REMOCIÓN DE FLUORUROS DEL AGUA MEDIANTE UN SISTEMA ELECTROQUÍMICO. 25 años contribuyendo a la gestión sustentable del agua

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María Josefa Guzmán Maidana
hace 5 años
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1 REMOCIÓN DE FLUORUROS DEL AGUA MEDIANTE UN SISTEMA ELECTROQUÍMICO 25 años contribuyendo a la gestión sustentable del agua

Apatita Emisiones volcánicas Antropogénica Plantas de producción de electricidad que usan carbón

2 Natural Fuentes de contaminación de flúor Erosión de depósitos minerales subterráneos y superficiales (dolomita, fosforita, apatita, muscovita, biotita, fluorita). Apatita Emisiones volcánicas Antropogénica Plantas de producción de electricidad que usan carbón Fluorita Plantas de producción de aluminio Producción y uso de fertilizantes fosfatados Residuos de minería Procesos de producción de acero

3 Efectos a la salud Benéficos Protección contra caries dental (0.5 a 1.0 mg/l) Nocivos Fluorosis dental (1.0 a 3.0 mg/l) Fluorosis esquelética (más de 3.0 mg/l) Normatividad: OMS 1.5 mg/l (Valor guía) USEPA 4.0 mg/l NOM 127 SSA1 1.5 mg/l Ruhani Kaur/UNICEF India

4 Acuíferos en México con F - > 1.5 mg/l

5 Tecnologías de remoción de fluoruros del agua Adsorción Intercambio iónico Alúmina activada Carbón de hueso Óxidos de hierro Materiales de bajo costo Resinas aniónicas base fuerte Coagulación- Precipitación Membranas Sulfato de aluminio Sulfato de aluminio + cal Electrocoagulación Nanofiltración Ósmosis inversa

6 Electrocoagulación Proceso de tratamiento en el que la producción de coagulantes se realiza in situ mediante la electro-disolución de electrodos de sacrificio. Su implementación se hace en forma empírica y entre los principales factores que influyen en su eficiencia se encuentran el ph, la conductividad, el material y la distancia entre electrodos, y el tipo de contaminantes. Agua a tratar + - Electroagulación (Fe 2+ o Al 3+ ) Floculación Sedimentación Lodos Filtración Agua tratada Ánodo Al 0 (s) Al 3+ (ac) + 3e- Cátodo 2H 2 O (l) + 2e - H 2(g) + 2OH - (ac) Solución Al 3+ (ac) + 3H 2 O (l) Al (OH) 3(s) + 3H + m q I( t dt nf nf ) Ventajas 1 Ley de Faraday No requiere la adición de químicos Reducción en la generación de lodos hasta en un 50 %.

7 Objetivo Estudiar el desempeño del proceso de EC para remover fluoruros del agua destinada a consumo humano, utilizando un reactor a flujo continuo, así como compararlo con el proceso convencional que utiliza sales metálicas.

8 Metodología 1. Determinación del mejor catión coagulante (Fe 3+ o Al 3+ ) para remover fluoruros. Determinar material de electrodos Al 2 (SO 4 ) 3 H 2 O FeCl 3 6H 2 O C0 =4 mg/l F- Etapa G (s -1 ) T Coagulación s Floculación 80, 50, min Sedimentación - 30 min 2. Comparación de los procesos de CQ y EC usando el mejor catión coagulante-análisis de efectos de G y c.e. sobre remoción de F- Diseño factorial 2 K Factor Gradiente de velocidad, G (s -1 ) Conductividad eléctrica, CE (us/cm) Niveles Bajo Centro Alto Misma concentración inicial de F- Misma dosis de coagulante

9 Metodología 3. Evaluación del efecto del ph del agua sobre la eficiencia del proceso, ph del agua = 6.0 a Prueba a flujo continuo, 1 L/min Reactor con 60 electrodos a = 0.6 cm

10 Resultados Comparación del desempeño de cloruro férrico y sulfato de aluminio para la remoción de fluoruros. Selección del coagulante

11 F - (mg/l) % Remoción Resultados Comparación de los procesos de EC y CQ usando el mejor catión coagulante Co = 3.3 mg/l F- Dosis = 360 mg/lsulfato de aluminio = 29 mg/l Al % remoción Concentración Dosis sulfato de aluminio (mg/l)

12 Resultados Comparación de los procesos de EC y CQ usando el mejor catión coagulante

13 Resultados Efecto de las variables gradiente de velocidad y conductividad eléctrica en el proceso de electrocoagulación Gráfico de Pareto Gráfico de superficie de respuesta Gráfico de efectos principales

14 Resultados Evaluación del efecto del ph

15 Resultados Prueba a flujo continuo, caudal 1 L/min C0 = 3.40 mg/l F -1 Dosis = 30 mg Al 3+ /L ph = 6.87 CE = 320 μs/cm G= 210 s -1 Condiciones finales ph : 6.95 a 7. 1 Al : 0.14 a 0.21 mg/l

16 Resultados Costo de tratamiento = $2.88/m 3 C0 = 3.40 mg/l F -1 Dosis = 30 mg Al 3+ /L 2.39, 76% 0.44, 14% 0.02, 1% 0.27, 9% Energía NaCl HCl Placas de aluminio

17 Conclusiones 1. La electrocoagulación comparada con la coagulación química a diferentes condiciones de operación obtuvo mejores eficiencias para remover F - bajo las mismas condiciones de operación 56.6 a 72.5% para EC y entre 47.8 a 68.4 % con CQ. 2. La EC mostró la ventaja de no incrementar la cantidad de sólidos disueltos en el agua tratada, a diferencia de la CQ que si lo hace debido a los aniones que se adicionan en el coagulante utilizado. 3. El volumen de lodos generados en electrocoagulación fue un 21% menor que en coagulación química.

18 Conclusiones 4. Se observó que en el proceso de EC es conveniente trabajar con gradientes de velocidad bajos (210 1/s) y los valores de CE no tienen efectos significativos al cambiar de un nivel bajo a uno alto en la remoción de fluoruros. 6. Se realizaron pruebas a flujo continuo con un caudal de 1 L/min. En este sistema se redujeron concentraciones de fluoruros de 3.35 mg/l a valores entre 1.03 y 1.16 mg/l. El costo de estimado del taratamiento es de $2,88/m 3 de agua tratada, 7. La relación Al 3+ /F - fue de para las concentraciones de fluoruros evaluadas.

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