TRADUCCION ARSENICO

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Estudio comparativo de la remocin de arsnico por el hierro mediante electrocoagulacin y qumica de la coagulacin

Esta investigacin estudi la remocin de as (III) y as (v) durante la electrocoagulacin (EC) en comparacin con coagulacin qumica FeCl3 (CC). El estudio tambin trat de comprobar la produccin de cloro y la oxidacin de as (III) divulgada durante EC. Resultados mostraron que remocin de as (v) durante el lote CE era errtica a pH 6.5 y el retiro fue mayor de lo esperado basndose en la generacin de hierro ferroso (Fe2+) durante el EC. Remocin de as (v) por lote CE era igual a/o mejor que CC a pH 7.5 y 8.5, sin embargo Fe2+ soluble se observ en el filtrado de membrana de 0.2 mm a pH 7,5 (10-45%), y es un motivo de preocupacin. Continua operacin de estado estacionario de la unidad CE confirm la presencia nociva de Fe2+ soluble en el agua tratada. El rendimiento esperado retiros de as (v) durante el modo batch se presume debido a la adsorcin de as (v) en las superficies de oxihidrxidos de hierro varilla antes de la realizacin de la operacin de estado estacionario. Remocin de as (v) aumenta con la disminucin de pH durante el CC y CE, CE a pH 6.5 era anmala debido a la errtica Fe2 oxidacin. La mejor capacidad de adsorcin se observ con CC a pH 6.5, mientras que similar pero menor adsorcin capacidades observaron a pH 7,5 y 8,5 con CC y CE. Una comparacin de la adsorcin de as (III) demostr mejores remociones durante EC en comparacin con CC posiblemente debido a un aumento temporal del pH durante el EC. En contraste con informes de la literatura, la oxidacin de as (III) no se observ durante la CE y la adsorcin de as (III) sobre hidrxidos del hierro durante la CE fue de slo 5-30% de adsorcin de as (v). Tambin en contraste con la literatura, Cl2 significativa no se gener durante el EC, de hecho, las barras producen una demanda significativa de cloro debido a xidos de hierro reducidos en la barra. Aunque la generacin de Cl2 y a la oxidacin de as (III) son posibles con un nodo de grafito, una combinacin de grafito y barras de hierro en la misma unidad de CE no produjo oxidacin de as (III). Sin embargo, un proceso de dos etapas (seguido por nodo de hierro en cmaras separadas del nodo de grafito) fue efectivo en la remocin y oxidacin del as (III). Los iones que compiten, slice y fosfato interfieren con la adsorcin de as (v) durante el CC y CE. Sin embargo, el grado de interferencia depende de la concentracin y la presencia de otros iones que compiten. En particular, la presencia de slice baja el efecto del fosfato con el aumento de pH debido al efecto significativo de slice a pHs altos.1. IntroduccinEstudios previos sobre la remocin de arsnico han informado coagulacin eficaz y econmica en comparacin con la adsorcin y de intercambio inico (Clifford, 1997; Ghurye et al., 2004) y han demostrado que factores como el pH, As(III/V) especiacin y dosis de coagulante para afectar la remocin de arsnico durante la coagulacin (Cheng et al., 1994; Scott et al., 1995; McNeill y Edwards, 1995, 1997; Hering et al., 1996; Tong, 1997). Basado en arsnico absorcin por las superficies de hierro xido/hidrxido, preformado Fe (OH) 3 y medios granulares frrico xido/hidrxido fueron encontrados tener menos superficie en comparacin con in situ forma Fe (OH) 3 (s) que tienen significativamente mayor capacidad adsorbente (Lakshmanan, 2007). Coagulacin/filtracin es una tecnologa eficaz y ampliamente utilizada para el tratamiento de agua potable para eliminar arsnico. Para sistemas pequeos, sin embargo, adsorcin sobre los medios de comunicacin (hidrxido frrico granular (GFH) u xido frrico granular (GFO)) es actualmente el proceso de eleccin. A pesar de que los procesos de coagulacin tienen mayor capacidad de adsorcin y menos problemas de