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Tecnología y Ciencias del Agua
, vol. VIII, núm. 1, enero-febrero de 2017, pp. 53-64
Pérez
et al.
,
Tratamiento del drenaje ácido de minas: estudio de reducción de sulfato en mezclas orgánicas
•
ISSN 2007-2422
Blowes, Gould, Herbert, & Ptacek, 1999) y bajo
pH (pH 2.0 - 4.5). La pirita es el mineral más
importante asociado con la generación de DAM,
reportándose residuos de minas con contenidos
superiores al 95% de este mineral (Nordstrom,
Alpers, Ptacek, & Blowes, 2000). Existen varias
reacciones involucradas en la generación de
acidez. El proceso se inicia con la liberación de
hierro a partir de la pirita (FeS
2
) en estado sólido
(s):
FeS
2(s)
+ 7/2 O
2
+ H
2
O
→
Fe
2+
+ 2SO
4
2-
+ 2H
+
(1)
(Lindsay, Ptacek, Blowes, & Gould, 2008)
Posterior a esto, el Fe
2+
es oxidado a Fe
3+
:
Fe
2+
+ 1/4 O
2
+ H
+
→
Fe
3+
+ 1/2 H
2
O (2)
El hierro pierde solubilidad a pH superior
a 3.5, por lo que precipita como oxihidróxido y
libera H
+
, como lo muestra la siguiente ecuación
(Blowes, Ptacek, Jambor, & Weisener, 2003):
Fe
3+
+ 3 H
2
O
→
Fe(OH)
3
+ 3H
+
(3)
La reacción completa se resume a continua-
ción (Akcil & Koldas, 2006):
FeS
2(s)
+ 15/4 O
2
+ 7/2 H
2
O
→
Fe(OH)
3(s)
+ 2SO
4
2-
+ 4H
+
(4)
Estas reacciones resultan en la producción de
drenajes con pH bajo y altas concentraciones de
sulfato y metales disueltos (Tsukamoto, Killion,
& Miller, 2004). Si el pH alcanza valores bajos
(pH: 2-4), el ion férrico (Fe
3+
) se vuelve el prin-
cipal oxidante (Simate & Ndlovu, 2014):
FeS
2 (s)
+ 14Fe
3+
+ 8 H
2
O
→
15 Fe
2+
+ 2SO
4
2-
+ 16H
+
(5)
y la oxidación de hierro (ecuación (2)) puede
acelerarse por actividad microbiológica (Dold,
2010).
Para evitar el impacto del DAM en el am-
biente, el agua contaminada debe tratarse antes
de su descarga a aguas superficiales o de su
extracción para consumo. Las barreras per-
meables reactivas son un sistema pasivo de
tratamiento para interceptar y remover contami-
nantes del agua subterránea. Cuando ésta fluye
por un gradiente hidráulico natural a través del
material reactivo poroso que conforma la barre-
ra, los contaminantes orgánicos o inorgánicos
son reducidos a compuestos no peligrosos,
inmovilizados o convertidos a formas menos
tóxicas; de esta forma el agua emerge tratada
de la zona reactiva. El material reactivo consiste
en sustratos orgánicos y hierro cero valente (Fe
0
)
que promueven la reducción de sulfato realiza-
da por microorganismos (del dominio
Bacteria
y
del dominio
Archaea
) reductores de sulfato (US
EPA, 1998; US EPA, 2005; Karri, Sierra-Alvarez,
& Field, 2005; Martins
et al
., 2009).
La materia orgánica presente en las BPR
permite el crecimiento de un consorcio micro-
biano que hidroliza y fermenta los compuestos
orgánicos de cadenas largas como celulosas y
hemicelulosas a ácidos orgánicos. Durante la
degradación anaeróbica de la materia orgánica,
el consorcio genera CO
2
, ácidos grasos volátiles
(acetato, propionato, butirato), ácidos grasos,
lactato, piruvato, malato y alcoholes (Gibson
1990; Rabus, Hansen, & Widdel, 2006).
Todos
estos compuestos, junto con la elevada con-
centración de sulfato (procedente del DAM)
proporcionan los sustratos requeridos para el
crecimiento de los microorganismos reductores
de sulfato (MRS) (Costa, Martins, Jesus, & Du-
arte, 2008). Los MRS usan como aceptor final de
electrones el sulfato y oxidan los productos de
fermentación, incluyendo compuestos orgánicos
e hidrógeno (donadores de electrones), para
producir H
2
S y bicarbonato (Gibson, 1990):
2CH
2
O + SO
4
2-
→
2HCO
3
-
+ H
2
S
(6)
La biorremediación de los metales disueltos
en agua subterránea constituye una aplicación
de los MRS. En el tratamiento del DAM remue-
ven simultáneamente el sulfato y la acidez.
Además, los metales catiónicos reaccionan
con el H
2
S, generando precipitados insolubles
