procesos Biológicos en los Humedales Artificiales
En el caso de los humedales artificiales artific iales el proceso consiste en la entrada de aguas residuales procedentes procedentes de las las fuentes de origen, origen, su retención retención temporal en el humedal y su salida de agua tratada libre o con mucha menor cantidad de contaminantes. Durante su estancia en el humedal, el agua residual es sometido a un conjunto de procesos complejos, en el que los contenidos transportados sufren transformaciones por descomposición, reacción química, biodegradación, estabilización y otros, influenciados por la energía luminosas y el calor, dando origen a otras sustancias en forma de nutrientes o de otro tipo. Los nutrientes producidos sirven de sustento para la producción vegetal acuática, todos ellos para la producción y consumo de animales acuáticos intermedios, estos estos a su su vez para la producción producción y consumo de la ictiofauna, culminado el proceso en la extracción, predacion y muerte como se esquematiza en la Figura Nº 02. En todos estos procesos, hay generación de materia orgánica, residuos y microorganismos microorga nismos que cumplen funciones importantes en la depuración del agua. La muerte de la ictiofauna puede ser natural, debido adverso o por intoxicación intoxicación (Seoanez, 1999). Figura Nº 2: Procesos Biológicos elementales en un humedal artificial Luz Calor
Nutrientes y Productos tóxicos
Luz Calor Producto Vegetal Luz Calor Luz Calor Luz Calor
Consumo y Producción Animales intermedios Consumo y Producción Ictiofauna Extracción, Predación y Muerte
Sedimentos Productos en solución
Materia Orgánica Residuos Microorganismos Materia Orgánica Residuos Microorganismos Materia Orgánica Residuos Microorganismos Natural Medio Adverso Intoxicación
Fuente: “Aguas Residuales: Tratamiento elementales en un humedal” (Seoànez, 1999)
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3.2.5. Sistema de Tratamiento de Drenajes Ácidos de Mina en la Minería
Polimetálica en el Perú 3.2.3.1.
Sistema Abiótico de Tratamiento Activo Este sistema de tratamiento activo implica la neutralización de las aguas mediante aditivos químicos, normalmente consistentes en la adición de un lodo de cal mezclado con agua, seguido de aireación mecánica. Seguidamente se disponen clarificadores y balsas de decantación (Fernández, 2005). El sistema de tratamiento activo se basa en el procedimiento del drenaje ácido de mina mediante la adición de reactivos, que ayudan a la neutralización. El sistema activo se basa en el procesamiento del drenaje ácido de mina mediante la adición de reactivos, que ayudan a la neutralización, como son: carbonato de calcio, hidróxido de sodio, bicarbonato de sodio o hidróxido de amonio. Los reactivos ayudan a la precipitación de la mayor parte de los metales pesados que contiene el drenaje ácido de mina, llevando el pH a valores aceptables (Higueras, 2004). Su principal limitante es el elevado costo de los reactivos, que no siempre las empresas pueden cubrir, si sobre todo los volúmenes de drenaje ácido de mina son abundantes (Higueras, 2004). Los tratamientos activos corresponden fundamentalmente a la precipitación con algún reactivo adecuado. Por ejemplo, el mercurio se hace reaccionar con Na 2S (soluble) dando origen al HgS insoluble. Muchos otros metales formadores de sulfuros pueden precipitarse de la misma manera (Higueras, 2004).
11
3.2.3.2.
Sistemas de Tratamiento Pasivo En la última década se han investigado diversos métodos de tratamiento pasivo y se ha comprobado que dan buenos rendimientos en la neutralización del pH y en la eliminación de metales pesados. Además requieren poco mantenimiento y su bajo costo puede ser asumido durante largos períodos de tiempo (20 a 40 años) una vez clausurada la instalación minera. Los métodos de tratamiento pasivo se basan en los mismos procesos físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en los humedales naturales (wetlands), en donde se modifican favorablemente ciertas características de las aguas contaminadas, consiguiendo la inmovilización de metales y la neutralización del pH (López, 2002). •
Humedales Anaerobios Son humedales que se caracterizan caracterizan por por inhibir el el contacto del del agua contaminada con el aire atmosférico, creado condiciones anoxicas requeridas para reducir el Fe 3+ a Fe 2+, y generar alcalinidad mediante procesos químicos o con intervención de los microorganismos. En este tipo de humedales, el agua de mina fluye por gravedad y debido a la alcalinización de los bicarbonatos bicarbonat os que se generan en el sistema a partir de la reducción anaerobia del sulfato y la dilución de la caliza (Ca CO3), se incrementa el pH hasta niveles cercanos al neutro. Para evitar que se produzcan procesos aerobios que desencadenana la generación de acidez metálica a través de la hidrolisis de algunos metales, se recurre al pre – tratamiento del agua acida con caliza en condiciones atmosféricas (Aduvire, 2006)
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Para favorecer las condiciones anoxicas que se requieren para su correcto funcionamiento, funcionamiento, la lámina lámina de agua ha de de superar los 30 cm. Esta lámina cubre un sustrato permeable de un espesor de 30 a 60 cm, formado mayoritariamente por material orgánico (70 a 90 % de estiércol, compost, turba, heno, aserrín, etc.), que esta entremezclado o bien dispuesto sobre una capa de caliza (Figura 5). La finalidad del sustrato orgánico es eliminar el oxígeno disuelto, disuelto, reducir el el Fe3+ a Fe 2+, y generar alcalinidad alcalinidad mediante procesos químicos o con intervención de microorganismos. microorganismos. Sobre el conjunto de este sustrato de desarrolla la vegetación emergente característica de los humedales, la cual ayuda a estabilizar el sustrato, además de aportar materia orgánica adicional (Aduvire, 2006). Figura Nº 03: Disposición de las capas en humedal anaerobio
Fuente: (Hugo Aduvire, 2006).
•
Vegetación emergente de alta productividad para reponer la materia orgánica consumida. Las plantas en el humedal ayudan a precipitar y filtrar elementos en suspensión, transfieren oxígeno a través de sus raíces a la zona zona anaerobia anaerobia del sustrato (rizosfera) para oxidar metales tóxicos como el plomo y otros que precipitan dentro del sustrato y evitar su adsorción por las plantas, facilitar reacciones microbianas que incluyen oxigenación y nitrificación/denitrificación indispensables para la vida de a las plantas (Figura 4) (BENDER, 1996 y Aduvire, 2006). 13
•
•
Sustrato rico en materia orgánico descompuesta (compost, turba, estiércol, mulch, mulch, etc) para iniciar iniciar y mantener los los procesos procesos de reducción del sulfato y eliminar el oxígeno disuelto en el agua. Además la materia orgánica es una importante fuente de energía para los metabolismos microbiano. Altura de agua y régimen de caudales necesarios para mantener las condiciones condiciones anaerobias y facilitar facilitar el hábitat hábitat de las las bacterias bacterias sulfato reductoras (Figura 5). Figura Nº 04: Ingreso de oxígeno a través de las raíces de las plantas del humedal
Fuente: (BENDER, 1996 y Aduvire, 2006).
Figura N° 05: Bacteria anaerobia sulfato- reductora que fomenta la participación de sulfuros a partir de la reducción de sulfato y los metales disueltos en el agua (vive a pH>6 y se inhiben a pH<5)
Fuente: (BENDER, 1996 y Aduvire, 2006).
