¿Qué es el manganeso y de dónde proviene?

El manganeso es un mineral de origen natural que se encuentra en rocas, suelos y sedimentos. Es el segundo metal pesado más común en la corteza terrestre después del hierro y frecuentemente coexiste con el hierro en los suministros de agua subterránea. El manganeso se disuelve en el agua subterránea a medida que pasa a través de formaciones geológicas que contienen manganeso, particularmente en condiciones de bajo oxígeno (reductoras).

En las aguas superficiales, las concentraciones de manganeso pueden fluctuar estacionalmente. Durante los períodos de estratificación térmica en embalses y lagos, las condiciones de bajo oxígeno en el fondo pueden movilizar el manganeso de los sedimentos hacia la columna de agua. Los eventos de mezcla estacional pueden luego distribuir este manganeso por todo el cuerpo de agua.

Las fuentes antropogénicas de manganeso incluyen las operaciones de minería y procesamiento de minerales, las descargas industriales y la lixiviación de vertederos. El permanganato de potasio, un químico común de tratamiento de agua, también puede contribuir al manganeso en el agua tratada si se aplica en exceso.

Efectos del manganeso en el agua sobre la salud

El manganeso es un oligoelemento esencial necesario para la formación ósea, el metabolismo y la función antioxidante. Sin embargo, la exposición excesiva a través del agua potable puede tener efectos adversos para la salud, particularmente en el sistema nervioso.

La exposición crónica por inhalación al manganeso en entornos laborales está bien establecida como causa de manganismo, una condición neurológica que se asemeja a la enfermedad de Parkinson. Las investigaciones sugieren cada vez más que la ingestión crónica de manganeso a través del agua potable también puede representar riesgos neurológicos, particularmente para los niños en desarrollo.

Múltiples estudios epidemiológicos han encontrado asociaciones entre el manganeso elevado en el agua potable (por encima de 0,1 mg/L) y un rendimiento cognitivo reducido, puntajes de CI más bajos y problemas de comportamiento en niños en edad escolar. Los lactantes pueden ser particularmente susceptibles porque absorben más manganeso del tracto gastrointestinal y excretan menos que los adultos.

La OMS estableció un valor guía basado en la salud de 0,08 mg/L para el manganeso en el agua potable, reconociendo la creciente evidencia de efectos neurotóxicos por la exposición oral crónica.

Límites regulatorios para el manganeso en el agua potable

El SMCL de la EPA de 0,05 mg/L es una directriz estética no obligatoria. La EPA también emitió un aviso sanitario de por vida de 0,3 mg/L y un aviso sanitario de un día y diez días de 1,0 mg/L para niños. Varios estados de EE. UU. han adoptado sus propias normas obligatorias para el manganeso en el agua potable.

Cómo analizar el manganeso en el agua

El manganeso a concentraciones que causan problemas estéticos puede ser evidente por las manchas negras, pero se requiere análisis de laboratorio para determinar las concentraciones exactas y orientar el diseño del sistema de tratamiento. Los métodos analíticos estándar incluyen el Método EPA 200.7 (ICP-OES) y el Método EPA 200.8 (ICP-MS).

Al analizar manganeso, las muestras deben recolectarse en recipientes limpios lavados con ácido y preservarse con ácido nítrico para prevenir la precipitación y adsorción en las paredes del recipiente. La determinación del manganeso disuelto versus el total requiere filtrar la muestra a través de un filtro de 0,45 micras en el momento de la recolección.

Se recomienda un análisis completo del agua que incluya pH, oxígeno disuelto, hierro, dureza y alcalinidad, ya que estos parámetros afectan directamente el comportamiento del manganeso en el agua e influyen en la selección del sistema de tratamiento.

Métodos de tratamiento para la eliminación de manganeso

Oxidación y filtración

El enfoque más común para la eliminación de manganeso implica la oxidación para convertir el manganeso disuelto (Mn2+) en dióxido de manganeso insoluble (MnO2), seguido de filtración. El manganeso requiere un potencial de oxidación más alto que el hierro y típicamente necesita oxidantes más fuertes como el cloro, el permanganato de potasio o el ozono. Un pH superior a 7,5 generalmente mejora la eficiencia de la oxidación.

Filtración con arena verde

La arena verde de manganeso y GreensandPlus son medios de filtro catalíticos recubiertos con dióxido de manganeso que tanto oxida como filtra el manganeso disuelto. Los sistemas de filtración con arena verde son la tecnología más utilizada para la eliminación combinada de hierro y manganeso en aplicaciones residenciales, comerciales y municipales. La regeneración continua con permanganato de potasio o protocolos de regeneración intermitente mantienen la capacidad oxidativa del medio.

Pirolusite y medios catalíticos

La pirolusite (dióxido de manganeso natural) y los medios catalíticos diseñados como Filox y Pyrolox proporcionan una superficie catalítica para la oxidación y filtración del manganeso. Estos medios tienen una mayor capacidad de eliminación de manganeso que la arena verde y no requieren regeneración química, aunque son más densos y requieren tasas de retrolavado más altas.

Eliminación biológica de manganeso

La filtración biológica aprovecha las bacterias oxidantes de manganeso de origen natural para convertir el manganeso disuelto en formas insolubles dentro de un lecho filtrante. Este enfoque se utiliza cada vez más en el tratamiento municipal de agua como una alternativa con menos productos químicos a la oxidación y filtración convencionales.

Intercambio iónico

Los ablandadores de agua por intercambio catiónico pueden eliminar el manganeso disuelto a bajas concentraciones. Sin embargo, si el manganeso se oxida dentro del lecho de resina, puede causar un ensuciamiento irreversible. Este método es más adecuado para agua de pozo con bajas concentraciones de manganeso donde el agua se mantiene en estado reductor para prevenir la oxidación.

Preguntas frecuentes

¿Qué causa las manchas negras en los accesorios y la ropa?

Las manchas negras o marrón oscuro en los accesorios de plomería, la ropa y la vajilla son típicamente causadas por el manganeso en el suministro de agua. Cuando el manganeso disuelto se oxida, forma depósitos oscuros de dióxido de manganeso. Concentraciones tan bajas como 0,02 mg/L pueden producir manchas visibles.

¿Es perjudicial el manganeso en el agua potable para la salud?

Aunque el manganeso es un nutriente esencial en dosis bajas, la exposición crónica a niveles elevados en el agua potable se ha asociado con efectos neurológicos, particularmente en niños. Los estudios han vinculado la exposición al manganeso por encima de 0,1 mg/L con un rendimiento cognitivo reducido y problemas de comportamiento en niños. El valor guía de la OMS basado en la salud es de 0,08 mg/L.

¿Puede un ablandador de agua eliminar el manganeso?

Los ablandadores de agua que utilizan resina de intercambio catiónico pueden eliminar el manganeso disuelto (reducido) a bajas concentraciones, típicamente por debajo de 0,5 mg/L. Sin embargo, si el manganeso se ha oxidado a su forma insoluble, puede ensuciar la resina del ablandador. Para concentraciones más altas o la eliminación combinada de hierro y manganeso, la oxidación seguida de filtración con arena verde es el enfoque preferido.

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