remociÓn de fluoruros del agua mediante un sistema ... · un nivel bajo a uno alto en la remoción...
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25 años contribuyendo a la gestión sustentable del agua
REMOCIÓN DE FLUORUROS DEL AGUA MEDIANTE UN SISTEMA ELECTROQUÍMICO
Fuentes de contaminación de flúor
Natural
• Erosión de depósitos minerales subterráneos y superficiales (dolomita, fosforita, apatita, muscovita, biotita, fluorita).
•Emisiones volcánicas
Antropogénica
• Plantas de producción de electricidad que usan carbón
• Plantas de producción de aluminio
• Producción y uso de fertilizantes fosfatados
• Residuos de minería
•Procesos de producción de acero
Fluorita
Apatita
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
Acuíferos en México con F- > 1.5 mg/L
Tecnologías de remoción de fluoruros del agua
Adsorción Alúmina activada
Carbón de hueso
Óxidos de hierro
Materiales de bajo costo
Intercambio iónico Resinas aniónicas base fuerte
Coagulación- Precipitación Sulfato de aluminio
Sulfato de aluminio + cal
Electrocoagulación
Membranas Nanofiltración
Ósmosis inversa
Electrocoagulación
Proceso de tratamiento en el que la producción de coagulantes se realiza in situmediante la electro-disolución de electrodos de sacrificio. Su implementación se haceen forma empírica y entre los principales factores que influyen en su eficiencia seencuentran el pH, la conductividad, el material y la distancia entre electrodos, y el tipode contaminantes.
Ventajas
• No requiere la adición de químicos
• Reducción en la generación de lodos hasta en un 50 %.
Ánodo Al0(s)Al3+
(ac) + 3e-
Cátodo 2H2O(l) + 2e- H2(g) + 2OH-
(ac)
Solución Al3+(ac) + 3H2O (l)Al (OH)3(s) + 3H+
Agua
a tratar
Floculación SedimentaciónElectroagulación
(Fe2+ o Al3+)
FiltraciónLodos
Agua tratada
+ -
dttInFnF
qm )(
1 Ley de Faraday
Objetivo
Estudiar el desempeño del proceso de EC para removerfluoruros del agua destinada a consumo humano,utilizando un reactor a flujo continuo, así comocompararlo con el proceso convencional que utiliza salesmetálicas.
Metodología
1. Determinación del mejor catión coagulante (Fe3+ o Al3+ ) para remover fluoruros. Determinar material de electrodos
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 2K
Al2(SO4)3•H2O
FeCl3•6H2O
Etapa G (s-1) T
Coagulación 630 15 s
Floculación 80, 50, 20 21 min
Sedimentación - 30 min
Factor Niveles
Bajo Centro Alto
Gradiente de velocidad, G (s-1)
210 755 1300
Conductividad eléctrica, CE (uS/cm)
320 1160 2000
C0 =4 mg/L F-
Misma concentración inicial de F-
Misma dosis de coagulante
Metodología
3. Evaluación del efecto del pH del agua sobre la eficiencia del proceso, pH del agua = 6.0 a 8.0
4. Prueba a flujo continuo, 1 L/min
Reactor con 60 electrodos
a = 0.6 cm
ResultadosComparación del desempeño de cloruro férrico y sulfato de aluminio
para la remoción de fluoruros. Selección del coagulante
ResultadosComparación de los procesos de EC y CQ usando el mejor catión coagulante
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Dosis sulfato de aluminio (mg/L)
F-
(mg
/L)
0
10
20
30
40
50
60
70
% R
em
oc
ión
Concentración
% remoción
Co = 3.3 mg/L F-
Dosis = 360 mg/Lsulfato de aluminio = 29 mg/L Al
ResultadosComparación de los procesos de EC y CQ usando el mejor catión
coagulante
ResultadosEfecto de las variables gradiente de velocidad y conductividad eléctrica en el
proceso de electrocoagulación
Gráfico de Pareto
Gráfico de efectos principales
Gráfico de superficie de respuesta
ResultadosEvaluación del efecto del pH
Resultados
Dosis = 30 mg Al3+/L
CE = 320 μS/cm
pH = 6.87
G= 210 s-1
C0 = 3.40 mg/L F-1
Prueba a flujo continuo, caudal 1 L/min
Condiciones finales
pH : 6.95 a 7. 1
Al : 0.14 a 0.21 mg/L
Resultados
0.44, 14%
0.02, 1%
0.27, 9%
2.39, 76%
Energía
NaCl
HCl
Placas de aluminio
Costo de tratamiento = $2.88/m3
Dosis = 30 mg Al3+/L
C0 = 3.40 mg/L F-1
Conclusiones1. 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.
Conclusiones4. 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/m3 de agua
tratada,
7. La relación Al3+/F- fue de 14.72 para las concentraciones
de fluoruros evaluadas.