Zinc como contaminante en el agua potable

El zinc en la corteza terrestre y en el medio ambiente.

El zinc es un elemento químico presente en la corteza terrestre y en el medio ambiente. Tiene muchos usos, como en alimentos (por ejemplo, suplementos de zinc), bebidas y suministros médicos.

El total de sólidos disueltos (TDS) del agua contiene trazas de metales como el zinc procedente de la lixiviación del suelo y las rocas a las aguas subterráneas o de la corrosión de las tuberías domésticas. El zinc también se encuentra en alimentos, bebidas y suplementos que consumen los seres humanos; por lo tanto, hay otras fuentes distintas del agua potable que contribuyen a la exposición humana a este ion metálico en niveles que pueden afectar al estado de salud con el paso del tiempo. Altas concentraciones de zinc en el agua potable pueden causar gastroenteritis debido a su baja solubilidad, que hace que no sea absorbido por el tracto gastrointestinal, sino que permanezca en él causando irritación que puede derivar en diarrea. El tratamiento del agua mediante un proceso de extracción por aire puede reducir la concentración de iones metálicos como el zinc en los sólidos totales disueltos.

El zinc con el agua

El zinc se encuentra naturalmente en el agua. La concentración promedio de zinc en el agua de mar es de 0.6 a 5 ppb. Los ríos suelen contener de 5 a 10 PPB de zinc. Algas de 20 a 700 ppm, peces marinos y crustáceos de 3 a 25 ppm, ostras de 100 a 900 ppm, langostas de 7 a 50 ppm. Límite legal establecido por la Organización Mundial de la Salud: 5 mg/L.

El zinc elemental no reacciona con las moléculas de agua. Dependiendo de la reacción, los cationes de zinc forman una capa protectora e insoluble de hidróxido de zinc (Zn (OH)2):

La reacción libera hidrógeno gaseoso, que reacciona fuertemente con el oxígeno. Las sales de zinc pueden enturbiar el agua si están presentes en grandes cantidades. Además, el zinc puede dar al agua un sabor desagradable. Esto ocurrió a una concentración de 2 mg/l.

El zinc en alimentos, bebidas y suplementos.

El zinc es un mineral esencial y un componente de muchas proteínas. Se encuentra en una gran variedad de alimentos, como la ternera, el cerdo y las aves de corral; el marisco; el yogur; los frutos secos; los cereales enriquecidos; las alubias y los guisantes (legumbres); los cereales integrales como el germen de trigo; los huevos; los productos lácteos como el queso y el yogur.

El zinc también está disponible en suplementos que pueden adquirirse en la mayoría de farmacias o tiendas de alimentación que venden vitaminas y suplementos.

La cantidad que puede consumir una persona cada día se llama Ingesta Dietética Recomendada (RDA). La dosis diaria recomendada para mujeres mayores de 18 años es de 9 mg. Para hombres mayores de 18 años, la dosis diaria es de 11 mg. La dosis diaria recomendada para niños depende de su edad.

Las altas concentraciones de zinc en el agua potable

El zinc es un oligoelemento que puede encontrarse en muchos alimentos y suplementos. Es un mineral esencial que el organismo necesita para funcionar correctamente.

Las altas concentraciones de zinc no son bien absorbidas por el tracto digestivo, por lo que las cantidades de zinc superiores a las normales no se almacenan en el organismo. En su lugar, se excretan a través de la orina o las heces.

Para el consumo humano, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) establece un límite máximo contaminante (LMC) Tambien de 5 mg/L de zinc en el agua potable. Este límite se establece para proteger la salud de las personas que beben agua potable y se basa en la mejor información disponible sobre los efectos del zinc en la salud humana.

En cuanto al uso industrial, los niveles de zinc en el agua dependen del tipo de uso y la normativa aplicable. En general, se considera que los niveles de zinc en el agua potable para uso industrial no deben superar los 2 mg/L, según la normativa de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la EPA. Sin embargo, este límite puede variar según el tipo de industria y la zona geográfica.

Además, es importante tener en cuenta que los límites de zinc en el agua no son los mismos para todas las aplicaciones. Por ejemplo, los límites de zinc en el agua para uso agrícola pueden ser diferentes de los límites para uso industrial o para consumo humano. En general, se recomienda que se hagan análisis de agua periódicos para asegurarse de que los niveles de zinc se mantengan dentro de los límites aceptables para la aplicación específica.