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•
Disponer de un sustrato en el el lecho de humedal humedal que aporta aporta alcalinidad al medio (caliza machacada) y que ayude a neutralizar el pH. Estos sistemas operan en permanente inundación inundación,, el agua fluye a través del sustrato orgánico, y sobre ellos se desarrollan las bacterias anaerobias sulfato-reductoras (Desulfovibrio y Desulfomaculum) capaces de utilizar su reacción con la materia orgánica del sustrato de utilizar su reacción con la materia orgánica del sustrato, como fuente de carbón, representada de la forma CH2O (Skousen et al, 1988; Hedin, 1997), y el sulfato disuelto en el agua intersticial como fuente de energía para su metabolismo. Esta reducción bacteriana del sulfato genera ácido sulfhídrico, o azufre elemental, y alcalinidad ( Hedin 199; Skousen et al, 188 y Aduvire , 2006) mediante las siguientes reacciones: SO42- + 2CH2O + bacteria H H2S + 2HCO3SO42- + 2CH2O + ½ O2 + bacteria Sº + H2O + 2HCO3En el proceso de reducción bacteriana del sulfato en ambiente anoxico también se reduce la acidez mineral potencial provocada por el hierro y otros materiales al participar como sulfuros. SO42 + 2CH2O + Fe2+
FeS + CO2 + H2O
Otra fuente de alcalinidad, también generada en el sustrato, es la disolución de la caliza al reaccionar con la acidez del agua en tratamiento. CaCO3- + H+
Ca2+ + HCO3-
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El bicarbonato bicarbonat o generado por la disolución de la caliza y/o la reducción bacteriana del sulfato neutraliza la acides protónica dentro del humedal mediante la siguiente reacción. HCO3- + H+
CO2 + H2O
La remoción de metales en humedal anaerobios se debe a una combinación de procesos físicos, químicos y biológicos que incluyen al dilución, dispersión, oxidación/ reducción, precipitación/ co- precipitación, adsorción e intercambio iónico, que tienen lugar entre los sedimentos en suspensión y el sustrato del humedal en donde conviven microorganismos, algas y la vegetación. De estos procesos, la precipitación de óxidos, hidróxidos u oxihidroxidos metálicos remueve metales de la columna de agua y los incorpora y acumula en los sedimentos del humedal. La mayoría de estos oxihidroxidos tienen baja solubilidad a pH 6 y 10, pero la redisolución de los metales contenidos en los precipitados está controlada po el contenido de oxígeno disuelto y el potencial redox (Wood. 2001) En la zona superficial del humedal se puede producir la oxidación de Fe+ a Fe3+ y en menor medida el Mn2+ a Mn 4+, como en los humedales aerobios, luego el Fe 3+ (Fe oxidado)precipita como hidróxido a pH 3,5 mientras que el Fe2+ (Fe reducido) no precipita a Ph inferiores que el Fe2+ (Fe reducido)no precipita a pH inferiores inferiores a 6,5: esto esto es importante ya que en el tratamiento de aguas acidas mediante humedales pocas veces se supera el PH 6,5 (Wood, 2001). Las principales reacciones de precipitación de metales en los humedales anaerobios son la hidrolisis y la precipitación de sulfuros, la hidrolisis produce óxidos, hidróxidos y oxihidroxidos y
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libera acidez y, entre los cationes que pueden ser removidos mediante hidrolisis tenemos Fe 3+, Mn4+ y AL3+. Fe3+ + 3H2O Fe3+ + 2H2O Al3+ + 3H2O Mn3+ + 2H2O
Fe(OH)3 + 3H+ Fe(OOH) + 3H+ Al(OH)3 + 3H+ MnO2 + 4H+
La reducción bacteriana del sulfato en el humedal es otro proceso importante que produce la precipitación de metales y la neutralización de la acidez del medio, cuyo proceso ocurre en la interface agua-sustrato y bajo condiciones anoxicas; en esta capa también se puede producir la disolución del Fe 3+ y, los hidróxidos y oxihidroxidos precipitados pueden ser reducidos a Fe 2+ mediante las siguientes reacciones. Fe3+ Fe2+ + H+ Fe(OOH) + 0,25CH2O + 0,25H2O
Fe2+ + 2OH- + 4CO2
A demás, en humedales anaerobios el Fe ferroso (Fe 2+) puede precipitar como sulfuro metálico o como carbonato. Fe2+ + HSFeS + Sº FeS + HS- + H+ Fe2+ + HCO3-
FeS + H+ FeS2 FeS2 + 2H+ FeCO3 + H+
En cuanto al intercambio iónico dentro del humedal existe cierta preferencia en la adsorción de cationes metálicas respecto a los cationes no - metálicos como Na y Ca. El intercambio intercambio iónico y la adsorción ocurren en el sustrato y/o en la interface agua/sustrato, son promovidos fundamentalmente por la materia orgánica y las arcillas y se constituyen como los principales mecanismos de remoción de metales (Aduvire, 2006).
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En menor medida la remoción de metales en humedales anaerobios también se puede producir mediante complejos mecanismos de quelacion entre iones metálicos y la materia orgánica, si como como por por bioacumulacion bioacumulacion por por bacteria, bacteria, algas algas y plantas. Algunos microorganismos y algas tienen la habilidad de tomar metales y lo incorporan en su estructura celular. En cuanto a las plantas más empleadas destacan la Typha y el Sphagum, aunque son algo ineficaces en la acumulación de metales si tienen alta tolerancia a vivir en medios ácidos, en el caso del Sphagnum la acumulación de Fe a niveles tóxicos le puede causar la muerte (Aduvire, 2006). •
Humedales Aeróbicos Estos humedales se caracterizan por favorecer el contracto del agua contaminada con el aire atmosférico mediante el empleo de plantas acuáticas. Para favorecer el desarrollo de la vegetación emergente, la profundidad de estos humedales no deben superar los 30 centímetros. El sustrato oxigenado del humedal propicia la formación de un hábitat para que se desarrollen ciertas colonias de bacterias que actúan como catalizadores en la reacción de oxidación de los contaminantes contamina ntes presentes en el humedal, transformado en el caso del hierro del estado ferroso Fe 2+ al estado férrico Fe3+, que finalmente precipita en forma de hidróxido (Aduvire, 2006) Los sistemas de humedales aerobios generalmente comprenden de una o varias celdas conectadas por las cuales circula el agua lentamente por gravedad, estableciéndose un flujo horizontal superficial (figura 2). Para favorecer la oxigenación del agua y mejorar la eficiencia en el tratamiento se diseñan sistemas que influyen casadas, lechos serpenteantes y balsas de grandes superficies superfic ies con poca profundidad en donde se implante
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entramados de plantas plantas hidrófilas que cubran cerca del 40% de la superficie del humedal (figura 3). Figura Nº 06: Disposición de las celdas y circulación del agua en un humedal aerobio
Fuente: Fuente: (Aduvire, 2006)
Figura N°07: Variables que se considera en el diseño de un humedal
Fuente: (Aduvire, 2006)
Las plantas emergentes que se emplean en los humedales pueden transferir transferir hasta unos 45 g O2/m2/día a través de sus raíces y crear una una zona aerobia en el sustrato del humedal en
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donde se produce la oxidación u participación de metales. (Aduvire, 2006).
