Arsénico - Química y tratamiento

8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento

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Javier M. Quino [email protected]


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El arsnico es una de las 10 sustancias qumicas que laOMS considera ms preocupantes para la saludpblica.

El arsnico es muy txico en su forma inorgnica.

Su mayor amenaza para la salud pblica reside en lautilizacin de agua contaminada para beber, prepararalimentos y regar cultivos alimentarios.

La exposicin prolongada al arsnico a travs delconsumo de agua y alimentos contaminados puedecausar cncer y lesiones cutneas. Tambin se haasociado a problemas de desarrollo, enfermedadescardiovasculares, neurotoxicidad y diabetes.

Fuente: OMS. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs372/es/index.html
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs372/es/index.htmlhttp://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs372/es/index.html


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Interacta con microorganismos, pudiendometilarse o desmetilarse

Experimenta oxidacin o reduccin tanto bitica

como abiticaExperimenta sorcin en slidos, a menudo atravs de intercambio inico

PrecipitaCoprecipita


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As2O3 + 6 H2O 2 H3AsO3

Dependiendo de la precisin e integridad de las bases de datos termodinmicas, losmodelos geoqumicos pueden identificar las reacciones principales y estimar lasactividades de sus productos

HS- + H+

H2AsO3- + H+

H2AsO3- + H2S AsS(OH)HS

-

H2S


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La disolucin de sustancias slidas es aun ms

complejaPresencia de impurezas que afectan la solubilidaden el agua

Drenaje de mina, agua marina, aguas naturales:Muy cidasMuy alcalinas

Calientes

Reductoras

Presencia de microorganismos

Alta concentracin de slidos disueltos

(elevada fuerza inica)


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Contaminacin por

arsnico

Lixiviados de

relleno

sanitario

Aguas

industrialesDrenaje de

mina

Agua potable

Aguassuperficiales

Aguas

subterrneas

Caractersticas mineralgicas,qumicas y fisicoqumicas de

suelos, sedimentos y rocas encontacto


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cido arsenioso[arsnico (III)]

cido arsnico[arsnico (V)]


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pH

0 2 4 6 8 10 12 14

Fracc

in

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0 H3AsO4 H2AsO4-

HAsO4-

AsO4-


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pH

0 2 4 6 8 10 12 14

Fracc

in

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0H3AsO3

H2AsO3-

HAsO3-2

AsO3-3


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Geological Survey of Japan. Atlas of Eh-pH diagrams.Open File Report No. 419. Mayo 2005


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Sorcin Intercambioinico

Precipitacin/coprecipitacin

Tecnologas

de separacin Bioremediacin

Remediacin

natural


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Concentracin y especiacin del arsnico

pH

Presencia de otras especies disueltasCalcio, fosfatos, materia orgnica

Volumen de agua que requiere el tratamiento

Costo

Valor objetivoECA

LMP (menos exigente)


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Disminucin en los valores de las concentraciones dearsnico de 0,05 mg/L a 0,01 mg/L

Aumento en la demanda de tecnologas adicionales

Aumento en la demanda de fondos para el tratamiento deaguas subterrneas para consumo humano

Las leyes naturales de la fsica y la qumica requierende ms esfuerzo y costo para disminuir laconcentracin de un contaminante disuelto desde 0,05mg/L a 0,010 mg/L que de 0,1 a 0,05

Henke, Kevin R. Waste Treatment and Remediation p. 351-430 en: Arsenic: Environmental Chemistry, Health Threats andWaste Treatment. K. Henke (Ed.) . John Wiley & Sons. 2009


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15/62Decreto Supremo N 010-2010-MINAM


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Dependiendo de lascondiciones redox las aguassubterrneas o superficialesprofundas pueden contenerAs(V)/As(III)

pH de aguas naturales con

frecuencia es menor de 9La falta de carga hace difcil laremocin a travs de sorcin ointercambio inico

pH

0 2 4 6 8 10 12 14

Fraccin

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

pH de las aguas naturales

H3AsO3H2AsO3

-

HAsO3-2

AsO3-3


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El arsnico (V) existeprincipalmente como losoxianiones H2AsO4

- y HAsO42-en

aguas con pH 4-9

Las cargas presentes en losoxianiones del As(V) permiten

que sean removidos de muchasaguas por:

Sorcin

Intercambio inico

Precipitacin/coprecipitacin

pH

0 2 4 6 8 10 1 2 14

Fracc

in

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0H3AsO4 H2AsO4

- HAsO4-2- AsO4

3-


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Kim, M.J. and Nriagu, J. (2000)Oxidation of arsenite ingroundwater using ozone andoxygen. Science of the TotalEnvironment, 247(1), 7179.

