CAPITULO IIIPARTE EXPERIMENTALEste captulo trata del procedimiento seguido para la determinacin de las isotermas de equilibrio y as mismo se describe el procedimiento en la prueba de columna a pequea escala.Insumos qumicos usadosOxido de arsnicoLa presentacin del arsnico es como trixido de arsnico que fue cuidadosamente manejado para evitar cualquier tipo de contaminacin con este producto.Especificaciones tcnicasDe grado industrial Apariencia/forma: polvo blanco Peso molecular: 197.84 g/mol La pureza: 99.0% min Punto molecular: 312.3 C; (594.1 F) Punto de ebullicin: 457.2 C; (855.0 F) en 760 mmHg La densidad: 3.738 g/mL Solubilidad: ligeramente soluble en agua, soluble en cidos, los lcalis, y el glicerol.

Anlisis de composicin

As2O3: 99.0% min

La humedad: 0.3% max

Fe: 0.03% max

Pb: 0.02% max

Cl: 0.008% max

Solucin de hipoclorito de sodioEl hipoclorito usado es de grado tcnico con las siguientes especificaciones tcnicas del distribuidor.

Especificaciones Tcnicas

CaractersticasLmite InferiorLmite SuperiorUnidad

Hipoclorito de sodio (Como NaOCl)10.40%w/w

Cloro Disponible (Como Cl2)11.64%w/v

Soda residual (Como NaOH)1.171.38%w/w

Carbonato de Sodio (Como )Na2CO3)1.00%w/w

Hierro (Como Fe)2.00mg/L

Insolubles0.15%w/v

pH11.00...

Densidad1.165g/Ml

Temperatura....30C

AspectoLiquido Transparente exento de partculas en suspensin

ColorLigeramente amarillo-verdoso

Tiempo de Vida35 das a partir de la fecha de produccin

PropiedadesPeso Molecular: 74.45Densidad: Min. 1.165 g/mlTemperatura: Max 30C.Apariencia: Solucin acuosa clara, ligeramente amarilla verdosa con olor penetrante e irritante.Caractersticas Qumicas: El hipoclorito de sodio es soluble en agua fra, pero en agua caliente, a temperaturas mayores a los 30C, se descompone o se disocia. Es un compuesto oxidante.ARENA VERDE (Greensand Plus de Manganeso)CARACTERISTICAS FISICASForma fsicaGrnulos nodulares negros, enviados en forma secaDensidad aparente85 libras por pie cbico neto[footnoteRef:1] (1362 kg/m3 neto) [1: Peso neto: Peso del insumo solo]

Peso de envo89 libras por pie cbico bruto[footnoteRef:2] (1426 kg/m3 neto) [2: Peso bruto: peso del insumo y el envase que lo contiene]

Gravedad especficaAproximadamente 2.4PorosidadAproximadamente 0.45Graduacin de Pantalla (seca)Malla de 18 x 60Tamao Efectivo0.30 a 0.35 mmCoeficiente de UniformidadMenos de 1.60

CARACTERSTICAS OPERACIONALESGama de pH6.2 - 8.5 (Ver notas Generales[footnoteRef:3]) [3: Notas Generales: Las aguas sin filtrar que tienen un pH natural de 6.2 ms se pueden filtrar a travs del GreensandPlus sin correccin del pH. A las aguas sin filtrar con un pH menor a 6.2 se les debe corregir el pH a 6.5 - 6.8 antes de la filtracin. Se debe agregar lcali adicional despus de los filtros si se desea un pH mayor a 6.5 - 6.8 en el agua tratada. Esto previene una posible reaccin adversa y la formacin de un precipitado coloidal que a veces ocurre con el hierro y el lcali a un pH por encima de 6.8.]

Temperatura MximaSin lmitendice de Retro LavadoMnimo 12 gpm / pies cuadrados a 55F (30m/hr a 13 C)Flujo de Servicio2 - 5 gpm / pies cuadrados (5-12 m/hr)Profundidad mnima del lecho24 pulgadas (0.6 m) 15 -18 pulgadas (0.4 -0.45 m) de cada medio para lechos de medio doblesProcedimiento experimentalConstruccin de las Curvas de equilibrio Langmuir y FreundlichLas pruebas se realizaron en el laboratorio de la empresa Geotech Ingeniera y Desarrollo De una solucin patrn de arsenito, de concentracin conocida, se toma 5 ppm de solucin y se lleva a dilucin hasta 1 L.