La densidad de plantas (Typha) en una humedal suele ser de 10 plantas/m2, y para para mantener mantener esta población población es conveniente conveniente adicionar fertilizantes en el humedal ya que las aguas de mina no llevan los nutrientes necesarios (Aduvire, 2006). El crecimiento natural de algas en los humedales favorece la bioacumulación de metales pesados, especialmente hierro y manganeso que son utilizados como macronutrientes. Entre los numerosos procesos que ocurren en un humedal aerobios, tenemos; la oxidación de metales precipitación, y coprecipitación, precipitación, además de la filtración de la materia en suspensión, la adsorción de metales e intercambio iónico en los metales de sustrato, la bioacumulacion bioacumulacion de metales en las raíces y partes emergentes de las plantas (Hedin y Nairn, 1997 y Aduvire, 2006), entre otros. Las bacterias bacterias presentes presentes en la columna columna de agua agua sustrato sustrato y rizosfera pueden catalizar la oxidación metales, particularmente la oxidación de Fe 2+ a Fe3+, y en menor medida, el Mn, según las siguientes reacciones: Fe2+ + 0, 25O 2 + H+ Mn2+ + 0, 5O2 + H+
Fe3+ + 0,5H2O Mn4+ + H2O
Aunque la cinética de remoción de hierro y manganeso en los humedales es diferente, en la práctica se ha comprobado que la remoción de manganeso se realiza cuando la concentración de Fe2+ es menor a 1 mg/l (Aduvire, 2006). Esto se atribuye a la reducción y resolubilidad resolubilida d de los óxidos de manganeso manganes o por el hierro ferroso, según la siguiente reacción:
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MnO2 + Fe2+ + 2H2O
2FeOH + Mn2+ + 2H+
En los humedales aerobios las reacciones de oxidación son los mecanismos dominantes en la remoción de metales, que precipitan como óxidos, hidróxidos y oxihidrodos debido a la hidrolisis de Fe 3+, Al3+ y Mn4+ principalmente, aunque estas reacciones también generan acidez y se desarrollan a pH bajos (Figura 8). Figura Nº 08: Proceso de oxidación - redacción inducidos por la actividad bacteriana y las plantas en humedales
Fuente: Aduvire, 2006
En el diseño se tienen en cuenta la profundidad de la lámina de agua, el tiempo de retención en el sistema, la composición del sustrato y el área superficial o superficie de oxidación del humedal; también también se considera los aportes de agua al sistema (precipitaciones, (precipitaciones, escorrentuas, escorrentuas, etc), y las descargas descargas (infiltración, (infiltración, evapotranspiración, evapotranspiración, etc.). Además el tipo de plantas se selecciona en función función de las concentraciones concentraciones y variedad de metales presentes presentes en el agua tratarse. tratarse. En algunos casos casos la mayor limitación de estos humedales es el requerimiento de grandes superficial de terreno, para logar el mayor tiempo de retención del agua en el sistema y permite adsorción y el
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intercambio iónico, así como la oxidación y precipitación de los metales. •
Parámetro de diseño: En el diseño diseño de los humedales humedales es importante importante tener tener presente ciertos parámetros, como los siguientes:
Carga hidráulica: El Humedal al estar expuesto a la intemperie, tiene las siguientes entradas:
Carga de entrada (Qi) Precipitaciones Precipitaciones (P) Afloramientos (A)
De igual tiene las siguientes salidas:
Carga de salida (Qo) Evaporación (Ev) Evapotranspiración (Evp) Infiltración (I) Consumo propio por la biocenosis (C)
Por consiguiente el almacenamiento (Al) en el humedal se determina mediante el balance de masas ( Seoanez, 1999; Kiely, 1999; Glynn y Heinke, 1996 ) Almacenamiento = Entradas - Salidas Al = (Qi + P + A) + (Qo + Ev + Evp + I +C)
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Tiempo de retención hidráulica (TRH): El tiempo de retención hidráulica (TRH)para los humedales se determina establecido la relación entre la capacidad de almacenamiento almacenamiento del sistema de Biorremediacion (V SB) y el caudal de ingreso a dicho sistema (Qi), como muestra la siguiente formula (Seoanez, 1999 y Romero 2001): TRH = VSB/Qi
Profundidad del humedal: La profundidad del humedal varía según el tipo de humedal. En los humedales aerobios la profundidad máxima es de 30 cm, mientras que en los humedales anaerobios dicha profundidad es mayor, superando en ciertos casos hasta más de 1.00 m. (Aduvire, 2006)
Composición del sustrato es mayoritariamente de materia orgánica en un un 70 a 90%, tales como estiércol, estiércol, compost, turba, turba, heno, aserrín y lodos de aguas residuales doméstica, colocados entremezclados o bien dispuestos en capas sobre una base de caliza. Fe rem= ( ∆Fe. Qin. 1,44)/A Dónde: Fe rem = Rendimiento del humedal, humedal, g/m 2dia A= Área del humedal, m 2 Qin = caudal en el efluente, L/min 1, 44 = Factor de conversión de mg/min. A g/día
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Biotratamiento de aguas acidas de mina A diferencia de otros tipos de compuestos que contaminan el medio ambiente, la dificultad para eliminar los metales pesados presentes en los drenajes ácidos, es la imposibilidad de su destrucción o biodegradación debido a su naturaleza química. En la práctica se han desarrollado una serie de sistemas de tratamiento basados en principios de funcionamientos tanto activos como pasivos y agrupados por el mecanismo de remediación en biológicos y abióticos. La última generación de estos sistemas de tratamiento lo constituyen los de funcionamiento pasivo (biotecnología) porque aporta posibilidades para inmovilizar los metales en formas no biodisponibles, para ello concentra los metales disueltos utilizando una biomasa diseñada para ese fin y convierte los iones metálicos tóxicos a formas químicas más inocuas y estables, como sucede con los oxihidróxidos formados en el biotratamiento de las aguas ácidas. Además, en algunos dispositivos se emplea especies vegetales para contener, eliminar o neutralizar compuestos y elementos traza que pueden ser tóxicos en aguas o suelos. Los 5 procesos de biotratamiento ayudan a la absorción, secuestro y degradación de los contaminantes, ya sea por las plantas mismas o por los microorganismos que se desarrollan en la rizosfera, como sucede en los wetland o humedales construidos.
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Figura N° 11: Remediación Remediación de efluentes en Minería
Fuente: Hugo Aduvire, 2007
Figura N°12: Fundamentos de la Biorremediación Biorremediación
Fuente: M.Sc. Julio Palomino Cadenas
Figura N°13: Flujo del tratamiento por biorremediacion del DAM
Fuente: M.Sc. Julio Palomino Cadenas
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Figura N° 14: Sistema de Humedal
Fuente: M.Sc. Julio Palomino Cadenas
3.3. PASIVOS AMBIENTALES COMO GENERADORES DE DRENAJE ÁCIDO DE MINA M INA 3.3.1. Pasivos Ambientales
Son aquellas instalaciones, efluentes, emisiones, restos o depósitos de residuos producidos por operaciones mineras, en la actualidad abandonada o inactiva y que constituyen un riesgo permanente y potencial para la salud de la población, el ecosistema circundante y la propiedad (Decreto Supremo Nº 059-2005-EM). 059-2005-EM). 3.3.2. Autoridad Competente
El Ministerio de Energía y Minas (MEM), a través de la Dirección General de Asuntos Ambientales Mineros (DGAAM), evalúa y aprueba los planes de cierre de pasivos ambientales mineros y sus posteriores posterior es modificaciones, modificac iones, pudiendo para este efecto, aprobar las guías técnicas que sean necesarias. Asimismo, el Ministerio de Energía y Minas, a través de la Dirección General de Minería (DGM), elabora el inventario de pasivos ambientales
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mineros, identifica a los responsables de pasivos ambientales mineros abandonados e inactivos, fiscaliza y aplica sanciones. Ambas competencias podrán ser delegadas a las Direcciones Regionales de Energía y Minas y transferidas a los Gobiernos Regionales, en el marco del proceso de descentralización, de acuerdo a Ley, sin perjuicio de la posible delegación de funciones que pudiera efectuar el MEM a otras entidades del gobierno, para efectos de de la ejecución coactiva de sus resoluciones resoluciones (Decreto Supremo Nº 059-2005-EM). 3.3.3. Responsabilidad por la Remediación Ambiental
Toda entidad que haya generado pasivos ambientales mineros está obligada a presentar el Plan de Cierre de Pasivos Ambientales Mineros ante el Ministerio de Energía y Minas, en el plazo máximo de un año luego de publicado el presente Reglamento y a ejecutarlo conforme al cronograma y términos que apruebe la Dirección General de Asuntos Ambientales Mineros. En los casos de reinicio de operaciones y de aquellos titulares que pretendan utilizar un área, labor o instalación que constituye un pasivo ambiental minero, estarán sujetos a la misma obligación (Decreto Supremo Nº 059-2005-EM). 059-2005-EM). 3.3.4. Remediación a cargo del Estado
El Estado sólo asume la tarea de remediación de las áreas con pasivos ambientales mineros que no cuenten con responsables identificados. El Estado podrá proceder a remediar las áreas con pasivos ambientales mineros en caso que una empresa de propiedad del Estado sea responsable en no menos de dos tercios del monto correspondiente a la remediación, o excepcionalmente en función de la debida tutela del interés público, conforme se establece en el artículo 30 del presente Reglamento (Decreto Supremo Nº 059-2005-EM). 059-2005-EM).