eliminacin, no son el proceso de eleccin para sistemas pequeos, debido a la complejidad y la exigencia continua de productos qumicos para el ajuste de dosificacin y pH. Procesos de adsorcin son preferibles debido a un requisito de espacio relativamente pequeo, simple diseo y operacin. Estos factores compensan problemas de eliminacin, baja capacidad de adsorcin y los costos de reemplazo de alta. Electrocoagulacin (EC) es una tecnologa prometedora, que se asemeja a la coagulacin en que los hidrxidos son producida in situ, pero sin manual adicin de coagulante. CE se espera que traiga en las ventajas de una mayor capacidad de adsorcin, sin adicin de qumica manual, menos requerimiento de superficie de la tierra y ningn reemplazo de los medios de comunicacin. Adems, en comparacin con CC, el proceso de CE al parecer requiere menos coagulante, produce menos lodo (Horner y Duffey, 1983; Mills, 2000) y requiere menos espacio y capital los costos (Mills, 2000). Basado en la literatura, esperaba la oxidacin electroltica de varillas de hierro seguido por hidrlisis para dar lugar a la produccin de los hidrxidos de hierro slido, necesarios para la eliminacin de contaminantes (Chen et al., 2000; Molinos, 2000; Balasubramanian y Madhavan, 2001; Mollah et al., 2004; Kumar et al., 2004; Parga et al., 2005; Hansen et al., 2006; Kobya et al., 2006). Sin embargo durante el transcurso de la investigacin, se encontr que la formacin de hidrxidos de hierro slido fue errtica a pH 6.5-7.5, y hierro soluble en el agua tratada a pH 6.5 debido a la tasa de oxidacin lenta en pH bajos. Un estudio detallado sobre los hidrxidos de hierro formado durante hierro CE se discute en detalle en otra parte (Lakshmanan et al., 2009). CE se ha divulgado para ser eficaz en el tratamiento de agua potable (Nikolaev et al., 1982; Vik et al., 1984; Holt et al., 2002), las aguas residuales urbanas (Novikova y Shkorbatova, 1982; Tyrina y Morozov, 1982; Pouet y Grasmick, 1995; Kobya et al., 2006), metales pesados contaminacin aguas (Osipenko y Pogorelyi, 1977; Mills, 2000), microorganismos (Mills, 2000; Zhu et al., 2005), turbidez (Han et al., 2002) y color (Jiang et al., 2002) se han quitado por la CE. Algunos estudios han reportado CE ser efectivo en la remocin de arsnico del agua y aguas residuales (Balasubramanian y Madhavan, 2001; Kim et al., 2002; Kumar et al., 2004; Parga et al., 2005; Hansen et al., 2006). Arienzo et al (2002) y Kumar et al (2004) reportaron la simultnea oxidacin y remocin de as (III) durante el EC. La literatura en la oxidacin electroqumica indica posible generacin andica de cloro, que tiene la capacidad para oxidar as (III) (Kim et al., 2002). Porque H3AsO3 existe en pH < 9, es bien aceptado que para la eficiente remocin de as (III), un paso de oxidacin previo es esencial (Clifford, 1990). As que si es verdad la literatura sobre la posible oxidacin, CE se espera que sea un proceso ventajoso en simultneamente oxidantes y la eliminacin de as (III). Los objetivos de este estudio fueron (a) verificar la capacidad divulgada de oxidar As(III)-As(V) por CE y quitar as (v) por la adsorcin, (b) Comparar CE con CC para la remocin de as (v) y as (III) y (c) estudiar el efecto de los iones que compiten en la remocin de arsnico durante la CE y CC.2. materiales y mtodos2.1. Los reactivosReactivos qumicos analticos y Agua Milli-Q(18 Mohm.cm) fueron utilizados para preparar todas las soluciones stocks. Normas primarias de 100 mg As/L de cada especie fueron preparadas del sodiumm-arsenito de As (III) y sodio arseniato de As (v) que la cantidad requerida (0,05 mg/L) de As (III) o As (v) era muestras mezclada, el agua del reto justo antes de los experimentos de coagulacin. Sales de sodiumnitrate (NaNO3), sodiumbicarbonate (NaHCO3), fosfato de sodio monohidrato (NaH2PO4.H2O), fluoruro sdico (NaF), nona-hidrato del