1er. seminario nacional de la red temática del agua · en la tercera parte del experimento se...
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“TECNOLOGÍAS AVANZADAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS:
ELECTROCOAGULACIÓN EN LA REMOCIÓN DE ARSÉNICO EN
AGUA.”
P. Gortáres-Moroyoqui, R. Barrera-Contreras,
P. Drogui, C. Neira-Sáenz, B. Morales-Cervantes.
1er. Seminario Nacional de la Red
Temática del Agua
Chihuahua, Chihuahua, Marzo de 2011.
PROYECTO
DESARROLLO DE TECNOLOGÍAS ELECTROLÍTICAS Y
MEMBRANALES PARA LA ELIMINACIÓN DE COMPUESTOS
FITOSANITARIOS Y LA DESMINERALIZACIÓN DE AGUA
DR. PATRICK DROGUI
DR. MARTÍN VILLA IBARRA
DR. PABLO GORTÁRES MOROYOQUI
APOYADO POR EL CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
(CONACYT), LA SECRETARIA DE RELACIONES EXTERIORES DE MEXICO Y EL
MINISTERIO DE RELACIONES INTERNACIONALES DE QUEBEC.
GTQM
•Grupo de trabajo Quebec-México
•Inicia actividades en junio de 1982
•Reunión cada dos años: determinar programación
OBJETIVOS DEL PROYECTO
1) Desarrollar procesos de oxidación Electroquímica
2) Incrementar la capacidad de eliminación de micro
contaminantes emergentes (cianotoxinas): tecnología
electroquímicas y membranales
3) Desarrollar técnicas electro membranales:
desmineralización de aguas salobres y marinas (agua
potable)
INTRODUCCION
Del total de agua que
existe en el planeta solo un
3.0% es agua dulce.
Fuente: CONAGUA, 2009
IMPORTANCIA
Es un recurso vital e indispensable en
cualquier actividad productiva.
Esta necesidad conlleva a sobreexplotar
este recurso, aumentando así, la presión
hacia un eficiente manejo del recurso
hídrico disponible.
Industria Agropecuario Consumo
Humano
14 % 80 % 6 %
Doméstica
Agropecuario
Industrial
Hidrocarburos
FUENTES DE CONTAMINACIÓN
REMOCIÓN DE MICRO CONTAMINANTES
Los micro contaminantes presentan dificultades en su
depuración por procesos naturales o con tratamientos
convencionales. Debido a lo anterior, se hacen
necesarias alternativas de tratamiento como las
tecnologías avanzadas de filtración, tecnologías
electroquímicas, bioadsorción y/o adsorción por
diferentes materiales.
Fuente: Sauleda 2001; Abdessalem , 2008; Sharma, 2008; Chingombe, 2006
TECNOLOGÍAS DE FILTRACIÓN
El uso de estas tecnologías tiene una larga historia, sin
embargo, aplicaciones fallidas han retrasado su evolución
en la industria. La mayoría de este tipo de procesos con
membrana no requiere de la adición de agentes químicos
para precipitar o flocular los contaminantes en el agua.
Algunos ejemplos son la micro, nano, y ultrafiltración,
además de osmosis inversa.
TECNOLOGÍAS ELECTROQUÍMICAS
Las tecnologías electroquímicas han demostrado
ser una opción sustentable para el tratamiento de
aguas residuales. Estos procesos permiten la
remoción de contaminantes con concentraciones
de 10 000 hasta 0.01 mg L-1.
TECNOLOGÍAS ELECTROQUÍMICAS
• Formación de OH adsorbido al electrodo por
la oxidación del agua:
H2O + M → M[OH•] + H+ + e-
La oxidación de los contaminantes orgánicos
en la superficie del electrodo
M[OH•] + R → M+ RO + H+ + e-
H2O OH•
OH•
Organic
Compuesto
Oxidado
O2
M = Material del electrodo.
R = Contaminante.
H2O
R
OH•
RO
OBJETIVO
• Evaluar la efectividad de la electrocoagulación para el
tratamiento de agua sintética contaminada con Arsénico As
(V), efectuando diferentes corridas que determinen los
parámetros óptimos de operación de una unidad
experimental de plexiglás con volumen de 900 ml con 6
electrodos de Fierro.