Es importante hacer análisis de agua periódicos para asegurarse de que los niveles de zinc se mantengan dentro de los límites aceptables para la aplicación específica.

¿Cómo remover el Zinc del agua potable?

El zinc es un metal que puede estar presente en el agua potable o residual como resultado de la actividad industrial o de la corrosión de tuberías y otras infraestructuras. La presencia de zinc en el agua puede ser perjudicial para la salud y el medio ambiente, por lo que su eliminación es importante.

A continuación, describimos tres soluciones comunes para la eliminación del zinc del agua:

Marco normativo de referencia

Norma / Organismo	Límite máximo (Zn)	Criterio base
NOM-127-SSA1 (México)	5 mg/L	Salud y aceptabilidad
OMS — Guías para la calidad del agua potable	3 mg/L	Estético / sabor
US EPA (SDWA Secondary)	5 mg/L	Secundario no forzoso

El límite de la OMS es estético (umbral de sabor perceptible); el de la NOM-127 considera además efectos tóxicos acumulativos a largo plazo. En instalaciones que procesan agua para consumo humano en México, el cumplimiento de la NOM-127-SSA1 es obligatorio.

Tecnologías disponibles: tabla comparativa

Tecnología	Remoción	pH óptimo	Escala típica	Observación clave
Precipitación química	>95%	8.5–10.5	Industrial/municipal	Genera lodo; proceso más económico para [Zn] alta
Ablandamiento con cal	90–98%	>9	Municipal	Co-precipitación; integrado en plantas convencionales
Intercambio iónico	95–99%	6–8	Industrial/comercial	Alta selectividad; requiere manejo del regenerante
Ósmosis inversa	95–99%	Amplio	Todos los niveles	Elimina prácticamente todos los iones; más versátil
Coagulación-floculación	70–90%	6.5–8.5	Municipal/industrial	Eficiencia variable; parte de trenes de tratamiento
Nanofiltración	85–95%	Amplio	Industrial	Selectiva a divalentes; menor presión que OI

Análisis técnico de cada tecnología

1. Precipitación química (cal / NaOH)

Es el proceso de mayor tradición en el tratamiento de efluentes con metales pesados. El fundamento es la formación de hidróxido de zinc (Zn(OH)₂) como especie insoluble cuando el pH se eleva por encima del umbral de solubilidad mínima del metal. 

Reacción: Zn²⁺ + 2 OH⁻ → Zn(OH)₂↓  (Ksp ≈ 3 × 10⁻¹⁷ a 25 °C)

El flóculo de Zn(OH)₂ generado se separa por sedimentación en clarificador y/o filtración. El efluente clarificado requiere neutralización del pH antes de descarga o distribución.

Secuencia del proceso:

1. Dosificación de lechada de cal (Ca(OH)₂) o soda cáustica (NaOH) para elevar el pH a 9–11.
2. Agitación rápida para homogeneizar el reactivo.
3. Sedimentación del flóculo de Zn(OH)₂ en clarificador de flujo ascendente.
4. Filtración pulida en lecho de arena o multimedia.
5. Neutralización del efluente con CO₂ o ácido.
6. Deshidratación y disposición del lodo generado.

Consideraciones operativas El pH óptimo de precipitación del zinc es 8.5–10.5; por encima de 11, el zinc tiende a resolubilizarse como zincato (Zn(OH)₄²⁻). El lodo generado puede clasificarse como residuo peligroso si coexisten otros metales. Es el proceso más económico para concentraciones de zinc superiores a 10 mg/L.

2. Ablandamiento con cal

El ablandamiento con cal es un proceso diseñado para reducir la dureza del agua (precipitación de CaCO₃ y Mg(OH)₂), pero a pH > 9 resulta eficiente para co-precipitar metales divalentes como el zinc. En plantas municipales que ya operan esta etapa, la remoción de zinc se obtiene sin inversión adicional significativa. Alrededor del 14% del consumo global de cal se destina a plantas de tratamiento de agua y aguas residuales.

Secuencia del proceso:

1. Adición de cal viva o apagada elevando el pH a 9–10.5.
2. Precipitación simultánea de CaCO₃, Mg(OH)₂ y Zn(OH)₂.
3. Sedimentación del flóculo mixto en clarificador.
4. Recarbonación con CO₂ para reducir el pH y estabilizar el agua.
5. Filtración como pulido final.