Saturacin con aireSaturacin con

oxgeno

Saturacin con

ozono

4-9 das

2-5 das

4,2 - 4,5 minutos

Tratamiento Vida media Referencia


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Oxidante pH Reaccin Potencial, V

Ferratocidobsico

FeO42- + 8H+ + 3e- Fe3+ + 4H2O

FeO42- + 4H2O + 3e

- Fe(OH)3 + 5OH-

2,200,70

Hipocloritocidobsico

HClO + H+ +2e- 2Cl- + H2OClO- + H2O + 2e

- 2Cl- + 2 OH-1,480,84

Ozonocidobsico

O3 + 2H+ +2e- O2 + H2O

O3 + H2O + 2e- 2Cl- + 2OH-

2,081,24

Perxido de hidrgenocido

bsico

H2O2 + 2H+ + 2e- 2H2O

H2O2 + 2e-

2OH-

1,78

0,88Permanganato

cidobsico

MnO4- + 4H+ + 3e-MnO2 + 2H2O

MnO4- + 2 H2O + 3e

-MnO2 + 4OH-

1,680,59


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Norcross, Bruce E., William C. Lewis, Huifa Gai, Nazih A. Noureldin, and Donald G. Lee. "The oxidation of secondary alcohols bypotassium tetraoxoferrate (VI)." Canadian Journal of Chemistry75, no. 2 (1997): 129-139


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El ferrato es muy inestable en presencia dehumedad por lo que se prefiere generarlo insitu:

Oxidacin por va hmeda a temperatura ambiente

Oxidacin por va seca a temperatura elevada

Mtodo electroqumico


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Tomar en cuenta:Los oxidantes clorados pueden reaccionar con lamateria orgnica y producir como subproductostrihalometano (THM).

Si el ozono es aplicado como oxidante al agua quecontiene bromo, es posible la formacin de BrO4

-.

La oxidacin de suelos, sedimentos o agua puedetransformar algunas metales en especies qumicas

ms txicas.Cr(III) a Cr (VI)


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Para evitar la formacin de subproductostxicos durante la oxidacin del As(III), debe

determinarse con cuidado la qumica del aguaANTES de seleccionar el oxidante y ladosificacin adecuados.


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AdsorcinSe refiere a la remocin de contaminantesprovocando que estos se adhieran a la superficie demateriales slidos (adsorbentes)

Soluto adsorbido: adsorbatoIntercambio inico

AbsorcinEs la asimilacin de una especie qumica en el

interior de un material slido.Migracin hacia poros internos.

Migracin o intercambio de tomos dentro de laestructura cristalina de un mineral

http://www.erica.nl/Chemviron/P%20adsorption.htmKrauskopf, K.B. and Bird, D.K. (1995) Introduction to Geochemistry, 3rd edn, McGraw-Hill, Boston, p. 647.


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Caractersticas del agua a tratar:Slidos totales disueltos (TDS)

pH

Condiciones redoxActividad microbiana

Presencia de especies que pudieran interferir con el

tratamientoConcentracin de las especies de arsnico


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Para el arsnico, generalmente se prefiere los procesos

de sorcin:Precipitacin/coagulacin produce grandes volmenes delodo.

Las columnas de sorcin e intercambio inico producen

poco desecho y a menudo pueden ser regeneradas.La utilizacin de tecnologas de sorcin/intercambio inicorequieren menor entrenamiento tcnico y pueden seraplicadas a operaciones pequeas.

La presencia de materiales orgnicos y slica (SiO2)puede ensuciar la columna (fouling).

Uso apropiado cuando los valores de TDS son bajos yel arsnico es el nico contaminante.


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__

SO42-


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Dependiendo de las caractersticas y costos, lossorbentes saturados pueden ser regenerados y

reutilizados o bien descartados.Balance costos de disposicin del sorbente oresiduo de regeneracin.

Residuos peligrosos

Prueba TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)1

Solidificacin/estabilizacin1 http://www.epa.gov/osw/hazard/testmethods/sw846/pdfs/1311.pdf
http://www.epa.gov/osw/hazard/testmethods/sw846/pdfs/1311.pdfhttp://www.epa.gov/osw/hazard/testmethods/sw846/pdfs/1311.pdfhttp://www.epa.gov/osw/hazard/testmethods/sw846/pdfs/1311.pdf


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La precipitacin se refiere al proceso de aadir

una o ms sustancias qumicas al agua demanera tal que los contaminantes seantransformados en slidos poco solubles(precipitados).

Los precipitados son recolectados y removidosdel agua por filtracin, flotacin, centrifugacinu otros mtodos.