Se procedi a oxidar los 5 ppm de arsenito con hipoclorito de sodio hasta tener una solucin final de arseniato (Ghurye & Clifford, 2001) segn la siguiente ecuacin:

Posteriormente se procede a preparar la solucin de As2O3, tal como se muestra en la tabla siguiente:

Descripcin de la codificacin utilizada en las pruebas experimentales.CdigoPreparacin de As2O3 en ppmDescripcin

M1-00.05Muestras inicial con una concentracin de muestras iniciales con tres diferentes concentraciones.

M2-00.1

M3-00.2

M1-10.05Muestras finales con tres diferentes concentraciones y tratados con 0.10 g de arena verde.

M2-10.1

M3-10.2

M1-20.05Muestras finales con tres diferentes concentraciones y tratados con 1.00 g de arena verde.

M2-20.1

M3-20.2

De la solucin preparada anteriormente se procede a hacer diluciones de 0.0365, 0.0507 y 0.1186 ppm de solucin de arseniato. La forma de polvo granular de arena verde (dimetro de partcula de 0.125 mm), se seca en un desecador y se procede a pesar 3 muestras de 0.1 g y 3 muestras de 1 g. Las muestras de arena verde se colocan en vasos de precipitado de 1 L y luego se agregan las diluciones de arseniato de 0.0365, 0.0507 y 0.1186 ppm Se realizaron pruebas en por cada dilucin de arseniato. Se envolvi cada muestra con papel para evitar el paso de luz, la habitacin donde se realiz el anlisis se mantena a una temperatura de 26.1C y 60% humedad relativa. La prueba se realiz con el agitador del Test de Jarras (marca Lovibond) a 90 rev/min a una temperatura constante durante un perodo de 7 das. Al final del perodo de equilibrio, la concentracin en fase acuosa del adsorbato se analiz en el laboratorio Inspectorate Services Per S.A.C. y la capacidad de equilibrio de adsorcin se calcul para cada muestra usando la expresin de balance de masas, tanto para la curva de equilibrio de Langmuir como la de Freundlich.

Contenido de arsnico por cada litro de agua preparadaPeso de la arena verde (g)Volumen de muestra tomada (mL)Concentracin de As al final de la pruebas (mg/L)

M1-00.0010000,0365

M2-00.0010000,0507

M3-00.0010000,1186

M1-10.1010000,0244

M2-10.1010000,0317

M3-10.1010000,0882

M1-21.0010000,0043

M2-21.0010000,0056

M3-21.0010000,0221

Prueba rpida en columna a pequea escala (RSSCT) Preparacin de la columna RSSCT (Vu, Kaminski, & Nuez, 2003) Tamizar el medio de escala completa Peso tamiz del medio - Dimetro de partcula de 0.125 mm Pesar la masa prevista de Arena Verde y aadir a la columna Coloque el tubo del efluente por encima de la columna para evitar el arrastre de aire Acondicione con agua el caudal

Parmetros de diseo de la columna a escala completa con respecto al RSSCTParmetro de diseoUnidadEscala completaRSSCT

Dimetro de partculamm0.7500.125

Densidad aparenteg/mL1.4101.410

EBCTmin4.0000.111

Velocidad superficialm/h12.00072.000

CaudalmL/min1.3 10560.319

Dimetro de columnacm100.0000.800

Altura de la columnacm100.00013.333

Masa de adsorbente (M)g3.255 1069.450

Tiempo de operacin (t)d30.0000.833

Volumen de agua requeridoL5.616 10672.382

Para:

Segn la ecuacin 1.12

De la ecuacin 1.17

Segn la ecuacin 1.16

Para determinar la profundidad de la arena verde en la columna se us la relacin proporcionada en (U.S. EPA, C2012).

