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.