En la coprecipitacin, un elemento traza, seadsorbe o absorbe dentro del precipitado deotra especie qumica.

US Environmental Protection Agency (US EPA) (2002b) Proven Alternatives for Aboveground Treatment of Arsenic in Groundwater. EPA-542-S-02-002, Office of Solid Wastes and Emergency (5102G).


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Costo de tratamiento relativamente bajo

Potencial de uso en aguas con elevada TDSSi se tiene un buen conocimiento de la qumica delagua y aplicando la dosificacin apropiada, puedesolucionarse el problema que causan las especies

qumicas que interfieren con la sorcin o elintercambio inico.

Se requiere:Conocer la concentracin inicial del arsnico.

Control del pH.Dosificacin correcta.

Se genera grandes volmenes de lodos txicos querequieren disposicin final apropiada.


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US Environmental Protection Agency (US EPA) (2002b) Proven Alternatives for Aboveground Treatment of Arsenic in Groundwater. EPA-542-S-02-002, Office of Solid Wastes and Emergency (5102G).


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Cal (CaO)Para remocin del As(V) como arsenato de calcio.La precipitacin del As(III) es menos efectiva.

La presencia de carbonato, bicarbonato o dixidode carbono descompone los arsenatos de calcio.

Sales frricas

FeCl3 y Fe2(SO4)3Sales de aluminio

Inefectivas para As(III), efectivas para As(V)


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La filtracin se refiere a la separacin fsica departculas, coloides u otros contaminantes

haciendo pasar el lquido a travs de unmaterial permeable o semipermeable.

Algunos procesos como el intercambio inico y

la adsorcin tambin pueden removercontaminantes durante la filtracin.


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Efluente

minero-

metalrgicoX

As total 1-2

mg/L

pH=8,0-8,5

TDS

Q= 6,5 L/s

Interior mina

Coprecipitacinpre-

oxidacin?FeCl3

H2O2NaClO

Cl2O3

NaClO


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NaClO (mg/L) FeCl3 (mg/L) % Remocin

2 3 75.8%

3 5 76.4%

3.414 3 66.6%

2 3 62.2%

1 1 66.9%

2 0.172 50.1%

0.586 3 84.3%

3 1 56.6%

2 3 49.1%

2 3 49.9%

1 5 73.9%

2 5.828 85.1%

2 3 74.7%

Ejecucin NaClO ppm FeCl3 ppm

1 5 10

2 7 15

3 7.828 10

4 5 10

5 3 5

6 5 2.93

7 2.172 10

8 7 5

9 5 10

10 5 10

11 3 15

12 5 17.07

13 5 10


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Fuente de corriente continua

Contaminante asciende a superficieH2O

H2

Flotacin

Mn+

M(OH)n(Cationes hidratados)

OH-

pH del aguaCtodo

(reduccin)nodo

(oxidacin)

PrecipitadoLIU Huijuan, ZHAO Xu y QU Jiuhui.Electrocoagulation in Water Treatment. En:Comninellis C. y G. Chen (eds).Electrochemistry for the Environment. Pp.245-262. Springer Science +Business

Media, LLC 2010


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La hidrlisis de la sal provoca un disminucin en elpH que debe modularse. En la EC el efecto deneutralizar el pH la hace efectiva en un rango msamplio.Los flocs de la EC son ms estables, contienen menos

agua y sedimentan rpido.No se usa productos qumicosPasivamiento de electrodosLos electrodos deben reemplazarse

Se requiere que el efluente tenga una conductividadadecuada


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Hierro>titanio>aluminio

La capacidad de adsorcin de los oxihidrxidosde hierro para el arsnico (III) es mayor que la

del aluminioLa capacidad de adsorcin de los oxihidrxidosde hierro para el arsnico (V) es similar a la del

del aluminio

Kumar, P.R. Chaudhari, S. Khilar, K.C. Mahagan, S.P. (2004). Removal of arsenic from water by electrocoagulation.Chemosphere %%, 1245-1252


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P=0,000 P=0,000

P=0,000


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Concentracinde

arsnicototal

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

LMP As LMP As

Con tratamiento(triplicados)

Sin tratamiento

LMP As (0,1 mg/L)


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Remocin promedio del arsnico total de 2,0mg/L a valores menores de 0,05 mg/L.96,36% de remocin

Remocin promedio del plomo total de 0,0108mg/L a valores menores al lmite de deteccin(0,0002 mg/L, ICP-MS)

98,15% de remocin

Remocin promedio del zinc total de 0,0124mg/L a valores promedio de 0,0032 mg/L

73.8% de remocin


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