Nota técnica La co-precipitación del zinc depende de la presencia de carbonatos y de la concentración de Ca²⁺. En aguas de baja dureza, la eficiencia de remoción puede ser inferior al rango indicado. Requiere verificación experimental o piloto antes de dimensionar.

3. Intercambio iónico (resinas catiónicas)

Las resinas de intercambio catiónico son materiales poliméricos con grupos funcionales cargados negativamente (sulfónicos: —SO₃⁻ en resinas fuertes; carboxílicos: —COO⁻ en resinas débiles) que intercambian cationes de su matriz por iones presentes en el agua. Las resinas fuertes en forma H⁺ o Na⁺ capturan el Zn²⁺ con alta eficiencia en el rango de pH 6–8.

Secuencia del proceso:

1. Pretratamiento: filtración de sólidos suspendidos (SDT < 50 mg/L recomendado para proteger la resina).
2. Paso del agua a través del lecho de resina en columna de flujo descendente.
3. El Zn²⁺ desplaza los iones H⁺ o Na⁺ en los sitios activos de la resina.
4. Al agotarse la capacidad de intercambio, se detecta ruptura (breakthrough) por análisis de Zn en el efluente.
5. Regeneración con HCl diluido (2–5%) para resinas ácido-fuertes, o NaCl para resinas en forma sódica.
6. El regenerante concentrado en Zn²⁺ se neutraliza y precipita para su disposición.

Consideraciones operativas Las resinas catiónicas quelantes (grupos iminodiacético) ofrecen selectividad superior por el zinc frente a calcio y magnesio, lo que extiende los ciclos de operación y reduce el consumo de regenerante. La presencia de Fe³⁺ o Mn²⁺ puede envenenar la resina irreversiblemente; su remoción previa es obligatoria.

4. Ósmosis inversa (OI)

La ósmosis inversa utiliza membranas de poliamida de capa delgada (TFC, Thin Film Composite) con tamaño de poro efectivo en el orden de 0.0001 µm. A esta escala, la separación ocurre por mecanismos de solución-difusión y exclusión de Donnan, no por filtración mecánica convencional. El resultado es la retención prácticamente total de iones disueltos, incluido el Zn²⁺.

Secuencia del proceso:

1. Pretratamiento: filtración de sedimentos (5 µm), seguida de carbón activado granular para eliminar cloro libre que degradaría la membrana de poliamida.
2. Acondicionamiento del pH y dosificación de antiincrustante para prevenir fouling en la membrana.
3. Bombeo a presión de 5–15 bar (sistemas domésticos) o hasta 70 bar (agua salobre/marina).
4. La membrana produce el permeado (agua purificada, 70–80% del caudal) y el concentrado o rechazo (20–30% del caudal, rico en Zn²⁺).
5. El concentrado se trata por precipitación química antes de descarga.

Consideraciones operativas La OI es la única tecnología que opera eficientemente en un rango de pH amplio (4–11) sin necesidad de ajustar el pH como pretratamiento para la remoción de zinc. Sus desventajas son el mayor consumo energético y la generación del concentrado. Para aplicaciones domésticas o comerciales pequeñas, es la tecnología de mayor relación costo-beneficio gracias a la disponibilidad de sistemas compactos bajo mesada.

5. Coagulación-floculación

La coagulación-floculación es una etapa estándar en las plantas potabilizadoras convencionales. El mecanismo de remoción del zinc no es precipitación directa: el Zn²⁺ queda atrapado (adsorción superficial y co-precipitación) en los flóculos gelatinosos de hidróxido de aluminio Al(OH)₃ o hidróxido férrico Fe(OH)₃ formados por hidrólisis de los coagulantes.

Coagulantes más empleados:

• Alum: Sulfato de aluminio — Al₂(SO₄)₃ · 18H₂O
• FeCl₃: Cloruro férrico — FeCl₃
• PAC: Policloruro de aluminio — PAC

Secuencia del proceso:

1. Coagulación rápida: dosificación del coagulante bajo agitación intensa (G = 300–1000 s⁻¹) durante 1–3 minutos.
2. Floculación lenta: agitación suave (G = 10–60 s⁻¹) durante 20–30 minutos para crecer los flóculos.
3. Sedimentación en clarificador o decantador laminar.
4. Filtración rápida en lecho de arena o antracita.

