As(III) vs As(V): qué adsorbente elegir y por qué

La comparación entre arsénico III y arsénico V en el tratamiento de agua industrial no es un detalle académico: es la decisión que define si una columna de adsorción va a durar meses o semanas. Dos aguas con el mismo arsénico total pueden exigir tecnologías distintas según la especie que predomine. Acá se explica cómo reconocer cada escenario y qué adsorbente corresponde en cada uno.

Qué es la especiación del arsénico y por qué importa en el tratamiento

Definición y química del problema

El arsénico disuelto se presenta en dos estados de oxidación de interés práctico. El arsenito, As(III), aparece en condiciones reductoras y en el rango de pH habitual del agua natural circula mayormente como especie sin carga neta. El arseniato, As(V), aparece en condiciones oxidantes y circula como oxianión cargado negativamente.

Los adsorbentes que funcionan por atracción electrostática sobre superficies férricas "ven" muy bien al arseniato y mucho peor al arsenito. De ahí que muchas tecnologías incluyan una etapa previa de oxidación cuya única función es convertir As(III) en As(V).

Valores típicos y cómo se reparten las especies

En aguas superficiales oxigenadas predomina el As(V). En aguas subterráneas profundas y anóxicas —el caso típico de un pozo de faena en la Puna o en la llanura chaco-pampeana— predomina el As(III), muchas veces acompañado de hierro ferroso, manganeso y, a veces, H₂S. En aguas de contacto minero la mezcla es lo habitual y la proporción cambia con la estación.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Arsénico especiado de laboratorio, idealmente con preservación en campo, porque la muestra se oxida durante el transporte y el resultado se distorsiona.
• Potencial redox (ORP) y oxígeno disuelto medidos en boca de pozo: valores bajos anticipan predominio de As(III).
• Hierro ferroso, manganeso y sulfuro como indicadores indirectos de un acuífero reductor.
• pH, que además define la ventana operativa del medio que se elija.

Causas: de dónde viene la diferencia

Potencial redox y oxígeno disuelto del agua cruda

La especiación es, ante todo, una consecuencia del ambiente redox. Un agua sin oxígeno disuelto y con ORP negativo mantiene el arsénico en forma reducida; apenas entra en contacto con el aire, parte comienza a oxidarse. Eso significa que una muestra mal tomada puede mostrar más As(V) del que realmente circula en la línea.

Profundidad del pozo y condiciones anóxicas

A mayor profundidad y menor renovación, más reductor el acuífero. Los pozos profundos de faena suelen entregar agua con As(III) dominante, hierro y manganeso, es decir, el escenario más exigente para un adsorbente férrico puro.

Presencia de hierro y manganeso que acompañan al arsénico

El hierro nativo es, a la vez, un problema y una oportunidad: al oxidarse forma hidróxido férrico que co-precipita arsénico. Cuando la relación hierro/arsénico es favorable, buena parte de la carga se resuelve en la etapa de filtración, antes de llegar a la columna de adsorción.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

El error de especiación se paga en vida útil del lecho. Un sistema dimensionado con la capacidad nominal de As(V) y alimentado con agua donde domina el As(III) rompe mucho antes de lo previsto, obliga a recambios no programados y deja al operador con la sensación de que "el medio no funciona", cuando en realidad el problema fue el diseño.

Riesgo normativo y de descarga

El límite se aplica sobre arsénico total, no sobre la especie: para agua de consumo rige el valor del Código Alimentario Argentino y para vertido el que fije la autoridad provincial en el marco de la Ley 24.585. Consultar el límite aplicable antes de fijar el objetivo de diseño es parte del trabajo previo.

Costo total: OPEX, paradas no programadas y reposición de activos

Tres partidas concentran el costo: el medio adsorbente, la disposición del medio agotado y —cuando la ruta lo exige— el oxidante de preoxidación, con su almacenamiento, su dosificación y sus riesgos. Una tecnología que evita la preoxidación elimina esa tercera partida completa.

Soluciones convencionales y sus límites

Preoxidación con cloro: subproductos y manejo

Es efectiva para pasar As(III) a As(V), pero introduce cloro en un agua que quizá contenga materia orgánica, con la consiguiente formación de subproductos de desinfección, y exige control de residual y de tiempo de contacto.

Preoxidación con permanganato: dosificación y color

Oxida bien, pero la ventana de dosis es estrecha: por defecto no completa la conversión y por exceso deja color rosado y manganeso que hay que filtrar. Requiere control analítico cuidadoso.

Hidróxido férrico sin preoxidar: rendimiento bajo sobre As(III)

Es el atajo más frecuente y el más costoso. Los medios férricos adsorben preferentemente arseniato; alimentarlos con arsenito reduce sensiblemente la capacidad efectiva y acorta la corrida.

Solución Watch Water: Titansorb®, Ferrolox®, Katalox Light®

Titansorb®: mecanismo de acción y qué resuelve

Titansorb®, el adsorbente de dióxido de titanio de doble capacidad, disocia el agua sobre una superficie hidrófila de 300 m²/g y adsorbe As(III) y As(V) de forma directa. El fabricante declara capacidades de 48 a 60 g/kg para As(V) y de 20 a 30 g/kg para As(III) —cifras de laboratorio en condiciones ideales; la capacidad real depende de los iones competitivos y debe estimarse con un ensayo de columna sobre el agua del cliente—. Opera de forma óptima entre pH 6,5 y 6,9, hasta 40 °C y entre 3 y 10 bar.

