Caracterización de columnas reactivas rellenas con ZVI y diseño de prototipos para la eliminación de arsénico en agua

Se realizaron estudios de pequeña y mediana escala con columnas reactivas rellenas con hierro cero valente (ZVI) empleadas para la remoción continua de arsénico del agua de consumo. Los ensayos de corta duración en pequeña escala se utilizaron para estudiar el efecto de las variables operativas sobre la producción de Fe, consumo de oxígeno y protones. Los ensayos de en mediana escala permitieron observar la variación temporal de los parámetros hidráulicos de la columna reactiva. Los resultados obtenidos de ambos tipos de experimentos permiten optimizar el tiempo de operación y las condiciones operativas de un prototipo basado en esta técnica.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Estudio de columnas reactivas basadas en el empleo de hierro cero-Valente para la eliminación de contaminantes en agua

En el presente trabajo se estudia una metodología basada en el empleo de hierro cero Valente (ZVI) en sistemas continuos para el tratamiento de aguas de consumo con alto contenido de arsénico. El propósito del estudio es entender el comportamiento de las especies de hierro formadas durante el flujo de agua contaminada a través de una columna rellena con lana de acero para optimizar el diseño de un prototipo basado en esta técnica.La parte experimental del estudio se compone de dos series de ensayos. La primera serie consiste en experimentos de corta duración empleando pequeñas columnas rellenas de lana de acero comercial (Mapavirulana®), diseñados para evaluar el efecto de variables operativas (tales como: pH, caudal y carga de hierro en el lecho) sobre la generación de especies de hierro.La segunda serie de experimentos incluye ensayos de larga duración y mediana escala, desarrollados en un reactor de operación continua de 6800 ml de capacidad y relleno con el mismo material reactivo. El prototipo además cuenta con un segundo módulo de aireación, contacto y pre-filtrado, y un tercer módulo para la filtración de sólidos en suspensión. Los parámetros empleados para monitorear el proceso fueron Fe(II) y Fe(III) a la salida de cada módulo, y As a la salida del sistema. Como soluciones de trabajo se utilizaron: i- agua de red de La Plata artificialmente contaminada con Na2HAsO4.7H2O, y ii- agua de pozo de la localidad de General Rodriguez contaminada naturalmente con As.Los resultados muestran que a caudal alto y/o baja carga de ZVI las reacciones que tienen lugar a lo largo del lecho no son lo suficientemente rápidas como para agotar el oxígeno.  Estas condiciones favorecen la formación prematura de especies insolubles que precipitan en la superficie del metal reduciendo el área de contacto, disminuyendo la tasa de corrosión y aumentando la caída de presión a lo largo de la columna. Por otra parte, a caudal bajo y/o alta carga de ZVI es posible obtener una producción sostenida de Fe(II) que al salir de la columna puede ser rápidamente oxidado a especies de Fe(III) que remueven eficientemente el As.  Finalmente, la comparación entre resultados obtenidos con agua de red y agua de pozo muestra que el pH resulta crítico para el desempeño del sistema.En la Figura 1 se presenta la curva de ruptura obtenida para el prototipo completo. Puede observarse un tiempo de servicio del lecho cercano a 1370 horas para un caudal de trabajo promedio de 275 ml/min. La curva de ruptura fue ajustada utilizando el modelo de Bohart-Adams.Los resultados del presente estudio muestran que es necesario ajustar el diseño de la columna y las condiciones operativas con el fin de lograr una producción sostenida de Fe(II). Este modo de operación permite optimizar el rendimiento de todo el prototipo, garantizando las concentraciones de hierro requeridas para eliminar el arsénico y evitando la obstrucción de la columna.Facultad de Ciencias Exacta

Remoción continua de arsénico empleando hierro cerovalente : Análisis de curva de ruptura a escala piloto

En el presente trabajo se describen resultados parciales del estudio de una metodología basada en el empleo de hierro cero Valente (ZVI) en sistemas continuos para el tratamiento de aguas de consumo con alto contenido de arsénico. Esta técnica tiene como principales ventajas su sencillez, su bajo costo operativo y su mínimo impacto sobre el medio ambiente. El mecanismo de remoción de arsénico mediante la técnica de ZVI involucra complejos procesos físicoquímicos relacionados con los productos de corrosión del hierro.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Caracterización de columnas reactivas rellenas con ZVI y diseño de prototipos para la eliminación de arsénico en agua