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3.4. DESCRIPCIÓN DEL HUMEDAL ARTIFICIAL 3.4.1. Humedal Artificial
El humedal artificial está diseñado para tratar agua residuales a través de un complejo sistema biológico que este humedal artificial contenga, siendo la característica más perceptible perceptible la flora f lora que caracteriza al humedal artificial (Gamonal, 2002). El humedal artificial tiene como propósito tratar a través de reacciones químicas y biológicas dentro del sistema y no en el cuerpo de recepción de agua. Las plantas juntas a los microorganismos desempeñan un papel importante, teniendo a sí que las plantas proveen un área superficial para los microorganismos y para el transporte del oxígeno que produce una zona de oxidación en la rizósfera donde existen poblaciones microbianas. Este consorcio de vegetación y microbios tiene una alta eficiencia en modificar nutrientes, metales y otros compuestos. El humedal artificial está siendo usado en varios países por presentar bajos costos, mejorando la calidad de drenaje acido de mina, el humedal sobre un sustrato arcilloso pueda ser suficiente para tratar aguas neutras o alcalinas, con elevadas concentraciones de hierro removiendo de 10 a 20 gramos de hierro por metro cuadrado y por día (Fernández, 2004). El humedal artificial o wetland es un sistema de tratamiento de agua residual (estanque o cauce) poco profundo, construido por el hombre, en el que se han sembrado plantas acuáticas, y contado con los procesos naturales para tratar el agua residual. Los wetlands construidos tienen ventajas respecto de los sistemas de tratamiento alternativos, debido a que requieren poca o ninguna energía para operar. Los wetlands proporcionan el hábitat para la vida silvestre, y son, estéticamente, agradables a la vista (Llagas, 1995).
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3.4.2. Ventajas de los Humedales Artificiales - Relativamente económicos económicos para construir y operar. - Fáciles de mantener. - Eficaces y confiables para el tratamiento de aguas residuales. - Puede proporcionar beneficios ecológicos y. - Reconocidos como una buena alternativa de tratamiento por muchos
reguladores y grupos ambientales (Gamonal, 2002). Desventajas de los Humedales Artificiales 3.4.3. Desventajas - Requiere áreas relativamente grandes. - Criterios de diseño y operación actual imprecisos. - Complejidad biológica e hidrológica. - Diferencias en funcionamiento con el cambio de las estaciones y - Posibles problemas con olor y mosquitos (Gamonal, 2002).
3.4.4.Tipos 3.4.4. Tipos de humedal artificial 3.4.4.1. Sistema de flujo superficial libre
Este sistema consiste en canales donde el nivel del agua está sobre la superficie de la tierra y la vegetación se enraíza y emerge hacia la superficie. Las bajas velocidades y la presencia de plantas proporcionan las condiciones propicias para la sedimentación y la filtración. Biofilms en superficies de la planta transforman a los agentes contaminadores en formas inofensivas (Gamonal, 2002). La mayoría de los sistemas de humedales humedales de flujos flujos superficial superficial son pantanos bajos con una profundidad de agua de 10 a 50 centímetros.
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Figura Nº 09: Sistema de flujo superficial libre Sección del Estanque – pantano Válvula de Paso
Zona Compacta
línea aislante del sistema
Fuente: Gamonal Pajares, P.2004
El mayor éxito ha ha sido obtenido obtenido con sistemas de flujo superficiales superficiales en el tratamiento de drenaje de ácidos de mina debido al bajo mantenimiento requerido para su funcionamiento (Gamonal, 2002). 3.4.4.2.
Sistema sub-superficial para el tratamiento de flujos encerrados Este sistema consiste en canales donde las aguas residuales se infiltran por un medio poroso, tal como rocas, grava o arena gruesa que utilizan el sistema de raíces de vegetación. Las plantas de humedales fueron desarrolladas para contribuir al retiro y transformación de la contaminación proporcionando áreas superficiales activas biológicamente, a través de la captación de nutrientes y con la creación de una rizósfera oxidada. La última característica resulta del transporte activo del oxígeno a las raíces sumergidas de las plantas (Gamonal, 2002). Las profundidades están típicamente entre 0,6 y 1,0 m y el fondo del cauce se inclina para reducir al mínimo el flujo del agua por tierra. Este sistema ofrece algunas ventajas como: Menos área requerida, ya que las áreas superficiales para la absorción, filtración y los biofilms son mucho más altas.
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Se reducen los insectos y los problemas del olor, puesto que las aguas residuales permanecen debajo de la superficie de la grava. Pero se debe hacer notar que un problema común encontrado es el inadecuado gradiente hidráulico, que da lugar a flujos superficiales y también es más difícil de mantener (Gamonal, 2002). Figura Nº 15: Sistema de flujo sub superficial libre Vegetación del sistema
Zona de transferencia del sistema
Flujo sub superficial Fuente: Gamonal Pajares, P.2004
3.4.5. Descripción del tratamiento del drenaje Acido de Mina por Humedal
Artificial Los humedales artificiales son construidos para la corrección de pH y la remoción de los metales pesados, principales características del drenaje acido de mina. 3.4.5.1. Corrección del pH
Para la corrección corrección del pH en el sistema empieza empieza por la reducción reducción de los sulfatos a través de los microorganismos sulfato reductores que generan sulfuro de hidrógeno que a determinadas concentraciones es tóxico para las bacterias metanogénicas, pero que en presencia de metales pesados, reacciona formando sulfuros metálicos que precipitan al sedimento.
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El incremento de la actividad metabólica de las bacterias sulfato reductoras dan como resultado la eliminación de los sulfatos y la corrección del pH (Mark, 2005). 3.4.5.2. Reducción de sulfato
La reducción de sulfato es favorecida por el bajo Eh y bajo pH donde los sulfuros son las formas de azufre termodinámicamente estables. Estas son exactamente las condiciones que predominan en el ambiente de humedales. La bacteria que reduce sulfato usa la energía creada por reducción de sulfato en tales ambientes y es generalmente resistente y capaz de acomodar amplias variaciones del pH y temperatura; sin embargo, la misma no tolerará periodos largos de condiciones aerobias. Aunque la actividad bacteriana está significativamente reducida en casos cuando el pH es menor de 5, la bacteria puede controlar su microambiente regulando el pH a través de reducción de sulfato (Mark, 2005). 3.4.5.3.
Retiro del metal El retiro del metal se asocia altamente a la acción de plantas y de microorganismos, Varios investigadores destacan las capacidades de plantas para contribuir al retiro del metal. Los macrófitos juegan un papel importante en estos procesos puesto que pueden proveer oxígeno y la materia orgánica a la matriz (Gamonal, 2002). Los procesos principales implicados en el retiro del metal se explican cómo siguen: - La Adsorción y el Intercambio Catiónico
Implica el atascamiento de partículas o de sustancias disueltas en la solución ya sea en la planta o la superficie de la matriz. En una reacción del intercambio catiónico, los iones positivamente cargados
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del metal en la solución se unen a los sitios negativamente cargados en la superficie del material de la adsorción (Gamonal, 2002). Las características del intercambio catiónico de los substratos de los humedales se han atribuido a los grupos funcionales del carboxilo (COOH) en los ácidos de los tejidos finos celulares de las plantas (Gamonal, 2002).