Su ventaja estratégica en este debate es clara: elimina la etapa de preoxidación y, con ella, el oxidante, su dosificación y su control.

Ferrolox®: mecanismo de acción y qué resuelve

Ferrolox®, el hidróxido férrico amorfo granular, ofrece 270 m²/g de superficie y una afinidad química marcada por los oxianiones. El fabricante es explícito: el As(V) se adsorbe mucho más eficientemente que el As(III), y en aguas subterráneas anóxicas puede requerirse preoxidación. Es la opción natural cuando el agua ya está oxigenada y el arseniato domina, y gana atractivo cuando hay que tratar además H₂S —hasta el 20% de su peso seco—, fosfatos, cobre, cromo o selenio. Además es reactivable y reutilizable.

Katalox Light®: mecanismo de acción y qué resuelve

Katalox Light®, la zeolita con recubrimiento de MnO₂ al 10%, no es un adsorbente de arsénico: lo remueve por co-precipitación con el hidróxido férrico que se forma al oxidar el hierro presente en el agua. En un pozo con hierro alto y arsénico moderado esa vía resuelve una parte importante de la carga y descarga a la columna de adsorción. Filtra hasta 3 µm, admite pH de entrada de 5,8 a 10,5 y tiene vida útil declarada de 7 a 10 años.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Especiación con muestra preservada en campo.
2. Oxidación y filtración de hierro y manganeso sobre media catalítica, aprovechando la co-precipitación de arsénico.
3. Ajuste de pH a la ventana del adsorbente elegido.
4. Columna de pulido: TiO₂ cuando hay As(III) relevante; hidróxido férrico cuando domina el As(V) o cuando hay H₂S y fosfatos en la misma corriente.
5. Curva de ruptura documentada durante el primer ciclo, para fijar el plan de recambio.

Qué NO hace cada medio (límites declarados por el fabricante)

• Ferrolox® no rinde igual sobre As(III): el propio fabricante lo señala y recomienda evaluar preoxidación.
• Katalox Light® no adsorbe arsénico: depende de que haya hierro suficiente para co-precipitarlo. Sin hierro, no hay remoción por esa vía.
• Titansorb® no trabaja fuera de su ventana: fuera de pH 6,5 – 6,9, por encima de 40 °C o fuera del rango de presión, el rendimiento declarado no aplica.
• Ninguno es inmune a la competencia iónica. Fosfato y silicato compiten por los sitios activos y reducen la capacidad efectiva.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Arsénico total y especiado, ORP, oxígeno disuelto, pH, hierro total y ferroso, manganeso, fosfato, silicato, sulfato, alcalinidad, dureza, temperatura y caudal. Cuando no hay especiación disponible, el ORP y el hierro ferroso permiten una hipótesis de trabajo, que igual debe confirmarse.

Comparación de las tres rutas

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

Durante el arranque conviene muestrear con frecuencia alta para construir la curva de ruptura sobre el agua real. Después basta con arsénico de salida, pH, pérdida de carga y volumen acumulado. El retrolavado de Titansorb® se hace a 6 – 10 m/h con 5 a 10 volúmenes de cama; el de la media catalítica, a 20 – 30 m/h durante 10 a 15 minutos.

Ejemplo típico de aplicación

Misma agua, tres medios: cómo cambia el tiempo de contacto y la vida del lecho

Como ejercicio de comparación, sobre un pozo de faena de una minera de la Puna con arsénico mixto, hierro y sílice: la ruta con media catalítica más columna férrica exige oxidante y rinde bien si el agua se airea; la ruta con TiO₂ directo simplifica la operación pero pide control estricto de pH; y la combinación de ambas suele dar el menor costo por metro cúbico cuando el hierro es alto.

Qué se mide antes y después

Arsénico total y especiado en entrada, entre etapas y en salida; hierro y manganeso; fosfato y silicato como competidores; pH y turbidez. El indicador que define el costo es el volumen tratado hasta ruptura, no el porcentaje de remoción inicial.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

Se puede extrapolar el árbol de decisión. No se pueden extrapolar capacidades ni duración de lecho: las cifras publicadas son de laboratorio y cada agua tiene su propia matriz de competidores.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

Qué datos enviar a GWC

• Caudal en m³/h y régimen de operación del pozo o de la línea.
• Arsénico total y, si existe, especiado, con fecha y método.
• ORP, oxígeno disuelto, pH y temperatura medidos en campo.
• Hierro, manganeso, fosfato, silicato, sulfato y alcalinidad.
• Uso final del agua y límite aplicable.

Ensayo de laboratorio y prueba piloto en sitio

El ensayo de columna sobre el agua real es lo que convierte una capacidad de catálogo en un plan de recambio confiable. En instalaciones nuevas conviene además prever puntos de muestreo entre etapas desde el diseño. El panorama completo, con las rutas de tratamiento comparadas, está en eliminar arsénico agua de mina.

Para el panorama general de la aplicación conviene leer cómo eliminar el arsénico del agua de mina; si en el mismo circuito hay lixiviación, puede interesar el artículo sobre tratamiento de cianuros en minería de oro. En el blog hay material de base sobre arsénico en el agua y sobre arsénico en la minería.

Envíenos los datos del agua y le indicamos qué ruta conviene evaluar primero y con qué ensayo confirmarla.

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