Hallando el Caudal:

El Caudal est en funcin del rea de la columna y de la velocidad superficial, as tenemos:

De la ecuacin 1.13

Calculo del volumen requerido ():

Se procedi de igual manera para un tiempo de contacto de 8 minutos, es decir un en donde los datos obtenidos estn en la tabla a continuacin:

Parmetros de diseo de la columna a escala completa con respecto al RSSCTParmetro de diseoUnidadEscala completaRSSCT

Dimetro de partculamm0.7500.125

Densidad aparenteg/mL1.4101.410

EBCTmin4.0000.222

Velocidad superficialm/h12.00072.000

CaudalmL/min1.3 10560.319

Dimetro de columnacm100.0000.800

Altura de la columnacm100.00026.667

Masa de adsorbente (M)g3.255 10618.899

Tiempo de operacin (t)d30.0000.833

Volumen de agua requeridoL5.616 10672.382

Parmetros de diseo utilizados a nivel de laboratorio para determinar la saturacin de la arena verde para un tiempo de contacto de 4 minutos.Parmetro de diseoUnidadEscala completaRSSCT

Concentracin inicial de Asmg/L0.06690.0669

Volumen de columnacm36.70

Porosidad (dato fabricante)-0.45

Volumen de contacto (EB)cm33.02

Donde:

V = Volumen de la columnaD = Dimetro de la columnaH = Altura de la columnaVEB = Volumen de contactoPorosidad del lecho de arena verde

Parmetros de diseo utilizados a nivel de laboratorio para determinar la saturacin de la arena verde para un tiempo de contacto de 8 minutosParmetro de diseoUnidadEscala completaRSSCT

Concentracin inicial de Asmg/L0.0729

Volumen de columnacm313.40

Porosidad (dato fabricante)---0.45

Volumen de contacto (EB)cm36.03

Donde:

V = Volumen de la columnaD = Dimetro de la columnaH = Altura de la columnaVEB = Volumen de contactoPorosidad del lecho de arena verde

CAPITULO IVRESULTADOS Y DISCUSINIsoterma FreundlichDebido a que los datos no se ajustan a la isoterma de Langmuir, se procede a ajustar a la isoterma de Freundlich.Parmetros de Freundlich para el tratamiento con 1 g y 0.1 g de arena verdeMasa de arena verdeConcentracin inicial de Arsnico (Co)Concentracin final de Arsnico (CA)qAqALog CALog qA

gmg/Lmg/LgAs/gavmol/gav

10.03650.004332.20.429-1.242-0.367

10.05070.005645.10.601-1.127-0.221

10.11860.022196.51.287-0.5310.109

0.10.03650.02441211.613-0.4880.208

0.10.05070.03171902.533-0.3740.404

0.10.11860.08823044.0530.0700.608

Isoterma de Freundlich para una masa de 1 g, a partir de los datos experimentales

Como se precia en la Figura N 16, la isoterma de Freundlich para estos datos nos dan un valor de R2 = 0.972:Del anlisis estadstico se determina el contraste de regresinF-statistic = 140.8 on 1 and 4 DF, p-value = 0.000289. Determinado por R-ProjectY por el valor de p-value, se acepta la existencia de una relacin lineal, por lo tanto, la curva de Freundlich se ajusta mejor a los datos.

Regresin polinmica de los resultados para una masa de 1 g, a partir de los datos experimentales

Segn la grfica de regresin mostrada en la Figura N 17, La mxima adsorcin sera:

Prueba experimental en columna a pequea escala (RSSCT) Caractersticas de ColumnaParmetro de diseoRSSCT para EBCT 4 minRSSCT para EBCT 8 min

Dimetro de partcula0.1250.125

Densidad aparente1.4101.410

EBCT0.1110.222

Velocidad superficial72.00072.000

Caudal60.31760.319

Dimetro de columna0.8000.800

Altura de la columna13.33326.667

Masa de adsorbente (M)9.45018.899

Tiempo de operacin (t)0.8330.833

Volumen de agua requerido72.380272.382

Resultados de la concentracin en funcin de volumenPara un tiempo de contacto de 4 minutos en la columna a escala completa:Muestreo sugerido para 4 minutos de tiempo de contacto

Volmenes de lecho acumulado (Tiempo de contacto 4 minutos)tiempo (minutos)