- Procesos Microbianos-Mediados
Zonas aerobias y anaerobias pueden estar presentes en un humedal construido. Las bacterias que oxidan el metal están presentes en la zona aerobia y causan la precipitación de los óxidos de metal, mientras que las bacterias sulfato reductoras están presentes en las zonas anaerobias y causan la precipitación de sulfatos (Gamonal, 2002). La oxidación de metal mediada por microbios, Thiobacillus ferroxidans , seguida por la precipitación subsecuente del hidróxido de hierro, se considera el mecanismo más importante del retiro de metales de los humedales que tratan aguas residuales ricas en metal de la mina (Gamonal, 2002). La reacción, se representa de la forma: Fe2 + O2 + H2O –> Fe (OH)3 (s) + H+ La oxidación del metal tiene la desventaja de producir iones de hidrógeno, de tal modo que la acidez aumenta. La precipitación de metales como los sulfuros más que los óxidos tiene las ventajas siguientes: - La alcalinidad producida por la ayuda de la reducción del sulfato para neutralizar la acidez; 33
- Los precipitados del sulfato son más densos que los precipitados del óxido, de tal modo el establecimiento es más rápido; y - Los sulfuros se precipitan dentro de los sedimentos orgánicos y así son menos vulnerables a la interrupción por las oleadas repentinas en flujo (Gamonal, 2002). La reducción del sulfato se reconoce como el mejor tratamiento para el DAM (Eger, 1994). La reacción primaria de importancia para el retiro del metal es la reducción del sulfato, porque no solamente se quitan los metales sino también se aumenta el pH y por lo tanto el drenaje ácido de la mina se trata con efectividad (Gamonal, 2002). - Filtración Las plantas pueden contribuir al retiro del metal actuando como filtro para absorber algunos metales. Las especies de macrofitas con grandes áreas superficiales de plantas han demostrado ser muy eficaces en la retención de partículas de hidróxido del metal que se han precipitado fuera de la solución. La filtración en SFS puede ser eficaz en la remoción de los metales suspendidos (Gamonal, 2002). Para realzar la capacidad de filtración, la entrada de sustratos artificiales y materia orgánica es usada como una estrategia exitosa. Se hace esto porque la capacidad de filtración física de un humedal será la última instancia de intercambio del metal para convertirse en metal saturado (Gamonal, 2002).
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3.4.5.4. Absorción de metales pesados por plantas
Absorción de metal por plantas generalmente se considera una parte pequeña pero importante de la acumulación total del metal. En adición, los sistemas de una raíz parecen crear micro ambientes que promuevan los procesos de reducción y oxidación. La otra función importante de plantas es proporcionar una fuente de biomasa para otros procesos microbianos y de adsorción de metales (Schrauf, 2005). 3.4.5.5.
Adsorción de Metales Pesados por Sustrato Orgánico La adsorción ocurre vía una reacción de intercambio de iones de equilibrio (reversible) con ácido húmico presentes en abundancia en humedales, sobre todo con turba (Schrauf, 2005). La adsorción aumenta significativamente el tiempo de permanencia, permitiendo de tal manera que otros procesos conviertan los iones de metal disueltos en formas insolubles (sedimentos). Con otros procesos, la capacidad de un humedal para aumentar el pH y retener metales sería pronto saturada (Scharuf, 2005).
3.4.5.6.
Precipitación de Hidróxidos Férrico y de Manganeso Debido a los mecanismos de oxidación de pirita, el drenaje ácido de roca típicamente contiene Fe +2 y Mn+2 que son más solubles que Fe+3 y Mn+4. El proceso de retiro eficiente por precipitación del hidróxido requiere oxidación que puede ocurrir a través de una catálisis microbiana en la zona aerobia de humedales. Con un pH de 5 o mayor habrá una gran cantidad de bacteria que puede oxidar hierro usando el material orgánico como una fuente nutritiva; sin embargo, la bacteria que oxida el manganeso no parece estar presente en mayores cantidades en los humedales (Schrauf, 2005).
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Desde que la oxidación y precipitación generan iones de hidrógeno, algunos otros procesos deben operar para aumentar el pH. En humedales con turba donde las aguas de suelo permanecen ácidos, existe una pequeña posibilidad de remoción de manganeso; la oxidación y reducción de sulfato no pueden ocurrir simultáneamente, lo cual puede requerir un sistema de dos fases (anaeróbica seguida por aerobia); el manganeso es más difícil de remover comparado con hierro y requiere un área aproximadamente 3 veces mayor de humedales para la misma carga (Schrauf, 2005). 3.4.6. Condiciones de funcionamiento del humedal artificial 3.4.6.1.
Consideraciones del Diseño Diseñar un sistema de humedales construidos para DAM requiere la comprensión de la química del agua de la mina, de la técnica que se aplicará y de la experiencia (Gamonal, 2002). No existe un diseño claramente indicado, a pesar del largo número de humedales artificiales usado para el tratamiento de drenaje acido de mina (Gamonal, 2002). Algunos investigadores consideran que aunque los problemas presentados por las aguas ácidas de la mina son potencialmente mayores que ésos que implican aguas residuales domésticas, el proceso del diseño casi es igual. Esencialmente, la tarea es caracterizar el flujo de las aguas residuales en términos del volumen y de los componentes (Gamonal, 2002). En general, el proceso de caracterización es más complicado debido a determinados problemas que se presentan, por ejemplo, el valor del pH que es muy bajo, metales y compuestos biológicamente tóxicos.
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También recomienda algunas reglas para el diseño, entre ellas se pueden mencionar como: - Crear condiciones biológicas para asegurar el pH adecuado. - Agregar macronutrientes. macronutrientes. - vegetación apropiada. - Conseguir ayuda de los expertos implicados en el campo de la
ecología y de la toxicología (Gamonal, 2002). Cuadro N°01: Resumen del criterio de diseño di seño para tratamiento de Humedales construidos PARÁMETRO Profundidad Profundida d de agua (cm) Número de células Aspectos de la celda Velocidad Velocidad de flujo (ft/s) Tiempo de retención (días) Sustrato
VALORES < 45 Múltiple Lag/Anc>4/1 0.1 – 1 0.25 – 75 Hongos, compost, turba, aserrín, Estiércol y fertilizantes.
Fuente: Ing. Priscila Gamonal Pajares, 2002 3.4.6.2.
La Selección de la Vegetación
La vegetación desempeña un papel importante en el tratamiento de DAM, especialmente en el estímulo de procesos microbianos del retiro del metal. La selección de plantas es una importante etapa para alcanzar un tratamiento acertado. Sin embargo, poco trabajo existe en la selección apropiada de la especie de planta para los humedales, todo esto puede tener implicaciones importantes para el éxito a largo plazo de un proyecto. Puesto que el DAM es altamente ácido y contiene altas cantidades de metales, las plantas tienen que ser seleccionadas considerando su capacidad de resistir estas condiciones. Además, la selección de la vegetación se debe hacer basándose en el conocimiento de condiciones locales, y su capacidad de proporcionar las funciones requeridas (Gamonal, 2002).