metasilicato de disodio (Na2SiO3.9H2O), heptahidrato del sulfato de magnesio (MgSO4.7H2O) y cloruro de calcio dihidrato (CaCl2.2H2O) fueron utilizados para preparar soluciones madre concentradas que se diluyeron para preparar el desafo agua. La accin coagulante qumico, 1 g/L Fe2+ o Fe3+ se prepararon en agua desionizada usando sulfato ferroso (FeSO4) y cloruro frrico (FeCl3), respectivamente. La accin coagulante fueron preservada con cido y la concentracin exacta de metal analizado mediante espectrometra de absorcin atmica de llama (AAS).2.2. Preparacin de las reservas de agua y coagulante de desafoProductos qumicos reactivos analticos y (Milli-Q 18 MU cm) de agua fueron utilizados para los estudios. Todos los estudios se llevaron a cabo con 53 NSFI reto agua (tabla 1), agua de desafo estndar para las pruebas de arsnicas adsorbentes. El agua de desafo NSFI (NSF / ANSI, 2007) con la composicin se muestra en la tabla 1 contiene las concentraciones representativas de agua subterrnea de slice, sulfato, fosfato, fluoruro y dureza, que son conocidos por afectar la capacidad de adsorcin de arsnico de los adsorbentes. Esto es el agua de desafo estndar para las pruebas de adsorbentes de arsnico. Estabilidad del agua desafo no era un problema porque se prepar en el da del experimento, y los estudios han demostrado que el agua de desafo era estable con respecto a la precipitacin de CaCO3 y la oxidacin de as (III) al menos una semana (Tripp, 2001). Se ajust el pH de las aguas subterrneas sinttico utilizando solucin diluida de HCl o NaOH.

La cantidad requerida (0,050 mg/L) de as (III) o as (v) se enriquecieron en el agua del reto justo antes de los experimentos de coagulacin. 2.3. La unidad de electrocoagulacin, instalacin y procedimiento de remocin de arsnicoUna unidad de CE-balanzas con tres pares de nodo-ctodo se utiliz para esta investigacin (Fig. 1). Tena un volumen de 490 mL activo incluyendo flujo por cmara de electrodo y el bucle de recirculacin. La opinin de plan de los nodos en forma de varilla de hierro (22 cm largo, 5 mm de dimetro) y ctodos de acero cilndrica porosa utilizados se muestra en la figura 1. El nodo de hierro (98.5% Fe) y ctodo de acero inoxidable fueron hechas usando los materiales disponibles en el mercado. La superficie activa total del nodo de hierro fue de 110 cm2. La bomba de reciclaje dado de alta en el rea anular entre el ctodo y el nodo de cada uno de los tres pares de cathodeeanode para eliminar el nodo donde se gener el coagulante de hierro. Ajustando la corriente de funcionamiento y tiempo de generacin, se obtuvo la concentracin deseada de hierro. 12 V, 1.2 corriente continua potencia suministro (HP 6214A) suministra corriente controlada a los electrodos.Los resultados de experimentos de oxidacin/deterioro deliberado del nodo demostraron que la limpieza de las barras de hierro se requiere para la generacin de hierro estable (Lakshmanan et al., 2009). Despus de eso, las barras de hierro fueron limpiadas en el da del experimento frotando con papel de lija para quitar todo el moho y las oxy/hidrxidos capa. Desafo NSFI agua enriquecido con as (v) o as (III) ajustado a pH especfico (6.5, 7.5 y 8.5) fue vertido en la parte superior de la unidad de CE y se recicla en aproximadamente 500 mL/min para asegurar que la plancha generada rpidamente fue lanzada desde la superficie e hidrolizada. La mayora de los experimentos de remocin de arsnico fueron funcionada en el modo por lotes, es decir, la unidad CE se llen de agua de desafo y se aplic una corriente constante para el tiempo de electrlisis especficas dependiendo de la dosis de hierro que se generen. El agua del reto se recircula para un total de 2 min, incluyendo el tiempo de electrlisis. Despus de la CE, inmediatamente fue vaciar el agua en un vaso, y las muestras conservan y analizan para arsnico y hierro.

