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                                                                                                      EL PERMANGANTO POTASICO EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA 

                                                                                                                                    

                                                                                                                                                                                                                                                 

Características y aplicación en el tratamiento del agua potable

Oxidación y eliminación del hierro y manganeso

Eliminación de olores y sabores

Reducción de trihalometanos y otros compuestos orgánicos

Demanda de permanganato de un agua

Ficha de seguridad

                                                                           _____________________________________________________________________

Características y aplicación en el tratamiento del agua potable

            El permanganato potásico, conocido como oxidante desde hace muchos años, se aplica cada vez más al tratamiento del agua, aprovechando este poder oxidante y sus propiedades biocidas y algistáticas. 

            En 1.846, ya se empleaba a nivel de laboratorio para la preparación de agua ultrapura por destilación. Como desinfectante, se empleó en la epidemia de cólera de Londres a finales de los años 1.880. Fue también en Londres, donde se utilizó a gran escala en el tratamiento del agua en 1.913. 

            Las aplicaciones del permanganato en el tratamiento del agua se centran en:

 1.- Eliminación del hierro y manganeso fundamentalmente, pero también puede eliminar sulfhídrico, fenoles y otros compuestos orgánicos. 

2.- Eliminación de olores y sabores. 

3.- Como algicida se emplea, tanto en las estaciones de tratamiento como en los lagos y embalses, en la prevención del desarrollo de algas. 

4.- No produce trihalometanos, e incluso reduce  los precursores de éstos.

 5.- Contribuye a la coagulación, ya que el producto resultante en la reacción de oxidación del permanganato , el dióxido de manganeso, como sustancia insoluble, forma coágulos que favorecen la coprecipitación de materias en suspensión y coloides en el agua. También se comportan estos coágulos o flóculos como adsorbentes en el interior de los filtros de arena. 

            En aguas con alto contenido en materia orgánica, se ha comprobado la mejora en la coagulación y por tanto en la eliminación, tanto de turbidez, como de D.Q.O., cuando se utiliza permanganato en preoxidación. 

            Las dos reacciones de oxidación-reducción principales del permanganato en el tratamiento del agua son: 

            En medio ácido  : MnO4K + 4H+ + 3e- = MnO2 + 2H2O + K+ 

            En medio neutro o alcalino : MnO4K + 2H2O + 3e- = MnO2 + KOH + 3OH-

             En el laboratorio, para la determinación de la oxidabilidad en medio ácido (pH < 3,5) y caliente, la reducción del permanganato pasa a ión manganeso: 

            MnO4K + 8H+ + 5e- = Mn++ + 4H2O + K+ 

            En las reacciones de oxidación del manganeso, 1 parte de manganeso, Mn++, requiere 1,92 partes de MnO4K y en la oxidación del hierro, 1 parte de hierro, Fe++, requiere 0,94 partes de MnO4K. 

            En la práctica, las cantidades requeridas de permanganato, son algo menores, debido a la adsorción y el efecto catalizador del dióxido de manganeso formado y mayores, si hay materia orgánica en el agua. 

            El manganeso es soluble en el agua tratada, depende en gran medida del pH. Se han realizado muchos ensayos a este respecto, encontrándose en general, que a pH neutro o ligeramente ácido, el manganeso soluble en el agua filtrada era bajo (< 40μg/l). A pH menores, el manganeso soluble aumenta proporcionalmente a la dosis de permanganato. 

            La dosificación del producto suele hacerse generalmente preparando previamente una solución. 

            El permanganato es bastante soluble en agua, su solubilidad está muy influenciada por la temperatura . Se suele preparar en concentraciones entre 5 y 50 gr/l.  

             Su manejo, preparación de soluciones y dosificación e fácil. Comercialmente se expende en forma sólida, en cristales pequeños o en polvo, en recipientes estancos. Su pureza es generalmente del 98,5 al 99%. Se puede almacenar a la temperatura ambiente en lugares secos, es estable hasta los 240º C. Se debe evitar su contacto con ácidos, metales pulverulentos, materias orgánicas, peróxidos y materias combustibles.

             Las soluciones de permanganato a pH neutro o alcalino e incluso ácido, no atacan el acero, mientras que no es recomendable para su almacenamiento o vehiculación, el bronce, el latón y aluminio. 

            Los materiales más apropiados para su contención son en general las materias sintéticas plásticas, como PVC, teflón, polietileno. No son recomendables el caucho natural, nylon y polímeros de estireno-butadieno. 

            El producto se puede dosificar también en seco, mediante los dosificadores convencionales de materiales pulverulentos.  