100.50

502.50

1005.00

1507.50

30015.00

45022.50

60030.00

75037.50

90045.00

120060.00

2400120.00

4800240.01

9600480.02

19200960.03

240001200.04

Determinacin de los parmetros para determinar la cantidad de arsnico adsorbido en la prueba para EBCT = 4 minCoVCiM(As salida)MadsorventeMAs adsorbido

(mg/L)cm3LAs (mg/L)mggmg

0.066930.160.030.00050.00029.450.002

0.0669150.800.150.00260.00039.450.010

0.0669301.590.300.00110.00029.450.020

0.0669452.390.450.00140.00069.450.030

0.0669904.780.900.00140.00149.450.059

0.06691,357.171.360.00460.00329.450.085

0.06691,809.561.810.00950.00489.450.104

0.06692,261.952.260.01180.00819.450.125

0.06692,714.342.710.02410.01989.450.116

0.06693,619.123.620.01960.06899.450.171

0.06697,238.257.240.01850.13509.450.350

0.066914,476.4914.480.01880.27079.450.696

0.066928,952.9928.950.01860.50389.451.398

0.066957,905.9757.910.01620.22669.452.936

0.066972,382.4672.380.01519.453.749

Masa que ingreso a la columna4.8424Masa de arsnico que abandono la columna1.2435

mgmg

Entonces la cantidad de arsnico que quedo adsorbido por la arena verde seria:4.8424 g - 1.2435 g = 3.5989 g

En la figura 17 se presenta la variacin del pH del efluente en la columna de adsorcin de arena verde para un tiempo de contacto (EBCT) de 8 minutos, por volumen de lecho, se observa en todas las muestras hay una ligera disminucin del pH pero se mantienen en la zona de acidez.

Variacin pH en el agua a la entrada y salida de la columna de adsorcin de arena verde.

En la figura 18 se presenta la variacin de la turbidez del efluente en la columna de adsorcin de arena verde para un tiempo de contacto (EBCT) de 4 minutos, donde se observa en todas las muestras la disminucin de la turbidez, debido al tratamiento combinado que se realiz al efluente.

Variacin de la turbidez en el agua a la entrada y salida de la columna de adsorcin de arena verde.

En la figura 19 se presenta la variacin del arsnico del efluente en la columna de adsorcin de arena verde para un tiempo de contacto (EBCT) de 4 minutos, se observa en todas las muestras una disminucin de la concentracin de arsnico y se encuentran por debajo del LMP, lo cual evidencia el efecto del tratamiento combinado usado en la remocin de arsnico.

Variacin del As en el agua a la entrada y salida de la columna de adsorcin de arena verde.

En la figura 20 se presenta la variacin de hierro en la columna de adsorcin de arena verde para un tiempo de contacto (EBCT) de 4 minutos, se observa todas las muestras la concentracin de hierro disminuye, la disminucin se debe a la precipitacin de los oxi (hidrxidos) de hierro producto de la adicin de FeCl3 y el uso de decantador para eliminar los slidos .La columna de adsorcin tambin remueve una parte de hierro residual.

Variacin del Fe del efluente M-9 en la columna de adsorcin de arena verde.

Tiempo de Contacto 8 minutosPara un tiempo de contacto de 8 minutos en la columna a escala completa:

Tiempo de contacto de 8 minPara un tiempo de contacto de 8 minutos en la columna a escala completa:Muestreo sugerido para 4 minutos de tiempo de contacto

Veces de volmenes de lecho (Tiempo de contacto 8 minutos)Tiempo (minutos)

101.00

505.00

10010.00

15015.00

30030.00

45045.00

60060.00

75075.00

90090.00

1200120.00

2400240.01

4800480.02

9600960.03

132001320.04

Determinacin de los parmetros para determinar la cantidad de arsnico adsorbido en la prueba para EBCT = 4 minCoVCAMAsMadsorventeMadsorbatoqACA/Co