Aunque lote CE realizaron experimentos bajo condiciones de estado no estacionario por lotes, como ha sido la prctica de otros investigadores, un nmero limitado de experimentos de flujo continuo, estado estacionario EC para la remocin de As (v) se llevaron a cabo a pH 6.5, 7.5 y 8.5. El procedimiento utilizado fue el siguiente: 245 +/- 10 mL/min de reto de agua enriquecida con 50 mg/L de As (v) se alimentan continuamente en la parte superior de la unidad CE (tiempo de residencia = 2 min) y reciclados en aproximadamente 500 mL/min con una corriente de 28 +/- 2 mA aplicada continuamente. Los experimentos se llevaron a cabo durante 1 h para asegurar el logro del estado estable. A intervalos regulares, se colectaron muestras en la salida del rebosadero. Un filtrado de las muestras fueron preservadas para anlisis de hierro total y las muestras filtradas fueron preservados para el arsnico y el anlisis de hierro soluble como sea necesario.2.4. Procedimiento de extraccin arsnico durante la coagulacin qumicaLos estudios de coagulacin qumica se realizan ensayos de jarras usando y pesando coagulante frrico (FeCl3) y ferroso (FeSO4) que se agrega en el agua de desafo NSFI. Debido a la acidez del coagulante, el pH del agua desafo cay despus de la dosificacin. Por lo tanto, se realizaron valoraciones previas para determinar la cantidad de NaOH necesaria para lograr el equilibrio deseado del pH siguiente a la dosificacin. La solucin problema enriquecido con arsnico y ajustado a un pH especfico (6.5, 7.5 y 8.5) se aadi a cada frasco. Con el aparato de agitacin a la rpida mezcla de velocidad de 100 rpm (G = 100 1/s), se agregaron el coagulante y una cantidad predeterminada de solucin de NaOH. Despus de mezclar por 2 min, se colectaron muestras y conservadas como sea necesario de las filtradas y no filtradas. 2.5. Conservacin y anlisis2.5.1. Anlisis y preservacin de muestras arsnicoDespus de experimentos CE y CC, el agua tratada se recolect utilizando una jeringa y filtrada a travs de un filtro de membrana de 0.2 mm. Para la determinacin de arsnico total soluble (As(Tot)), las muestras fueron preservadas en HNO3 diluido (Conc. final 0,1%, pH < 2) y para la determinacin de Ars (III), las muestras se conservaron en cido actico y EDTA como requiere la especiacin de arsnico inorgnico (Samanta y Clifford, 2005). Se realizaron anlisis de arsnico usando espectrometra de absorcin atmica-generacin de hidruro de inyeccin de flujo (FI-HG-AAS). Un sistema de anlisis de inyeccin de flujo junto con un espectrofotmetro de absorcin atmica equipado con una lmpara de descarga electrodeless en una longitud de onda de 193.7 nm fue utilizado. Para determinar arsnico total [As(Tot) = As (III)+As (v)], las muestras fueron tratadas con L-cistena en 2 M de HCl y mantuvo durante 15 min a temperatura ambiente para reducir As(V)-As(III). Para determinar el As (III) en presencia de As (v), el portador de la solucin de cido clorhdrico fue sustituido por cido ctrico de 2 M / tampn citrato a pH 5,0. Se calcul entonces el As (v) de la diferencia de As(Tot) y As (III) (Samanta y Clifford, 2005).2.5.2. Preservacin y anlisis de hierroPara la determinacin del hierro total, sin filtrado muestras de CE y FeCl3 coagulantes existencias fueron disueltos en diluir HNO3 (Conc. final 0,1%). La concentracin exacta del hierro total se analiz mediante espectroscopa de absorcin