MATERIALES Y MÉTODOS
Electrocoagulación:
• En este proceso intervienen fenómenos físicos y químicos
donde se utilizan electrodos de sacrificio para la formación
de aniones y cationes, los que contribuyen, a la formación
de los flóculos necesarios para la posterior adsorción de los
contaminantes presentes en el influente. Al aplicar la
corriente eléctrica las siguientes reacciones se llevan
acabo:
Balasubramanian N., 2009.
Para el ánodo:
4Fe(s) → 4Fe2+(aq) + 8e−
Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e−
Para el cátodo:
8H+(aq) + 8e− → 4H2
2 H2O (l) + 2e− → H2 (g) + 2 OH−(aq).
MATERIALES Y METODOS
Se utilizó un reactor tipo batch de plexiglás con un volumen
de 900 ml y seis electrodos de fierro, tres ánodos y tres
cátodos, con un área de contacto de 110 cm2 cada uno, los
cuales están conectados en paralelo y sumergidos en la
solución contaminada.
Imagen Izq.:
Electrodo de Fe.
Imagen Der.:
Unidad
Experimental.
MATERIALES Y METODOS
En la primera parte del proyecto se probó la influencia de la
intensidad eléctrica con corridas de 0.4, 0.8, 1.0, 1.5 y 2.0
amperes. En ellas se utilizó soluciones con 20 ppm de As por
separado, con un tiempo de retención de una hora, con el
propósito de identificar la intensidad mas eficiente para la
remoción de los metales.
After ([As] = 20 ppm, A=1.0, t=60 min), 2. – After one hour in decantation.
3. - After ([As] = 20 ppm, A=2.0, t=60 min), 4. – After one hour decantation.
MATERIALES Y METODOS
Después se efectuaron corridas con tiempos de retención de
10, 20, 30, 40, 50 y 60 minutos, para soluciones de 20 ppm
de As , todas ellas, efectuadas con una intensidad constante
de 1.0 A; este último valor fue el que obtuvo el mejor
rendimiento en la etapa anterior.
En la tercera parte del experimento se probaron diferentes
concentraciones iniciales de As con valores de 1, 5, 10 y 20
ppm, con un tiempo de retención de 30 minutos y una
intensidad de corriente de 1.0 A.
Por último, se trataron soluciones con concentraciones de 1
y 20 ppm de As contenidas en una misma solución. La
corrida se efectuó con una intensidad de corriente de 1.0 A
y un tiempo de retención de 30 min.
MATERIALES Y METODOS
La concentración de metales en las soluciones se cuantificó
con espectroscopia de emisión atómica acoplado a plasma
inductivamente (ICP-AES Varian vista AX). Las soluciones de
As se analizaron a 220.35 nm con un limite de detección de
0.004 mg/l. Antes de analizar las muestras, estas fueron
filtradas con papel Whatman 934AH con un diámetro de
poro de 1.2 micras y, posteriormente, se procedió a su
acidificación con acido nítrico al 4 % v/v, para finalmente
almacenar las muestras a 4 grados centígrados a la espera
de su análisis.
APHA, 1999.
RESULTADOS
• Prueba 1
As
Remoción de Arsénico a diferentes intensidades de corriente
(concentración inicial 20 mg/L, tiempo de retención 1h, pH=7).
RESULTADOS
Tiempo
Retención
(min)
Concentración
Inicial (mg/l)
Concentración
Final (mg/l)
Remoción
(%)
Producción
Flóculos
(g TS/l)
10 24.45 0.0932 99.62 0.8010
20 24.73 0.0555 99.78 1.0050
30 24.72 0.0312 99.87 1.8240
40 24.57 0.0277 99.89 2.1620
50 24.94 0.0188 99.92 2.4099
60 24.51 0.0117 99.87 2.8050
Influencia de los tiempos de retención en la remoción, ([As], A=1.0).
RESULTADOS
Concentración
Inicial (mg/l)
Concentración Final
(mg/l)
Remoción (%) Producción
Flóculos
(g TS/l)
1.321 0.0107 99.19 0.8410
5.863 0.0149 99.75 1.0050
8.783 0.0324 99.63 1.1840
21.65 0.0523 99.76 1.8240
Influencia de las diferentes concentraciones iniciales de As en la
remoción, (I=1.0 A, t=30 min.).
CONCLUSIÓN
En base a los resultados obtenidos, se considera como una opción
viable la utilización de la EC en la remoción de As en el agua, al
observarse altas eficiencias en la remoción de dicho elemento.
• GRACIAS POR SU ATENCION