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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 e