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Las especies principales que se utilizan en el tratamiento del DAM en humedales construidos, destacan: cattails (typha) y turba, ambos caracterizados por ser tolerantes al ácido y de prosperar bajo variedad de condiciones ambientales (Gamonal, 2002). El Typha es fácil de propagar, producir la biomasa grande, y puede crecer en aguas con concentraciones del hierro de hasta 100 mg/l. Existe en la mayoría de los sistemas de humedales subterráneos con densidades de la planta de 0,5 a 1,0 por pie cuadrado en la mayoría de los humedales. Esta versatilidad y resistencia, junto con su capacidad de fijar el hierro y el manganeso por adsorción, le hacen una excelente opción vegetativa para remediar el drenaje de ácido de mina del humedal construido (Gamonal, 2002). Los estudios en Sphagum muestran influencia significativa en eliminación de los metales y el aumento del pH. Sin embargo, Sphagum es difícil de establecer y mantener y es susceptible a la acumulación de hierro tóxico, y a cambios en acidez, carga de sedimentos, clima, química del agua, profundidad, profundidad, y flujos (Gamonal, 2002). Otras plantas utilizadas en la construcción de sistemas de humedales incluye la lámina de cama (Reedbed), que han mostrado buen funcionamiento en tratamiento de DAM, reduciendo la concentración de hierro y manganeso y aumentando el pH (Gamonal, 2002). 3.4.6.3.
Componentes del Humedal Artificial Los componentes de los humedales artificiales son: A. En el proceso de dimensionamiento. - El caudal de ingreso del drenaje acido de mina; - La concentración concentración de sulfato presente presente en el drenaje drenaje acido acido de mina; 38
- El periodo de retorno y/o retención del drenaje acido de mina; y - La concentración concentra ción del contaminante contaminant e en el drenaje acido de mina. B. En el proceso de tratamiento - La selección de plantas para el sistema; - La existencia de bacterias sulfato reductoras; - La génesis de drenaje acido de mina, - Características de estabilidad del escenario donde se
construirá el humedal; y - El mapa freático. C. En el proceso de mantenimiento - Épocas de siembra; - Velocidad de sulfogénesis en el sistema; y - Edad fisiológica de la planta. 3.5. RESULTADOS DE LOS PROYECTOS DE HUMEDALES ARTIFICIALES 3.5.1. Proyecto: tratamiento de agua por medio de Humedales Artificiales
(wetland) de Tucush Minera Antamina. El humedal fue construido con el fin de mejorar la calidad de la escorrentía. La toma de muestras y las mediciones fueron realizadas los días 9, 10 y 11 de setiembre de 2010. Se tomaron muestras de agua para determinar los siguientes metales disueltos: Al, As, Bi, Cd, Co, Cu, Cr, Sn, Fe, Li, Mg, Mn, Hg, Mo, Ni, Ag, Pb, Si y Zn, por medio del método ICP-AES basado en la norma EPA 2007 Los resultados de análisis de muestra se muestran en el siguiente cuadro.
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Cuadro N°02
Fuente: Rey Vifian, 2005
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Cuadro N°03: Comparación de resultados con LMP Metales Disueltos
Punto de Entrada
Punto de Salida
Variación
LMP 0.200
Al
0.678
0.126
0.552
As
<0.010
<0.010
-
Bi
<0.010 <0.010
<0.010
-
Cd
ND
ND
ND
Co
0.004
0.002
0.002
Cu
0.013
0.005
0.008
0.550
Cr
0.009
0.005
0.004
0.100
Sn
0.006
0.003
0.003
Sb
<0.010
<0.010
-
Fe
0.340
0.031
0.309
Li
0.015
0.011
0.004
Mg
21.532
30.463
-8.931
140.00
Mn
0.053
0.009
0.044
0.050
Hg
0.013
<0.010
-
0.002
2.000
Cuadro N°03: Comparación de resultados con LMP Metales Disueltos
Punto de Entrada
Punto de Salida
Variación
LMP 0.200
Al
0.678
0.126
0.552
As
<0.010
<0.010
-
Bi
<0.010 <0.010
<0.010
-
Cd
ND
ND
ND
Co
0.004
0.002
0.002
Cu
0.013
0.005
0.008
0.550
Cr
0.009
0.005
0.004
0.100
Sn
0.006
0.003
0.003
Sb
<0.010
<0.010
-
Fe
0.340
0.031
0.309
Li
0.015
0.011
0.004
Mg
21.532
30.463
-8.931
140.00
Mn
0.053
0.009
0.044
0.050
Hg
0.013
<0.010
-
0.002
Mo
0.097
0.024
0.073
Ni
0.0013
ND
-
Ag
ND
ND
ND
0.100
Pb
0.013
0.005
0.008
0.200
Si
2.533
2.693
-0.16
Zn
0.066
0.040
0.026
2.000
1.500
Fuente: Rey Vifian, 2005
A lo largo del humedal existió una variación entre las celdas más húmedas (impares) y las más secas (pares) en caso del mercurio, solo fue detectado en la celda c1 (sedimentador) hasta en 9,5 veces más que el LMP para las descargas de efluentes líquidos de actividades mineros metalúrgicas. En el caso del arsénico, no se ha detectado en agua, sin embargo se detecta en altas concentraciones en planta. Por este motivo, es importante manejar el humedal para evitar que el arsénico pase nuevamente al agua y salga del humedal.
41
3.5.2. Proyecto Mitigación de Drenaje Acido en Minas Subterráneas aplicando
Fangos Artificiales, Caso: Mina Orcopampa El proyecto de mitigación de Drenaje Acido en Minas subterráneas aplicando fangos artificiales, caso mina Orcopampa ha sido diseñado para disminuir el grado de contaminación del drenaje acido, para ello será necesario la supresión de la acides, la precipitación de los metales pesados, la eliminación de los sólidos en suspensión y la disminución de sulfato también fue diseñado para buscar el substrato apropiado para el tratamiento eficiente de los efluentes del drenaje ácido en la zona en estudio. Cuadro N° 04: Monitoreo de las estaciones y resultados Bocamina Santiago y Tudela
Salida de Fango Anaeróbico
NMPELMM*
Ph
3,3
6,45
>5,5 - 10,5<
Temp °C
9,9
9,5
Q l/seg
1,3
0,17
TSS (mg/l)
60,4
15,3
50,0
Cu (mg/l)
4.8
0,03
1,00
Fe (mg/l)
68,56
0,44
2,00
Pb (mg/l)
0,08
0,19
0,50
Zn (mg/l)
9,3
0,35
3,00
Parámetro
* Niveles Máximos Permisibles para Efluentes Líquidos Minero-Metalúrgicos. Promedio anual Fuente: Fuente: Cía. Minera Buenaventura S.A.
