View
236
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
1/62
Javier M. Quino Faverojquinof@envscitec.com
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
2/62
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.html8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
3/62
Interacta con microorganismos, pudiendometilarse o desmetilarse
Experimenta oxidacin o reduccin tanto bitica
como abiticaExperimenta sorcin en slidos, a menudo atravs de intercambio inico
PrecipitaCoprecipita
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
4/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
5/62
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)
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
6/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
7/62
cido arsenioso[arsnico (III)]
cido arsnico[arsnico (V)]
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
8/62
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-
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
9/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
10/62
Geological Survey of Japan. Atlas of Eh-pH diagrams.Open File Report No. 419. Mayo 2005
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
11/62
Sorcin Intercambioinico
Precipitacin/coprecipitacin
Tecnologas
de separacin Bioremediacin
Remediacin
natural
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
12/62
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)
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
13/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
14/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
15/62Decreto Supremo N 010-2010-MINAM
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
16/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
17/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
18/62
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-
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
19/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
20/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
21/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
22/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
23/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
24/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
25/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
26/62
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)
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
27/62
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.
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
28/62
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.
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
29/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
30/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
31/62
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.
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
32/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
33/62
__
SO42-
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
34/62
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.pdf8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
35/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
36/62
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).
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
37/62
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.
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
38/62
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).
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
39/62
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)
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
40/62
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.
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
41/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
42/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
43/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
44/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
45/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
46/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
47/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
48/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
49/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
50/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
51/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
52/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
53/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
54/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
55/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
56/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
57/62
P=0,000 P=0,000
P=0,000
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
58/62
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)
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
59/62
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
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
60/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
61/62
8/13/2019 Arsnico - Qumica y tratamiento
62/62
Recommended