(mg/L)cm3LAs (mg/L)mggmgug/g

0.072960.320.060.00090.000218.900.0040.230.012

0.0729301.590.300.00090.000318.900.0221.150.012

0.0729603.190.600.00080.000318.900.0432.300.011

0.0729904.780.900.00140.001018.900.0653.420.019

0.07291,809.561.810.00090.000818.900.1306.890.012

0.07292,714.342.710.00090.000818.900.19510.340.012

0.07293,619.123.620.00090.001418.900.26113.790.012

0.07294,523.904.520.00220.003318.900.32016.920.030

0.07295,428.685.430.00510.014718.900.36819.480.070

0.07297,238.257.240.01120.101318.900.44723.630.154

0.072914,476.4914.480.01680.191818.900.81242.970.230

0.072928,952.9928.950.00970.279418.901.83096.820.133

0.072957,905.9757.910.00960.217118.903.665193.950.132

0.072979,620.7179.620.010418.904.976263.310.143

Masa que ingreso a la columna5.8043Masa de arsnico que abandono la columna0.8126

mgmg

Entonces la cantidad de arsnico que quedo adsorbido por la arena verde seria:5.8043 g - 0.8126 g = 4.9917 g

En la figura 21 se presenta la variacin del pH del efluente en la columna de adsorcin de arena verde para un tiempo de contacto (EBCT) de 8 minutos, por volumen de lecho, se observa en todas las muestras hay una ligera disminucin del pH pero se mantienen en la zona de acidez.

Variacin de pH en el agua a la entrada y salida de la columna de adsorcin de arena verde.

En la figura 22 se presenta la variacin del Turbidez del efluente en la columna de adsorcin de arena verde para un tiempo de contacto (EBCT) de 8 minutos, donde se observa en todas las muestras la disminucin de la turbidez, debido al tratamiento combinado realizado.

Variacin de la turbidez en el agua a la entrada y salida de la columna de adsorcin de arena verde.

En la figura 23 se presenta la variacin de concentracin de arsnico del efluente en la columna de adsorcin de arena verde para un tiempo de contacto (EBCT) de 8 minutos, se observa en todas las muestras una disminucin de la concentracin de arsnico, lo cual evidencia el efecto del tratamiento combinado usado en la remocin de arsnico.

Variacin del As en el agua a la entrada y salida de la columna de adsorcin de arena verde.

En la figura 24 se presenta la variacin de hierro del efluente en la columna de adsorcin de arena verde para un tiempo de contacto (EBCT) de 8 minutos, se observa todas las muestras la concentracin de hierro disminuye, la disminucin se debe a la precipitacin de los oxi (hidrxidos) de hierro producto de la adicin de FeCl3 y el uso de decantador para eliminar los slidos. La columna de adsorcin tambin remueve una parte de hierro residual.

Variacin Fe en el agua a la entrada y salida de la columna de adsorcin de arena verde.

En la figura 25 se observa el porcentaje de remocin de arsnico en la columna de arena verde, donde se observa la tendencia de mayores valores de porcentajes de remocin para un tiempo de contacto (EBCT) de 8 minutos, donde el mayor porcentaje es 98,77% y el mayor porcentaje de remocin es 99,25 para un tiempo de contacto (EBCT) de 4 minutos.

Variacin de porcentaje de remocin de As del efluente en la columna de adsorcin de arena verde.

Diseo de columna de adsorcin a escala realSe realizaron pruebas con arena verde utilizando una columna que fue escalada hacia una dimensin menor (RSSCT). Las caractersticas de la arena verde utilizada para este fin se describen en la Tabla 10 y Tabla 11, el dimetro deseado fue conseguido para una malla -115 unidades Taylor, preparadas cuidadosamente para esta prueba. Se ha realizado para dos tiempos de contacto (EBCT), uno para 4 minutos y otro para 8 minutos.Parmetros de diseo de la columna a escala completa con respecto al RSSCTParmetro de diseoUnidadEscala completaRSSCT para EBCT 4 minRSSCT para EBCT 8 min

Dimetro de partculamm0.7500.1250.125

Densidad aparenteg/mL1.4101.4101.410

EBCTmin4.0000.1110.222

Velocidad superficialm/h12.00072.00072.000

CaudalmL/min1.3 10560.31760.319

Dimetro de columnacm100.0000.8000.800

Altura de la columnacm100.00013.33326.667

Masa de adsorbente (M)g3.255 1069.45018.899

Tiempo de operacin (t)d30.0000.8330.833

Volumen de agua requeridoL5.616 10672.380272.382