atmica de llama (AAS) segn los mtodos estndar (Clesceri et al., 1998). Tambin se analiz la concentracin de Fe2 + por espectrofotmetro UV mtodo de la 1,10 fenantrolina (Vogel, 1978), tomando muestras no filtradas disueltas en 0,1% cido clorhdrico. Luego se calcul la concentracin de hierro insoluble (Fe3 +) de la diferencia entre el total de hierro y Fe2 +.2.6. Efecto de los iones que compiten en la remocin de arsnicoCC y CE experimentos discutidos anteriormente se repiten para las siguientes composiciones de reto de agua enriquecido con as (v) a pH 6.5, 7.5 y 8.5 para determinar el efecto del slice y del fosfato en la adsorcin de as (v). NSFI-53 sin silicona (i.e., Si = 0 mg/L PO4-P = 40 mg/L) NSFI-53 sin fosfato (i.e., P = 0 mg/L, Si = 20 mg/L) NSFI-53 sin slice y fosfato (i.e., Si = 0 mg/L y PO4-P = 0 mg/L)3. resultados y discusin3.1. Funcionamiento de la unidad de electrocoagulacinLa unidad CE primero fue probada por su capacidad para generar hierro en proporcin a la corriente operando en diferentes valores actuales, tanto en modo continuo y por lotes. Se tomaron muestras para anlisis de hierro total, generado por unidad de CE, desde el efluente de la unidad EC en cada condicin de funcionamiento-actual diferente. Para determinar la eficacia de la actual, la cantidad de hierro generado se calcul usando la ley de Faraday. Los detalles experimentales y los resultados se dan ampliamente en otros lugares (Lakshmanan, 2007). Tanto en modo continuo y por lotes, el hierro generado experimentalmente era constante con la produccin de Fe2 en los nodos. Ajustando la corriente de funcionamiento y caudal de fuentes de agua a tratar, se obtuvo la concentracin deseada de hierro. Los datos experimentales de la generacin de hierro no ajusta la curva terica perfectamente y estaba dispersa en lotes en comparacin con la operacin de modo continuo probablemente debido a la operacin de estado no estacionario. La eficacia actual calculada con respecto a la generacin total de hierro era >95% en modo continuo y 80-95% en modo por lotes basan en la pendiente de la curva de mejor ajuste lineal con intercepto cero.

3.2. Arsnico retiro durante la coagulacin qumica en agua desafo NSFI3.2.1. Arsnico extraccin con cloruro frrico como coagulanteLas eficiencias de remocin de As (v) y As (III) en NSFI agua desafo en CC con FeCl3 en funcin de la dosis de coagulante y pH se muestran en la figura 2. Las eficiencias de remocin de As (v) eran dependiente del pH y los retiros aumentaron con la disminucin de pH (Fig. 2a). Remocin de As (III) era independiente del pH en el rango de pH de 6.5 -8.5 (Fig. 2b). La eficiencia de remocin de As (III) fue encontrada para ser igual a la eficiencia de remocin de As (Total) (Fig. 2b), no confirmando la oxidacin de As (III) durante la coagulacin FeCl3.3.2.2. As (v) remocin con sulfato de hierro como coagulantePara entender la importancia de la dosificacin Fe3 + en comparacin con Fe2 + para remocin de arsnico, que demostr para ser fundamental durante la generacin de Fe2 + en la CE, se realizaron experimentos CC con FeSO4 como coagulante en el agua de desafo NSFI a pH 6.5, es decir, las condiciones experimentales similares a CC con FeCl3 (mezcla rpida a 100 rpm por 2 min). La comparacin de las eficiencias de remocin de as (v) con FeSO4 (Fe2 +) y FeCl3 (Fe3 +) demostr la absorcin insignificante con Fe2 + (< retiro del 10% para 