                                                                                             

                                                                              

                                                                                        Esquema de preparación y dosificación de permanganato potásico en disolución

  Hay que señalar que también se puede emplear el permanganato sódico para conseguir los mismos fines que con el empleo del permanganato potásico. la Unión Europea (UE) ha establecido un nuevo estándar para el uso de permanganato sodico para el tratamiento de las aguas destinadas al consumo humano. Esta nueva norma, EN: 15482:2007, fue aprobada el 1 de noviembre de 2007, en España está recogido su empleo para el tratamiento del agua potable en Orden SAS/1915/2009, de 8 de julio, sobre sustancias para el tratamiento del agua destinada a la producción de agua de consumo humano(http://www.boe.es/boe/dias/2009/07/17/pdfs/BOE-A-2009-11876.pdf). Es mas soluble que el potásico, y es estable en concentraciones al 40 %, ( a esta concentración la densidad de la solución es 1,37 g/cm3 a 20ºC), aunque esta solución al 40 % suele ser el producto comercial, generalmente se emplea una solución al 20%. En el caso del permanganato potásico para estabilizarlo hay que trabajar con disoluciones mas diluidas, generalmente menores al 5 %, por tanto es más fácil y cómodo el manejo del permanganato sódico.

En cuanto a normativas, características, propiedades, método de análisis, almacenamiento y reglas de seguridad del permanganato sódico pueden extraerse de CEN/TC 164/WG 9 N 936

 OXIDACION Y ELIMINACION DEL HIERRO Y MANGANESO DISUELTOS

             Considerando que el hierro y el manganeso disueltos estén en forma de una sal soluble, como pueden ser los bicarbonatos, las reacciones para la oxidación y eliminación del hierro y manganeso serían: 

(CO3H) 2Fe + MnO4K + 7H 2O = MnO2 + 3Fe(OH)3 + CO3HK + 5CO 3H2 

(CO 3H) 2Mn + 2MnO 4K + 2H 2O = 5 MnO2 + 2CO 3HK + 4 CO 3H2 

            Las reacciones suelen tener lugar en menos de 5 minutos a pH entre 5 y 9 y están influenciadas claramente, tanto por el  pH como por la temperatura (gráficos adjuntos) y por la presencia de materias orgánicas, en el sentido de aumentar, en este caso, el tiempo de reacción, necesitando igualmente mayor cantidad de oxidante.  

                                                                        

                                                    Efecto del pH en la oxidación del ión manganeso (para COD < 1 mg./l.), tiempo de reacción en segundos          

                                                                                                        

                                                             

                                                         Efecto de la temperatura sobre la oxidacion del ión mnganeso por el permangato (COD < 1mg./l.)

         La oxidación del manganeso debe completarse antes de que el proceso de coagulación haya terminado (se haya optimizado). Puesto que el tiempo para conseguir la reacción de oxidación de Mn++ puede ser mayor que el tiempo en el que tiene lugar la coagulación (dependerá también del tiempo de retención del agua en la planta), habrá que aumentar, posiblemente, la dosis de permanganato para incrementar de esta forma la tasa de oxidación, a la vez que se satisface la demanda de oxidante de la materia orgánica presente, que compite en su demanda con el propio Mn++.

            El dióxido de manganeso y el hidróxido férrico formados, se eliminarán fácilmente mediante los procesos de coagulación, sedimentación y filtración. El dióxido de manganeso insoluble, colabora a la coagulación-floculación, adsorbiendo diferentes sustancias orgánicas e inorgánicas. La adsorción de materia orgánica sobre el dióxido de manganeso se ve favorecida por la presencia de cationes divalentes en el agua.

    ELIMINACIÓN DE OLORES Y SABORES PRODUCIDOS POR ALGAS

             Los sabores y olores en las aguas brutas, están asociados en muchas ocasiones a la presencia de algas, concretamente a sustancias orgánicas generadas en su metabolismo, a veces indeterminadas, pero que el consumidor los asocia con sabores muy diversos (a moho, tierra mojada, peces, insecticida, medicinales, etc.) y que a veces son potenciados o cambiados al clorar el agua. 

            El permanganato reduce los olores, por una parte al romper la moléculas de las sustancias orgánicas causantes, presentes en el agua bruta y por otra, al quedar las sustancias orgánicas adsorbidas por el propio precepitado de MnO2 formado en el proceso de oxidación-reducción. 

            En determinados casos de presencia de algas, bastan con concentraciones de estas muy pequeñas (de 4 o 5 organismos/ml), como sería el caso de algunas algas verdes del grupo de las crisóficas, como synura, para que se produzca un fuerte olor a pescado o pútrido, u otra del mismo género, como dinobryon, que presenta un olor a hierba o pasto en el agua bruta, y cuando se clora, produce un olor a medicamentos, igualmente ocurre con otras muchas especies. 

            Generalmente, las dosis de permanganato a aplicar, son muy variables, siendo conveniente la aplicación, a ser posible, antes de la entrada del agua en la planta de tratamiento, con objeto de aumentar el tiempo de contacto. La dosis, si se pretende un efecto puntual a la entrada de la planta, para un tiempo menor de 30 minutos, es más elevada que si se aplica en el propio embalse o lugar de captación,  en este caso, el permanganato puede dosificarse junto a un algicida como el sulfato de cobre (este se comporta más como un inhibidor del crecimiento que como un algicida, mientras que el permanganato reúne las dos funciones.

