“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