2,5 mg/L Fe2) frente a absorciones obtenidas con Fe3 + (aprox100% eliminacin de 2,5 mg/L Fe3 +) a pH 6.5 (figura S1 en material de apoyo). El anlisis del filtrado de CC con Fe2 + demostr > 95% de hierro soluble (Fe2 +) permanecen en el agua tratada desafo para todas las dosis. Los resultados fueron consistentes con Fe2 + oxidacin estudios FAS como coagulante en reto agua que demostr insignificante oxidacin (< 5%) al final de 2 minutos de la mezcla a un pH 6.5 (Lakshmanan et al., 2009). Los resultados fueron consistentes con Fe2 + oxidacin estudios FAS como coagulante en reto agua que demostr insignificante oxidacin (< 5%) al final de 2 minutos de la mezcla a un pH 6.5 (Lakshmanan et al., 2009). 3.3. Arsenic(V) retiro durante la electrocoagulacin en agua desafo NSFI3.3.1. As(v) eliminacin en modo por lotesLos retiros de as (v) en NSFI desafan agua debido a hierro xidos/hidrxidos generados en la CE mostr errtica absorcin a pH 6.5, mientras que a pH 7,5 y pH 8.5 los retiros eran ms constantes (Fig. 3a). Las eficiencias de remocin de As (v) a pH 6.5 y 7.5 fueron similares, y comparacin de las eficiencias de remocin a pH 7.5 y 8.5 demostr que, con el aumento de pH, la remocin de As (v) disminuida como fue el caso de CC. Era de esperarse, basado en informes de la literatura (Chen et al., 2000; Molinos, 2000; Balasubramanian y Madhavan, 2001; Mollah et al., 2004; Kumar et al., 2004; Parga et al., 2005; Hansen et al., 2006; Kobya et al., 2006) que xidos insolubles de hierro / hidrxidos (Fe(OH)2 (s) o Fe(OH)3(s)) sera el final productos despus de electrlisis y de hidrlisis durante el EC Por lo tanto, se esperaba que retiros de As (v) sean similares si no mejor que en CC. Sin embargo, los resultados observados fueron en contraste con las expectativas particularmente a pH 6.5 y a un grado, a pH 7,5. As determinar si el xido de hierro/hidrxidos insolubles se formaron durante CE, detallados estudios sobre los mecanismos fundamentales que intervienen y los productos formados durante la CE se llevaron a cabo en una unidad de CE unicelular ms pequeo, ms fcil para manejar (Lakshmanan et al., 2009). Los resultados mostraron aumento de la concentracin de Fe2+ soluble con la disminucin de pH.La concentracin de hierro ferroso soluble (Fe2+) y hidrxido de xido de hierro insoluble (Fe(OH)3 (s) / FeOOH(s) como Fe3+) formado despus de 2 min de la mezcla se muestran en la figura 3b. Incluso Aunque hubo eficiencias de remocin de As(v) significativas, se observaron concentraciones significativas de hierro soluble en el lquido filtrado a pH 6,5 (70-85% Fe2+) y pH 7.5 (20-30% Fe2+). El ayudara a xidos frricos/hidrxidos slidos formados en retiro de arsenico, mientras que el soluble Fe2+ pasara a travs del filtro y no ayuda en el retiro. A pH 6.5, ms del hierro presente despus de 2 min Fe2+ soluble, que no se fijan por adsorcin de As (v). Una comparacin de la absorcin de As (v) a pH 6,5 durante la CE y Fe2+ CC demostrada > 50% retiro durante la CE, mientras que es menor del 10% posible con Fe2+ coagulante. Esta adsorcin superior durante CE fue posiblemente debido a las superficies de hierro xido/hidrxido de las barras de hierro en la unidad de CE en estado no estacionario por lotes operacin, que fue confirmada por experimentos EC continuos discuten a continuacin. Otra razn de la mayor Fe2+ oxidacin durante el CE (15e30%) en comparacin con (CC