3.5.3. Proyecto “Biorremediación de Drenaje Acido de Mina mediante el
sistema de Humedales en la planta Concentradora de Mesapata” Los resultados de muestreo y de los análisis químicos realizados de las muestras de agua, se muestran en el siguiente cuadro:
42
Cuadro N° 05: Comparación de resultados de análisis de agua de vertido (Sp03) con los estándares de calidad de la Ley General de Aguas Clase III Parámetro
Unidad de medida
Puntos de muestreo Sp08
Sp08
Sp08
Puntos de muestreo LGA clase III *
Caudal
L/s
4.5
4.5
4.5
Conductividad
uS /cm
4.2
4.2
4.2
Ph
Unidad
12.33
12.33
12.33
Temperatura Temper atura
°C
17.4
17.4
17.4
Turbiedad
UNT
289
289
289
Oxígeno disuelto
mg/l
4.16
4.16
4.16
SST
mg/l
240
240
240
SSD
mg/l
196
196
196
Sulfatos
mg/l
169
169
169
Arsénico Total
mg/l
0.454
0.454
0.454
0,2
Cadmio Total
mg/l
0.088
0.088
0.088
0,05
Cobre Total
mg/l
0.67
0.67
0.67
0,5
Cromo Total
mg/l
0.06
0.06
0.06
1
Niquel Total
mg/l
0.18
0.18
0.18
(3)0,002
Plomo Total
mg/l
9.65
9.65
9.65
0,1
Zinc Total
mg/l
0.82
0.82
0.82
25
Arsénico Disuelto
mg/l
0.45
0.45
0.45
0,2
Cadmio Disuelto
mg/l
0.058
0.058
0.058
0,05
Cobre Disuelto
mg/l
0.41
0.41
0.41
0,5
Cromo Disuelto
mg/l
0.038
0.038
0.038
1
Niquel Disuelto
mg/l
0.11
0.11
0.11
(3)0,002
Plomo Disuelto
mg/l
4.5
4.5
4.5
0,1
Zinc Disuelto
mg/l
1.02
1.02
25
Fierro Disuelto
mg/l
0.17
0.17
1.02 0.17
Cianuro Total
mg/l
0.219
0.219
0.219
(3)0,005
Cianuro Wad
mg/l
0.02
0.02
0.02
* Niveles Máximos Permisibles para Efluentes Líquidos Minero-Metalúrgicos. Promedio anual Fuente: M.Sc. Jerónimo Víctor MANRIQUE
El cromo total y el cromo disuelto se encuentran, en ambos casos, muy por debajo del límite (0,04 mg/l y 0,025 mg/l frente al límite de 0,5 mg/l).
43
El níquel total y el níquel disuelto, no se pueden comparar para la clase correspondiente, correspondiente, sin embargo con relación al valor de aplicación aplicación provisoria, superan muy significativamente (0,73 mg/l y 0,61 mg/l frente al límite de 0,002 mg/l). El plomo total se encuentra por debajo del límite (0,015 mg/l frente al límite de 0,1 mg/l), mientras que el plomo disuelto si, supera en algo más de cuatro veces el límite establecido (0,8 mg/l frente al límite de 0,1 mg/l) El zinc total y el zinc disuelto se encuentran muy por debajo del límite establecido (0,98 mg/l y 0,8 mg/l frente a 25 mg/l). El cianuro total y el cianuro WAD no están establecidos en la norma, sin embargo, comparados con el valor de aplicación provisoria, superan significativamente el limite (0,18 mg/l y o, 147 mg/l frente al límite de 0,005 mg/l). Por consiguiente, los elementos que superan el estándar establecido en la ley general de aguas, son únicamente el arsénico total y disuelto, y el plomo disuelto; sumándose en comparación provisoria, el niquel total y disuelto, y el cianuro total y cianuro WAD.
44
Cuadro N° 06: Comparación de resultados de análisis de agua de vertido (Sp03) con los estándares de calidad del MEM Parámetro
Unidad de medida
Puntos de muestreo
Puntos de muestreo Sp08
Sp09
Sp03
MEM*
Caudal
L/s
4.5
2
6.5
Conductividad
uS /cm
4.2
2.4
3
pH
Unidad
12.33
6.28
12.24
Temperatura Tempera tura
°C
17.4
16.8
12.8
Turbiedad
UNT
289
74.7
20.8
Oxígeno disuelto
mg/l
4.16
4.08
4.39
SST
mg/l
240
76
196
SSD
mg/l
196
258
631
Sulfatos
mg/l
169
1678
668
Arsénico Total
mg/l
0.454
0.36
0.46
Cadmio Total
mg/l
0.088
0.288
0.002
Cobre Total
mg/l
0.67
0.72
0.17
Cromo Total
mg/l
0.06
0.38
0.04
Niquel Total
mg/l
0.18
4.3
0.73
Plomo Total
mg/l
9.65
5.68
0.015
Zinc Total
mg/l
0.82
5.26
0.98
Arsénico Disuelto
mg/l
0.45
0.47
0.41
Cadmio Disuelto
mg/l
0.058
0.173
0.002
Cobre Disuelto
mg/l
0.41
0.13
0.42
Cromo Disuelto
mg/l
0.038
0.192
0.025
Niquel Disuelto
mg/l
0.11
2.93
0.61
Plomo Disuelto
mg/l
4.5
6.829
0.48
1
Zinc Disuelto
mg/l
1.02
4.73
0.8
6
Fierro Disuelto
mg/l
0.17
5.38
0.081
5
Cianuro Total
mg/l
0.219
0.368
0.12
2
Cianuro Wad
mg/l
0.02
0.36
0.143
5,5 – 10,5
100
1 2
* Niveles Máximos Permisibles para Efluentes Líquidos Minero-Metalúrgicos. Promedio anual Fuente: M.Sc. Jerónimo Víctor MANRIQUE
- El pH supera ligeramente el máximo valor establecido (12,24 frente al
límite superior 10,5). - El contenido de solido suspendido total igualmente supera casi al doble el
límite establecido (196 mg/l frente al límite de 100 mg/l). 45
- El arsénico disuelto se encuentra por debajo del límite de vertido (0,41
mg/l frente al límite de 1 mg/l). - El cobre disuelto se encuentra muy por debajo del límite establecido (0,42
mg/l frente al límite de 2 mg/l). - El plomo disuelto, igualmente se encuentra por debajo del límite de
vertido (0,48 mg/l frente al límite de 1 mg/l). - El zinc disuelto, en forma similar, se encuentra muy por debajo del límite
de vertido (0,8 mg/l frente el límite de 6 mg/l). - El hierro disuelto, también se encuentra muy por debajo de límite de
vertido (0,081 mg/l frente al límite establecido de 5 mg/l). - El cianuro total, de igual forma se encuentra muy por debajo del límite de
vertido (0,12 mg/l frente al límite de 2 mg/l) - Por consiguiente, los elementos que superan los límites de vertido
establecidos por el Ministerio Ministerio de Energía Energía y Minas son solamente, solamente, el pH (agua básica) y el contenido de sólidos suspendidos. 3.5.4. Descontaminación del drenaje ácido de la mina “Pan American Silver
S.A.C - Quiruvilca”. El grado de contaminación por el drenaje ácido de la minería, en las últimas dos décadas es considerado como un agente contaminante muy nocivo dentro del medio ambiente físico, biológico y en menor grado en la salud humana; debido al alto contenido de metales pesados. Los efectos se manifiestan en los daños irreversibles a la agricultura, disminución de la capacidad de recuperación de pastos naturales, alteración de la calidad de agua de los ríos y lagunas por el bajo pH (ácido) y la consiguiente desaparición de la fauna ribereña.
46
El río Moche es considerado como uno de los más contaminados del Perú, por recibir desechos de la explotación minera de Quiruvilca por más de setenta años. Ante este hecho, un grupo de alumnos de la Universidad Nacional de Trujillo des pues de hacer un análisis químico del contenido; lograron reducir en un 95 % el contenido de metales pesados (hierro, plomo, zinc, cobre, etc) en el drenaje ácido de la mina “Pan American Silver – Quiruvilca”, diseñando y aplicando una novedosa técnica basada en sistemas de humedales artificiales de flujo subsuperficiales, de probada eficiencia y de bajo costo de operación y mantenimiento. Esta novedosa técnica consiste en el tratamiento de drenajes ácidos de minas como son los humedales artificiales de flujo subsuperficial (SFS) con vegetación emergente autóctona denominada comúnmente “ineas” (Typha latifolia) los cuales ya son usados en otros países del mundo, sobre todo en climas fríos. La investigación se realizó utilizando un humedal piloto en Shorey, distrito de Quiruvilca con las siguientes dimensiones del bio-reacctor: 1.5 m de largo, 0.80 m de ancho, 0.75 m de profundidad, una pendiente de 3 %, utilizando una membrana impermeable de 0.5 mm. y con una capacidad volumétrica de 1.050 m 3. Como substrato se usó grava de 32mm y como agente neutralizante una capa de estiércol seco de ganado ovino. -
Fuente: Vásquez Caro, 2007
47
Se logró reducir la concentración en un 80 % de plomo, 90 % de zinc, 99 % de hierro y el 99 % para el cobre, con un tiempo de residencia hidráulica de dos días y elevándose un pH en el orden de 4.48 a 6.73. De acuerdo a los resultados obtenidos podemos afirmar que los humedales artificiales de flujo subsuperficial reduce en forma significativa la concentración de metales pesados. La tecnología de humedales construidos ha surgido recientemente en países en vías de desarrollo, como una alternativa para el tratamiento de aguas residuales, puesto que contribuye a la purificación del agua, mediante la retención de nutrientes, sedimentos, metales pesados, y agentes contaminantes, pues las plantas lacustres propias de este humedal funcionan como purificadores naturales de las aguas contaminadas.
