REMOCIÓN DE ARSÉNICO EN AGUA PARA CONSUMO HUMANO COMPARANDO LA ELECTROCOAGULACIÓN- MICROFILTRACIÓN CON LA COAGULACIÓN QUÍMICA- MICROFILTRACIÓN

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Alberto Rojas Ríos
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1 REMOCIÓN DE ARSÉNICO EN AGUA PARA CONSUMO HUMANO COMPARANDO LA ELECTROCOAGULACIÓN- MICROFILTRACIÓN CON LA COAGULACIÓN QUÍMICA- MICROFILTRACIÓN PRESENTA: I.Q. Eloy Mundo Avila DIRECCIÓN: Dra. Alejandra Martín Domínguez

3 ANTECEDENTES Origen de arsénico en el agua: Geogénico Actividades mineras Actividades industriales y agrícolas Efectos a la salud causadas por el Arsénico:

4 ELECTROCOAGULACIÓN Proceso electroquímico que utiliza hierro como ánodos de sacrificio. Las especies iónicas son removidas del agua por reacción con: a) Un ión de carga opuesta b) Con los flóculos de hidróxidos metálicos generados Mecanismo de formación de hidróxidos metálicos propuesto [Yousulf, et al., 2001]

(50-70 micras entre los gránulos) Filtración

funcionamiento de las membranas de filtración

5 MICROFILTRACIÓN Medio arena (granular) Distribución del tamaño del poro irregular (50-70 micras entre los gránulos) Filtración probable Medio de Membrana Distribución del tamaño del poro controlado (0.05 a 0.5 µm) Filtración absoluta Principio de funcionamiento de las membranas de filtración Membrana de Fibra Hueca: Bajas velocidades de flujo cruzado, de 0 a 2.5 m/s Elevada relación área superficial/volumen o densidad de compactación de membranas. Bajas PTM, 0.2 a 1 bar.

6 VENTAJAS DE UTILIZAR EC-MF CLARIFICACIÓN CONVENCIONAL ELECTROCOAGULACIÓN ELECTROCOAGULACIÓN + MICROFILTRACIÓN

OBJETIVO GENERAL Evaluar el proceso de electrocoagulación-microfiltración (EC-MF) con respecto a la coagulación química-microfiltración (CQ-MF) para la remoción de arsénico en agua para consumo

7 OBJETIVO GENERAL Evaluar el proceso de electrocoagulación-microfiltración (EC-MF) con respecto a la coagulación química-microfiltración (CQ-MF) para la remoción de arsénico en agua para consumo humano. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar los valores óptimos de dosis de Fe +3 y ph de la CQ-MF en la remoción de arsénico. Determinar las condiciones óptimas de operación de la EC-MF en la remoción de arsénico, evaluada mediante el efecto provocado por el Gt y el espaciamiento entre electrodos. Identificar el punto de fuga o de ruptura de la membrana de microfiltración con base en las mejores condiciones de operación determinadas.

8 METODOLOGÍA DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO EXPERIMENTAL DE MF Presiones de 20 a 100 kpa [Metcalf & Eddy, 2003]

9 MONTAJE EXPERIMENTAL DEL SISTEMA DE COAGULACIÓN QUÍMICA- MF 1 Paso 2 Paso Entrada membrana MF Salida membrana MF 3 Paso Conexiones al manómetro

10 Tinacos para preparación de agua sintética MONTAJE EXPERIMENTAL DEL SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN- MF Manómetro para EC Sistema de purga Reactor de EC Conexión al manómetro Conexión a la fuente de poder 0-15A Salida membrana MF Manguera entrada a MF Manguera salida del reactor Entrada membrana MF

11 ETAPAS A DESARROLLAR Tabla 1: Tabla 2: Efecto del Gt y espaciamiento entre electrodos Diseño 2 2 FeCl 3 * 6H 2 0 con una pureza 40%. Velocidad de agitación= 300 rpm Tiempo= 15 seg Gt= 9000 As= 100 µg L -1 Caudal de entrada al reactor= Lmin -1 Corriente suministrada= A Tiempo dentro del reactor= seg Dosis de cloro= mg L -1 As= 100 µg L -1

12 VARIABLES A MEDIR EN LOS PROCESOS Los resultados obtenidos en el proceso de EC-MF fueron analizados mediante el paquete de cómputo estadístico STATGRAPHICS.

RESULTADOS PROCESO DE CQ-MF Arsénico inicial

inicial Dosis 2.32 mg L -1 Fe +3 Dosis 3.