Nota técnica La eficiencia de remoción del zinc por coagulación-floculación es más variable que las tecnologías anteriores (70–90%) y depende fuertemente del pH, la dosis de coagulante, la concentración inicial de Zn²⁺ y la presencia de materia orgánica. A pH 7–8 con dosis óptimas de FeCl₃, se reportan eficiencias superiores al 85%. No es recomendable como única tecnología cuando la concentración de zinc supera 5 mg/L.

6. Nanofiltración (NF)

Las membranas de nanofiltración operan en el rango de 0.001–0.01 µm, posicionándose entre la ultrafiltración (UF) y la ósmosis inversa (OI). Su característica distintiva es la carga superficial negativa de la membrana, que genera un efecto de exclusión de Donnan selectivo hacia iones divalentes (Zn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄²⁻) mientras permite la transmisión parcial de iones monovalentes (Na⁺, Cl⁻, K⁺).

Esta selectividad es su principal ventaja sobre la OI cuando el objetivo es remover zinc sin desmineralizar completamente el agua, conservando parte de la mineralización natural.

Secuencia del proceso:

1. Pretratamiento equivalente al de OI: filtración de sedimentos y control de oxidantes.
2. Operación a presiones de 3–8 bar (significativamente inferior a OI).
3. La membrana cargada negativamente repele el Zn²⁺ por repulsión electrostática y exclusión estérica.
4. El permeado retiene parte de la alcalinidad y sales monovalentes.
5. El concentrado requiere tratamiento antes de descarga.

Consideraciones operativas La nanofiltración es especialmente adecuada para tratar aguas con dureza elevada donde la OI generaría un permeado demasiado agresivo (corrosivo por falta de iones). El menor consumo energético respecto a OI puede justificar el mayor costo de la membrana NF en aplicaciones industriales a mediana escala.

Criterios de selección por escenario de aplicación

Escenario	Concentración Zn	Tecnología recomendada
Agua doméstica / punto de uso	< 5 mg/L	Ósmosis inversa bajo mesada
Edificio comercial o pequeña industria	1–10 mg/L	OI o intercambio iónico
Planta municipal con ablandamiento existente	< 5 mg/L	Ablandamiento con cal (sin inversión adicional)
Efluente industrial con Zn elevado	> 10 mg/L	Precipitación química + filtración
Proceso donde se requiere conservar mineralización	1–15 mg/L	Nanofiltración
Planta potabilizadora convencional	< 5 mg/L	Coagulación-floculación (dentro del tren existente)

Conclusión

No existe una solución única para la remoción de zinc en agua potable: la selección depende de la concentración inicial, el caudal a tratar, las características del agua de proceso (pH, dureza, iones competidores), las restricciones de espacio y energía, y los costos de capital y operación aceptables para cada proyecto.

El pH es el parámetro más determinante en prácticamente todas las tecnologías físico-químicas: su control adecuado puede marcar la diferencia entre una remoción del 60% y una superior al 95%. Antes de seleccionar la tecnología definitiva, siempre es recomendable realizar un ensayo de jarras o una prueba piloto con el agua específica del proyecto.

En Carbotecnia contamos con experiencia en el diseño e implementación de sistemas de tratamiento de agua para industrias que requieren cumplir con la NOM-127-SSA1 y normativas internacionales. Si requieres una evaluación técnica para tu proyecto, contáctanos.

Procesos de tratamiento del agua para eliminar iones metálicos del agua potable a bajo costo.

El zinc es un ion metálico que puede encontrarse en el agua potable y puede suponer un riesgo para la salud de las personas que la beben.

Los procesos de tratamiento del agua pueden eliminar muchos iones metálicos del agua potable a bajo costo. En algunos casos, los procesos de tratamiento pueden adaptarse a problemas específicos de calidad del agua o combinarse con otros procesos de tratamiento para obtener los mejores resultados.

El zinc es un oligoelemento esencial para la salud. Sin embargo, altas concentraciones de zinc en el agua potable pueden causar gastroenteritis. Los procesos de tratamiento del agua pueden eliminar muchos iones metálicos del agua potable.

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Fuente: https://advancedchemsys.com/zinc-removal-from-water/