48
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES -
Las experiencias registradas en el Perú para la remediación de drenajes ácidos de mina son las del humedal de Tucu en la Compañía Minera Antamina S.A., el Proyecto Mitigación de Drenaje Acido en Minas Subterráneas aplicando Fangos Artificiales. Caso: Mina Orcopampa, y el humedal de flujo subsuperficial de la Planta Concentradora de Minerales de Mesapata / UNASAM.
-
Los sistemas de humedales para el tratamiento de drenajes ácidos de mina son fundamentalmente humedales de flujo susuperficial, con cámaras de sedimentación y celdas de humedales en serie.
-
Una vez evaluados los resultados que se han obtenido en las experiencias llevadas a cabo en en diferentes latitudes, latitudes, se reconoce que los humedales humedales son tecnologías limpias y eficaces en el control de la contaminación de efluentes líquidos procedentes de instalaciones mineras.
-
El tratamiento pasivo aplicando humedales artificiales ha sido un éxito en las diferentes unidades mineras por que se logró disminuir la acidez, el contenido de los metales pesados hasta obtener los niveles máximos permisibles fijados por el sector energético y el Ministerio del Ambiente.
49
-
Entre las ventajas de los humedales artificiales para la remediación de drenajes ácidos de mina podemos citar que son relativamente económicas en su construcción y operación; fácil mantenimiento; mantenimiento; eficaces y confiables para remover metales pesados; proporciona beneficios ecológicos.
-
Entre las desventajas de los humedales artificiales para el tratamiento de DAM se señalan su demanda de áreas relativamente grandes, los criterios de diseño y construcción son variables; requiere conocimiento de la biología e hidrología de la zona; su funcionamiento puede variar con las estaciones y es probable que en zonas bajas proliferen mosquitos.
RECOMENDACIONES -
Hacer conocer la tecnología empleada en la mitigación del drenaje ácido de las minas subterráneas y superficiales en las empresas de gran, pequeña y mediana minería nacional, para que puedan aplicar en la solución de los problemas de drenaje ácido.
-
Se recomienda especialmente al profesional responsable de estos asuntos que revise los detalles del programa con la DGAA. Al final del documento, se incluye una lista de referencias, para información más detallada sobre temas específicos.
50
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA - Aduvire, O., Moreno, C., Alberruche, E., Lacal, M. y Vadillo, L. 2007. Effects of
precipitation of secondary Fe (III) minerals and dilution on the attenuation of acid drainages; mining area of Spain. MineClosure 07. Santiago (Chile), 16-19 October 2007. - Guillermo Tello Velásquez, Carlos García Pehovaz y Laura Rey Vifian y Compañía
Minera Antamina, 2005 “Humedales Artificiales (Wetland) de Tucush”. - Gamonal Pajares, P.2004. Tratamiento de Drenaje de Ácidos de Minas en Humedales Construidos.pag. 1-14. - López, E., Aduvire, O. y Berettino, D. (2002) Tratamientos pasivos de drenajes
ácidos de mina: estado actual y perspectivas de futuro. Boletín Geológico y minero, pag 1-19. - Ley que Regula los Pasivos Ambientales de la Actividad Minera, Ley Nº 28271 -
DECRETO SUPREMO Nº 059-2005-EM. 059-2005-EM. - Romero Rojas Jairo Alberto (2001) Tratamiento de Aguas Residuales. Teoría y
principios de diseño. Edit. Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá Colombia. Pag. 893-903. - Rigoberto Figueroa, Vilma Beltrán y Mina Orcopampa Ano. “Mitigación de drenaje
ácido en minas subterráneas aplicando Fangos Artificiales “. - Sainz, A. (2007). “Curso de Minería y Medio Ambiente”. - Schrauf, S. (2005). “Humedales de Tratamiento de Drenaje de Mina” pag. 1-5. - Universidad Nacional Santiago Antúnez de Máyalo - Comisión Especial de Gestión
y Administración de las Plantas Concentradoras, 2004, “Bioremediacion de drenaje ácido de mina mediante el sistema de humedales en la planta concentradora de Mesapata”.
51
- United States Environment Protection Agency (2000); “Constructed Wetlands
Treatment of Municipal Wastewater”, EPA/625/R-99/010, September 2000. - M.Sc. Jerónimo Víctor MANRIQUE, NMPELMM: Niveles Máximos Permisibles para
Efluentes Líquidos, Minero-Metalúrgicos. Promedio anual. - Priscila Gamonal Pajares, (2002) - Proyecto: “tratamiento del drenaje acido de la Mina Panamericana Silver
S.A.C. Quirovilca, empleando Humedales Artificiales de flujo Subsuperficial” Vásquez caro, William y Ponce linares, Jorge Andrés, 2007.
WEB SITES - Actividad minera y humedales - Rafael Fernández rubio.
En:http://www.mma.es/seccione mma.es/secciones/el_ministerio s/el_ministerio/organismos/don /organismos/donana2005/p ana2005/pdf/1R_Rafael_F df/1R_Rafael_F - En:http://www. ernandez.pdf ernandez.pdf 24/11/2010. 24/11/2010. - Curso de Minería y Medio Ambiente- Pablo Higueras& Roberto Orarzun.
http://www.uclm.es/users/higueras/MAM/in gueras/MAM/index.htm dex.htm 01/12/2010. 01/12/2010. - En: http://www.uclm.es/users/hi - Metales pesados- Greentech. - En:http://www.greenpeace.or En:http://www.greenpeace.org/espana/conta g/espana/contaminaci-n/con minaci-n/contaminantes-ma taminantes-mass-
peligrosos/metales-pesados 25/11/2010. - http://www.scielo.org.pe/pdf/iigeo/v9n1 http://www.scielo.org.pe/pdf/iigeo/v9n17/a09v9n17.pd 7/a09v9n17.pdff - Metales pesados- lenntech.
En:http://www.lenntech.com/espanol/metales%20 ol/metales%20pesados.htm pesados.htm25/01/2011 25/01/2011 - En:http://www.lenntech.com/espan
52
ANEXO
53
DAM, ANTES DEL SISTEMA BIORREMEDIADOR CONSTRUIDO
CONSTRUCCIÓN DE CANALETAS DE ACOPIO DE DAM 54
CONSTRUCCIÓN DE CANALETAS DE ACOPIO DE DAM
CANALES DE ACOPIO DE DAM TRATADOS POR BIORREMEDIACIÓN 55
CANALES DE TRATAMIENTO CON BIOMASA REMEDIADORA 56
CELDA DEL HUMEDAL
CELDAD DE SISTEMAS SISTEMAS DE HUMEDALES HUMEDALES CON CANALES DE ACOPIO DE DAM
57
ALIMENTACIÓN DE DAM A LAS CELDAS DEL SISTEMA DE HUMEDALES Y CANALES DE ACOPIO DE DAM
58