13 RESULTADOS PROCESO DE CQ-MF Arsénico inicial Dosis 2 mg L -1 Fe +3 = 114 µg L -1 As Dosis 3 mg L -1 Fe +3 = 116 µg L -1 As Dosis 4 mg L -1 Fe +3 = 112 µg L -1 As Gráfico 1 Hierro inicial Dosis 2.32 mg L -1 Fe +3 Dosis 3.26 mg L -1 Fe +3 Dosis 4.2 mg L -1 Fe +3 Gráfico 2

14 RESULTADOS PROCESO DE CQ-MF Turbiedad inicial Dosis 2 mg L -1 Fe +3 = 2.23 NTU Dosis 3 mg L -1 Fe +3 = 2.76 NTU Dosis 4 mg L -1 Fe +3 = 2.91 NTU Color inicial Dosis 2 mg L -1 Fe +3 = 47 Pt Co Dosis 3 mg L -1 Fe +3 = 50 Pt Co Dosis 4 mg L -1 Fe +3 = 71 Pt Co

15 CONCENTRACIÓN INICIAL DE ARSÉNICO 200 Y 300 µ L -1 Condiciones de operación Dosis de 4 mg L -1 de Fe +3 ph= 7.0 Velocidad de agitación= 300 rpm Tiempo de agitación= 15 seg Gt= 9000

16 EVALUACIÓN DEL PUNTO DE RUPTURA DE LA MEMBRANA EN EL PROCESO DE CQ-MF Condiciones de operación: 115 µg L -1 As Dosis de 4 mg L -1 de Fe +3 ph= 7.0 Velocidad de agitación= 300 rpm Tiempo de agitación= 15 seg Gt= 9000

17 RESULTADOS PROCESO DE EC-MF Espaciamiento entre electrodos Espaciamiento entre electrodos

18 RESULTADOS PROCESO DE EC-MF

19 EVALUACIÓN DEL PUNTO DE RUPTURA DE LA MEMBRANA EN EL PROCESO DE EC-MF Condiciones de operación: Con. Inicial de arsénico: 107 µg L -1 Dosis de 4 mg L -1 de Fe +3 ph= 7.0 Gt= 9,000 Espaciamiento entre electrodos: 0.4 cm

CONCLUSIONES PROCESO CQ-MF:PROCESO EC-MF: 3. 1. Se Las encontró condiciones que la óptimas única variable para remover que presenta 100 µg L un -1 de efecto As son: significativo ph 7.

20 CONCLUSIONES PROCESO CQ-MF:PROCESO EC-MF: Se Las encontró condiciones que la óptimas única variable para remover que presenta 100 µg L un -1 de efecto As son: significativo ph 7.0, sobre dosis el de % 4 de mg remoción L -1 de Fe de +3. As Obteniendo y Fe es el remociones Gt. El trabajar del 96.6% Gt cercanos para As, o mayores 99.4% para a 9,000 Fe, permitirá 96% para obtener color y mayores 97% de remociones turbiedad. de As y Fe UnElparámetro punto demuy ruptura importante de lapara membrana alcanzaralascondiciones eficiencias de óptimas remoción de deoperación, Fe y As esocurre el cloro. después Ya quede actúa las como 18 h un de oxidante trabajo. Fe En +2 cuanto producido al electroquímicamente arsénico residual, ena Fe un +3 tiempo. promedio de operación de 26 h se llegó al límite máximo permisible marcado por la OMS, EPA y UE. Sin embargo, es a las 44 h de operación cuando se alcanza el límite 5. El punto de ruptura de la membrana se observó transcurrido 16 h de máximo permisible estipulado por la normatividad mexicana. operación. Es en este tiempo cuando la concentración residual de arsénico alcanza el límite máximo permisible establecido por la OMS, EPA y UE de 10 µg L -1 de arsénico. Sin embargo, se llega al límite marcado por la normatividad mexicana después de haber transcurrido 24 h de operación.

22 1 Tienen muy poca flexibilidad para la instalación

24 Condiciones de operación del diseño de experimentos de EC

25 Tabla 3. ANOVA del diseño 2 2 para la remoción de Arsénico RESULTADOS PROCESO DE EC-MF Tabla 4. ANOVA del diseño 2 2 para la remoción de Hierro Suma de Grados de Cuadrado Fuente Cuadrados libertad Medio F 0 Valor-P A: Gt B: espaciamiento de electrodos AB Error total Total R Estadístico de Durbin-Watson P= Suma de Grados de Cuadrado Fuente Cuadrados libertad Medio F 0 Valor-P A: Gt B: espaciamiento de electrodos AB Error total Total R Estadístico de Durbin-Watson P=09896

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