Se realizaron estudios de pequeña y mediana escala con columnas reactivas rellenas con hierro cero valente (ZVI) empleadas para la remoción continua de arsénico del agua de consumo. Los ensayos de corta duración en pequeña escala se utilizaron para estudiar el efecto de las variables operativas sobre la producción de Fe, consumo de oxígeno y protones. Los ensayos de en mediana escala permitieron observar la variación temporal de los parámetros hidráulicos de la columna reactiva. Los resultados obtenidos de ambos tipos de experimentos permiten optimizar el tiempo de operación y las condiciones operativas de un prototipo basado en esta técnica.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Estudio de la eficiencia de remoción de arsénico y fosfatos mediante el empleo de columnas rellenas con ZVI en un sistema de operación continuo: Aplicación de herramientas quimiométricas

La provisión de agua potable es un tema de gran importancia debido a la presencia de contaminantes como el arsénico (As) y fosfatos (PO43-), que pueden tener efectos adversos en la salud humana y la calidad del recurso natural. En este estudio, se evaluó la eficacia de la remoción de As(V) y PO43- utilizando columnas rellenas de hierro cero-valente (ZVI) en un sistema de operación continua. El objetivo principal fue optimizar el rendimiento de una planta potabilizadora en Pipinas, donde en el agua subterránea se registran concentraciones que exceden los límites establecidos. Para ello, se investigó la remoción de los contaminantes en sistemas continuos y a escala de laboratorio, utilizando un diseño de experimentos de Doehlert y la metodología de las superficies de respuesta (MSR) para evaluar estadísticamente y modelar los efectos tanto del pH de trabajo como del tiempo de residencia hidráulico (TRH). Los resultados mostraron que la interacción entre el pH y el TRH tuvo un impacto significativo en la remoción de As(V) y PO43-. Se observó que el TRH experimento un efecto más pronunciado a pH 7 que a pH 4. Se utilizó el método colorimétrico de azul de molibdeno para cuantificar las concentraciones de As(V) y PO43- en las muestras. Debido al solapamiento espectral, se aplicó el algoritmo de resolución multivariada de curvas (MCR-ALS) para determinar las concentraciones de ambos analitos de manera simultánea. El método MCR-ALS demostró preciso para la cuantificación de los analitos. Los valores medidos en la etapa final del esquema experimental se encontraron por debajo de las concentraciones máximas permitidas según las normativas, lo cual confirma la efectividad del sistema empleado para reducir los niveles de As(V) y PO43- en el agua tratada.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada

Estudio de columnas reactivas basadas en el empleo de hierro cero-Valente para la eliminación de contaminantes en agua

En el presente trabajo se estudia una metodología basada en el empleo de hierro cero Valente (ZVI) en sistemas continuos para el tratamiento de aguas de consumo con alto contenido de arsénico. El propósito del estudio es entender el comportamiento de las especies de hierro formadas durante el flujo de agua contaminada a través de una columna rellena con lana de acero para optimizar el diseño de un prototipo basado en esta técnica.La parte experimental del estudio se compone de dos series de ensayos. La primera serie consiste en experimentos de corta duración empleando pequeñas columnas rellenas de lana de acero comercial (Mapavirulana®), diseñados para evaluar el efecto de variables operativas (tales como: pH, caudal y carga de hierro en el lecho) sobre la generación de especies de hierro.La segunda serie de experimentos incluye ensayos de larga duración y mediana escala, desarrollados en un reactor de operación continua de 6800 ml de capacidad y relleno con el mismo material reactivo. El prototipo además cuenta con un segundo módulo de aireación, contacto y pre-filtrado, y un tercer módulo para la filtración de sólidos en suspensión. Los parámetros empleados para monitorear el proceso fueron Fe(II) y Fe(III) a la salida de cada módulo, y As a la salida del sistema. Como soluciones de trabajo se utilizaron: i- agua de red de La Plata artificialmente contaminada con Na2HAsO4.7H2O, y ii- agua de pozo de la localidad de General Rodriguez contaminada naturalmente con As.Los resultados muestran que a caudal alto y/o baja carga de ZVI las reacciones que tienen lugar a lo largo del lecho no son lo suficientemente rápidas como para agotar el oxígeno.  Estas condiciones favorecen la formación prematura de especies insolubles que precipitan en la superficie del metal reduciendo el área de contacto, disminuyendo la tasa de corrosión y aumentando la caída de presión a lo largo de la columna. Por otra parte, a caudal bajo y/o alta carga de ZVI es posible obtener una producción sostenida de Fe(II) que al salir de la columna puede ser rápidamente oxidado a especies de Fe(III) que remueven eficientemente el As.  Finalmente, la comparación entre resultados obtenidos con agua de red y agua de pozo muestra que el pH resulta crítico para el desempeño del sistema.En la Figura 1 se presenta la curva de ruptura obtenida para el prototipo completo. Puede observarse un tiempo de servicio del lecho cercano a 1370 horas para un caudal de trabajo promedio de 275 ml/min. La curva de ruptura fue ajustada utilizando el modelo de Bohart-Adams.Los resultados del presente estudio muestran que es necesario ajustar el diseño de la columna y las condiciones operativas con el fin de lograr una producción sostenida de Fe(II). Este modo de operación permite optimizar el rendimiento de todo el prototipo, garantizando las concentraciones de hierro requeridas para eliminar el arsénico y evitando la obstrucción de la columna.Facultad de Ciencias Exacta