 

REDUCCION DE  TRIHALOMETANOS Y OTROS COMPUESTOS ORGANICOS

             El uso del cloro y otros oxidantes en la desinfección del agua que contiene determinadas sustancias orgánicas, ocasiona la producción de determinados compuestos conocidos como subproductos de la desinfección, muchos de ellos, muy cuestionados por su incidencia nociva sobre la salud. Los subproductos más conocidos y estudiados son los trihalometanos. Han sido muchos los ensayos realizados a nivel mundial , contrastando el contenido de trihalometanos (THMs) y clorofenoles de aguas sometidas a una preoxidación con cloro y con permanganato potásico y finalmente sometidas a una desinfección final con cloro. Generalmente se ha evidenciado el menor contenido en estos subproductos, al emplear permanganato como oxidante en lugar de cloro.

            La oxidación de sustancias orgánicas precursoras de THMs , con oxidantes como el permanganato potásico, ha puesto de manifiesto la reducción  del carbono orgánico disuelto (COD ) y consecuentemente la de los propios precursores. En los siguientes gráficos se comprueba estas reducciones y correlaciones positivas en la reducción del COD y la formación potencial de cloroformo. En algún caso es aún mayor la reducción de los precursores de THMs. Las reducciones de estos compuestos orgánicos clorados al emplear permanganato, son muy variables, llegando a alcanzarse reducciones del 80 por ciento.

            La explicación es simple: El permanganato rompe las moléculas mayores de los compuestos orgánicos precursores de los subproductos de la desinfección , tales como el fenol , resorcinol, ácidos húmicos , fúlvicos y tánicos y otros compuestos aromáticos, en otros productos intermedios de la oxidación ,  ya no precursores ,mientras que el cloro no solo, no es capaz de romper por oxidación estos compuestos, al mismo estado que lo hace el permanganato , sino que además forma compuestos de adición (subproductos) , el más  elemental es el cloroformo. Por otra parte, el propio dióxido de manganeso formado en la reducción del permanganato, tiene  un cierto poder adsorbente de estas sustancias orgánicas.   

        

   En general la materia orgánica , medida tanto por la DQO , como por la absorbancia a 254 nm, se reduce en algunos casos  hasta el 70 por ciento.

            La reacción del permanganato potásico ante la materia orgánica de un agua (representada esta materia orgánica por la molécula  CH2O) será : 

             3 CH2O + 4 MnO4K + 4 H+   =  4 MnO2  + 5 H2O + 4 K+   + 3 CO2          

   Como se sabe el cloro produce subproductos en presencia de materia orgánica y también intensificar los problemas de olores y sabores desagradables, en estos casos el empleo de permanganato potásico, previo a la incorporación del cloro, colabora no solo a la reducción de los problemas señalados sino a disminuir también las necesidades de cloro en las fases posteriores.

DEMANDA DE PERMANGANATO DE UN AGUA 

La forma practica de  determinar el consumo de permanganato de un agua, se suele realizar en una serie de vasos de ensayo similar  a la prueba de jar-test. Se prepara previamente una solución conocida de permanganato potásico , por ejemplo 1 gr./l. y se toman 6 vasos, con 1 litro cada uno, del agua a ensayar, sobre los que se aplican dosis crecientes de permanganato potásico ( 1 ml. de la solución anterior equivale a 1 mg./l. al aplicarlo a 1 litro de agua),ajustar el pH a un valor de 9,5 con disolución de NaOH 5 M  ( 200 g. de NaOH sólida, llevada a 1.000 ml. con agua destilada es 5 M) agitando durante un periodo que debería corresponder al tiempo de mezcla rápida - decantación, en la planta de tratamiento .La primera muestra en la que permanece un ligero color rosa, corresponderá a la dosis de demanda . Esta demanda deberá ser corregida, generalmente a la baja, en otro test en el que se aplique la dosis de coagulante y los otros reactivos empleados en el tratamiento como pueden ser el cloro en precloración, carbón en polvo, etc.) .

En la imagen siguiente se recoge un ensayo de demanda de permanganato de un agua, pudiendo observase, por el color de las muestras, que la demanda está comprendida entre las dosis de 3 y 4 mg./l.

                                                                    

 

Ficha de seguridad del permanganato potásico.                      


Permanganato potásico: Información en inglés de la principal empresa mundial( Estados Unidos) fabricante de permanganato potásico. Se describen interesantes aplicaciones en el tratamiento del agua, así como sus características.Carus

Mejora de la coagulación del agua superficial con alto contenido orgánico, mediante la preoxidación con permanganato. Articulo, en inglés, de varios autores chinos, publicado en Water Science and Thecnology: Water Supply.

Permanganametría. Valoración de una solución de permanganato. Publicado por Panreac.

Permanganato potásico:un potente y versátil oxidante. J.M. Medialdea, C. Arnáiz y E. Díaz. Dpto. de Ingeniería Química y Ambiental . Escuela Universitaria de Sevilla

 

                                                                                                                                          permanganato


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