remoción de arsénico en aguas de consumo domiciliario mediante el empleo de la técnica zvi...

Remoción de arsénico en aguas de consumo domiciliario mediante el empleo

de la técnica ZVI (Hierro Cero Valente).

LABORATORIO DE INGENIERIA SANITARIA (LIS),

DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA, FACULTAD DE INGENIERIA, UNLP.

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA.

INSTITUTO DE INVESTIGACIONES FISICOQUIMICAS TEORICAS Y APLICADAS (INIFTA), DEPARTAMENTO DE QUIMICA, FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, UNLP.

Juan M. Triszcz, Elena M. Rosales, Fernando S. García Einschlag

Temas a desarrollar

Introducción: Aspectos generales. Especies de Arsénico en aguas. Esquema simplificado de remoción. Procesos fisicoquímicos involucrados en la técnica ZVI.

Ensayos realizados: Características del reactor empleado. Selección del material con Fe0. Parámetros relevantes en la dinámica del sistema. Estudio del efecto de (conductividad), masa de Fe0, pH y [O2] disuelto sobre la cinética de producción de Fe(III) y la remoción de As(V).

Conclusiones Preliminares. Estudios en ejecución.

Aspectos generales

* Limites de Arsénico en Agua de consumo CAA

OMS

50 ppb

10 ppb

* Acción inhibitoria sobre varias Enzimas.

* Se fija a proteínas: piel, pelos y uñas, originando hipo / hiperpigmentación, queratosis y cáncer de piel.

* Ingesta Crónica produce cáncer de:

RUTA PRIMARIA DE EXPOSICION:* Agua de bebida especialmente en zonas rurales

* Otrosefectos

* Se acumula en:

Sistema NerviosoAp. RespiratorioTubo Digestivo

HuesosMúsculosPiel

RiñónHígadoPulmón

Nivel Máx. Aceptable

EFECTOS SOBRE LA SALUD:

CONCENTRACIONES LIMITE:

Ensayos con clavos: Perfiles cinéticos de Fe(III)

CONDICIONES:

Fe0: 0.5 a 20 g

pH Inicial: 8.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

Tiempo / min

0 10 20 30 40 50 60

Fe(

III)

/ mg

(Vol

.Rea

ctor

)-1

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Masa de Fe0 inicial

[Fe(III)]Tot vs. tiempo

Tiempo / min

0 10 20 30 40 50 60

pH

8.3

8.4

8.5

8.6

8.7

8.8

Ensayos con clavos: Evolución temporal de pH

pH vs. tiempo

CONDICIONES:

Fe0: 0.5 a 20 g

pH Inicial: 8.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

Masa de Fe0 / gClavos de cabeza escondida

0 10 20 30 40

v F

e(III

) (m

g L

-1 m

in-1

)

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

Ensayos con clavos: Efecto de la masa de Fe0

CONDICIONES:

Fe0: 0.5 a 20 g

pH Inicial: 8.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

d[Fe(III)Tot]/dt vs. masa de Fe0

Ensayos con clavos: Efecto del área de contacto

CONDICIONES:

Fe0: 0.9 g (limaduras)

pH Inicial: 8.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

[Fe(III)Tot] vs área de contacto

Tiempo (min)

0 20 40 60 80 100 120 140

Fe(

III)

/ mg

(Vol

. Rea

ctor

)-1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

3 Clavos2 Clavos + Limaduras

Ensayos con virulana: Perfiles cinéticos de Fe(III)

[Fe(III)]Tot vs. tiempo

CONDICIONES:

Fe0: 0.5 a 6 g

pH Inicial: 7.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

Tiempo / min

0 10 20 30 40 50 60

pH

7.0

7.3

7.5

7.8

8.0

8.3

8.5

Ensayos con virulana: Evolución temporal de pH

CONDICIONES:

Fe0: 0.5 a 6 g

pH Inicial: 7.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

pH vs. tiempo

Masa de Fe0 / gVirulana de acero

0 1 2 3 4 5 6

v Fe(

III) /

mg

L-1

min

-1

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

Ensayos con virulana: Efecto de la masa de Fe0

CONDICIONES:

Fe0: 0.5 a 6 g

pH Inicial: 7.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

d[Fe(III)Tot]/dt vs. masa de Fe0

Ensayos con virulana: Efecto del pH inicial

CONDICIONES:

Fe0: 1.3 g

pH Inicial: Variable

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

pH

5 6 7 8 9 10

v [Fe(

III)] /(

mg

L-1

min

-1)

0.00

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

d[Fe(III)Tot]/dt vs. pH

Ensayos con virulana: Efecto del caudal de aire

CONDICIONES:

Fe0: 1.3 g

pH Inicial: 7.0

[O2]disuelto: Variable

(σ): 1500 µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

d[Fe(III)Tot]/dt vs. caudal

Caudal de Aire / (L min-1)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

v [Fe(

III)]

/ (

mg

L-1

min

-1)

0.00

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

Ensayos con virulana: Efecto de la conductividad

CONDICIONES:

Fe0: 1.5 g

pH Inicial: 7.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): Variable µS.(cm)-1

Agua Sintética.

Ausencia de Arsenico.

d[Fe(III)Tot]/dt vs. conductividad

Conductividad / S.cm-1

0 500 1000 1500 2000 2500

v F

e(III

) / (

mg.

L-1

.min

-1)

x 10

-3

0

3

5

8

10

13

15

18

Ensayos con virulana: Efecto del tipo de aniones

CONDICIONES:

Fe0: 1.5 g

pH Inicial: 7.4

[O2]disuelto: 8.5 ppm

(σ): 1000 µS.(cm)-1

Agua Sint. (Aniones)

Ausencia de Arsenico.

[Fe(III)]Tot vs. tiempo

Tiempo / min

0 10 20 30 40 50 60

Fe(

III)

/ mg

(Vol

.Rea

ctor

)-1

0

1

2

3

4 NitratoCloruroFosfatoSulfato

pH (i) = 7.40

= 1000 S/cm

Tiempo /min

0 20 40 60 80 100 120

mg

(Vol

.Rea

ctor

)-1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5 [As(V)] [Fe(III)] con As.[Fe(III)] sin As.

821 S/cm

pH (i) = 7.40

Tiempo / min

0 20 40 60 80 100 120

mg

(Vol

.Rea

ctor

)-1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5 [As(V)][Fe(III)] con As.[Fe(III)] sin As.

1250 S/cm

pH (i) = 7.40

Ensayos c/Arsénico: Efecto de la conductividad

CONDICIONES: Masa Constante de Fe0 = 1.50 g (Virulana) Aguas Sintéticas: [As(V)] = 1 mg/L.

σA= 821 µS.(cm)-1; σB= 1250 µS.(cm)-1

pH Inicial = 7.4

[O2] disuelto = 8.8 ppm

A B

Conclusiones preliminares

Perspectivas futuras

• Estudio detallado de procesos de adsorción y coagulación.

• Optimización de los procesos de sedimentación y filtración.

• Diseño de un prototipo de reactor de alta eficiencia, sencilla operación y bajo costo.

• La técnica ZVI es una tecnología viable para el tratamiento de aguas con alto contenido de arsénico.

• El incremento de la relación área/masa del Fe0 proporciona una remoción mas eficiente.

• Oxidación de Fe0 fuertemente dependiente de la [O2] disuelto y la conductividad de la matriz en estudio.

• Remoción asociada a la adsorción de As sobre Fe(III)-flocular producido por procesos de corrosión electroquímica.