Remoción continua de arsénico empleando hierro cerovalente : Análisis de curva de ruptura a escala piloto

En el presente trabajo se describen resultados parciales del estudio de una metodología basada en el empleo de hierro cero Valente (ZVI) en sistemas continuos para el tratamiento de aguas de consumo con alto contenido de arsénico. Esta técnica tiene como principales ventajas su sencillez, su bajo costo operativo y su mínimo impacto sobre el medio ambiente. El mecanismo de remoción de arsénico mediante la técnica de ZVI involucra complejos procesos físicoquímicos relacionados con los productos de corrosión del hierro.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Remoción continua de arsénico empleando hierro cerovalente : Análisis de curva de ruptura a escala piloto

En el presente trabajo se describen resultados parciales del estudio de una metodología basada en el empleo de hierro cero Valente (ZVI) en sistemas continuos para el tratamiento de aguas de consumo con alto contenido de arsénico. Esta técnica tiene como principales ventajas su sencillez, su bajo costo operativo y su mínimo impacto sobre el medio ambiente. El mecanismo de remoción de arsénico mediante la técnica de ZVI involucra complejos procesos físicoquímicos relacionados con los productos de corrosión del hierro.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Kinetic and mechanistic analysis of azo dyes decolorization by ZVI-assisted Fenton systems: pH-dependent shift in the contributions of reductive and oxidative transformation pathways

The chemical decolorization of the azo-dye Acid Black 1 (AB1) by ZVI-assisted Fenton systems was investigated for assessing the relative importance of reductive and oxidative pathways. To this end, system evolution was followed by UV–vis, HPLC, CG–MS, TOC and toxicity measurements. The effects of reaction conditions including initial pH, oxidants (O2 and H2O2) concentrations, ZVI loading, and the presence of SO42− were studied. Mechanistic issues were addressed by following H2O2, Fe(II), Fe(III) and pH profiles, as well as by performing experiments in the presence of iron-complexing agents (o-phenanthroline and EDTA) or reactive species scavengers (2-propanol and DMSO). Results show that AB1 reduction occurs through heterogeneous processes with moderate to low pH dependent rates, whereas AB1 oxidation is ruled by the Fenton reaction with significantly pH dependent rates. Mechanistic studies demonstrated that AB1 decolorization in ZVI-assisted Fenton systems involves both oxidative and reductive pathways, whose relative contributions significantly change as the initial pH is raised from 3 to 5. In acidic media, AB1 is mostly transformed by oxidative pathways linked to H2O2 consumption. In contrast, in circumneutral media, a rather inefficient H2O2 consumption leads to similar contributions of oxidative and reductive AB1 transformation pathways. A detailed analysis of the pH dependence of the key reactions involved suggests that the overall system behavior is ruled by a shift in the oxidation mechanism of Fe(II) species, as a consequence of the development of a thigh corrosion layer onto ZVI particles at circumneutral pH values.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada