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AMBIENTAL SOCOTER 11/26/2010 Rapa Nui 328 - Recoleta - Santiago - CHILE - Tel. +562 737 0720 - www.ambientalsocoter.cl 1 Rapa Nui N ° 328 Tel . + 562 737 0720 Recoleta Santiago Fax + 562 737 2905 CHILE www . ambientalsocoter . cl TECNOLOGÍAS AVANZADAS DE OXIDACIÓN PARA LA FOTODEGRADACIÓN DEL ARSÉNICO Relator: Cristián González Garrido Gerente Ambiental Socoter

Fotodegradación de Arsénico

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TECNOLOGÍAS AVANZADAS DE OXIDACIÓNPARA LA

FOTODEGRADACIÓN

DEL ARSÉNICO

Relator:Cristián González GarridoGerente Ambiental Socoter

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INDICE

1. INTRODUCCIÓN.

2. EN QUE CONSISTE ESTA TECNOLOGÍA.

3. VENTAJAS.

4. DEGRADACIÓN DEL CIANURO.

5. BASE PRACTICA.

6. IMPLEMENTACION.

TECNOLOGÍAS AVANZADAS DE OXIDACIÓN

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1. INTRODUCCIÓN.

• El Arsénico es extremadamente tóxico para plantas, animales y sereshumanos.

• Si bien el As no se clasifica como metal en la tabla periódica, su ubicaciónestá en el límite y, dado que en su capacidad de formar oxoaniones condos estados de oxidación tiene un comportamiento similar a otroscationes metálicos, aquí lo trataremos como tal.

• Los estados de oxidación del arsénico son +V, +III, 0 y –III.

• En aguas naturales, aparece usualmente como ácido arsenioso y/oarsenitos y ácido arsénico y/o arseniatos.

• En ambientes aireados, el As(III) tiende a oxidarse a As(V),especialmente a pH alcalino.

• Este elemento contamina las aguas a partir del lixiviado de minerales osuelos, tanto por procesos naturales como por actividades del hombre.

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1. INTRODUCCIÓN.

• La toxicidad del As depende de la especiación. Las especies inorgánicasson más tóxicas que las orgánicas unidas y el As(III) es unas 60 vecesmás tóxico que el As(V).

• El arsénico en aguas es responsable de una enfermedad conocida comohidroarsenicismo crónico regional endémico (HACRE), que culmina enlesiones y cáncer de piel.

• Uno de los mayores problemas ambientales que se presenta en Chile esla contaminación de las aguas con Arsénico (As). La contaminación conAs puede deberse a procesos naturales o a instalaciones industriales,principalmente mineras. Por ejemplo, en el norte de Chile, principalmenteen la II Región, existe una elevada contaminación con As de las aguasnaturales, tanta que la expectativa de vida es menor que la medianacional, debido al cáncer a la piel, a problemas cardiovasculares y aenfermedades respiratorias asociadas a la presencia de dicho elemento.

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1. INTRODUCCIÓN.

• Los valores máximos permitidos por las Normas Chilenas son:

Agua Potable (NCh 409): 0,01 mg/L

Aguas Servidas (NCh 609): 0,5 mg/L

Descarga de residuos líquidos a (D.S.90) :

Cuerpos de Aguas Fluviales: 0,5 mg/L

Aguas Lacustres: 0,1 mg/L

Aguas Marinas dentro ZPL: 0,2 mg/L

Aguas Marinas fuera ZPL: 0,5 mg/L

Infiltración Vulnerabilidad Media y Baja (D.S.46): 0,01 mg/L.

• La mayor parte del arsénico presente en minerales se encuentra comoarsenopiritas (FeAsS), realgar (AsS) y orpiment (As2S3), minerales que seencuentran habitualmente mezclados con las especies de cobre que sellevan a procesos industriales.

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2.1. ¿QUÉ ES FOTÓLISIS?

Disociación de moléculas orgánicas complejas por efecto de la luz. Es elproceso en el que se basa la fotosíntesis.

Fotólisis del agua: H2O + hv → H+ + OH-

2.2. ¿QUÉ ES CATÁLISIS?

Consiste en la alteración de la velocidad de una reacción química,producida por la presencia de una sustancia llamada catalizador, que noresulta químicamente alterada en el transcurso de la reacción.

2. EN QUE CONSISTE ESTA TECNOLOGÍA

La Fotocatálisis Heterogénea (FCH), es el proceso más eficiente de lasTecnologías Avanzadas de Oxidación (TAOs), que se basan en procesosfisicoquímicos capaces de producir cambios fundamentales en la estructuraquímica de los contaminantes.

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2.3 ¿QUÉ ES FOTO-CATÁLISIS?

Reacción catalítica que involucra la absorción de luz por parte de uncatalizador o sustrato.

Durante este proceso ocurren reacciones de oxidación, así como dereducción.

Se puede aplicar la fotocatálisis a:

i. Oxidación de compuestos orgánicos

ii. Reducción de iones inorgánicos

iii. Reducción de otros compuestos orgánicos .

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Se habla de fotocatálisis heterogénea porque las fotorreacciones transcurrenen la superficie del catalizador (en la interfase líquido-sólido o gas-sólido).

La fotocatálisis heterogénea permite la degradación, e incluso lamineralización, de gran variedad de compuestos orgánicos según la reacciónglobal siguiente:

Ecuación 1: Reacción Global de Fotocatálisis Heterogénea.

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2.4 ¿QUÉ ES FOTO CATÁLISIS HETEROGENEA?

Catalizador H2O + CO2 + Ácidos MineralesContaminante + OH + O2

hv

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Banda deConductividad

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2.5. PROCESO FOTO CATALÍTICO

Banda deValencia

En

erg

ía

UV

h+

e-0

.2-

02 Foto Reducción

Foto Oxidación.OH + H+

H2O

Cr (VI) → Cr (III)Hg++ → Hg°

. OH + Orgánico → CO2 + H2O

Energ

íade

Sepaera

ció

n

Recom

bin

ació

n

TiO2

TiO2 + hV → e-BC + h+

BV (l < 390 nm)

Ecuación 2: Generación del par electrón-hueco

. OH + As(III) → As(V) + H2O

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3. VENTAJAS:

En el agua:

i. Transforma químicamente al contaminante.

ii. Mineralización completa (destrucción) del contaminante.

iii. Elimina contaminantes refractarios que resisten otros métodos de

tratamiento.

iv. No genera lodos.

v. Trata contaminantes a muy baja concentración (ppb).

vi. No forma subproductos de reacción, o se forman en baja

concentración.

vii. Mejora las propiedades organolépticas del agua.

viii. Elimina efectos sobre la salud de desinfectantes y oxidantes residuales.

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3. VENTAJAS:

Otras:

i. Consume menos energía que otros métodos.

ii. Elevada vida útil.

iii. Amigable ambientalmente.

iv. Sin Productos Químicos.

v. Económicos, Rápida Amortización.

vi. Sencillos.

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4. DEGRADACIÓN DEL ARSÉNICO:

1° Etapa: Camino Oxidativo:

1.1 Arsenito (As+3) => Arseniato (As+5).

a) H3AsO3 + H2O + [OX] H2AsO4- + 3H+ / pH=9

b) H3AsO3 + H2O + [OX] HAsO4-2 + 4H+ / pH=9

1.2 As+5 se hace reaccionar con Fe (III), para su extracción

por filtración.

2° Etapa: Camino Reductivo: (Ausencia de Oxígeno)

Arseniato / Arsenito (As+5 / As+3) => Arsénico (As0).

As+5 + CH4O As0 + H2O + CO2 / pH=3

FC; hv

FC; hv

FC; hv

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5. BASE PRÁCTICA.

Ensayos de Laboratorio:

Antecedentes:

• FC: 0 @ 10%(m/v)

• Caudal: 170 mL/min

• Xi As(III): 1,0 mg/L

Resultados:

• TRH: 240 min

• Xf As(III): 0,02 mg/L

• Eficiencia: 98%

AGUAReactorFotocatalítico

BombaRecirculadora

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 30 60 120 180 240

Ars

én

ico

Re

sid

ua

l(m

g/L

)

Tiempo (min)

As(III)

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6. IMPLEMENTACIÓN.

1. Equipo Piloto

Modelo

Capacidades

Consumo

[kWh]

Dimensiones

Frente * Alto * Fondo

[cm]

Hidráulica

[m3/día] [L/min]

Estanque

[L]

Foto catalizador

[gr]

Intensidad

Ultravioleta

[mW/cm2]

DFC- 18-P 14,4 - 101 10 - 70 200 1 - 2440.000

a 250.0000,38 60 * 180 * 60

CARACTERÍSTICAS:

• Estanque de acumulación.• Bomba de recirculación.• Pre tratamiento por filtración.• Reactor Foto Catalítico.• Rotámetro regulador de flujo.• Intensidad UV pre-calibrada

• Foto catalizador pre-calibrado.

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6. IMPLEMENTACIÓN.

2. Sistema Batch.

Estanque

IN

OUT

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6. IMPLEMENTACIÓN.

3. Sistema Continuo

OUT

IN

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6. IMPLEMENTACIÓN.

4. Fuente Luminosa.

Define la fuente lumínica que se ha de usar.• Reactor UV el cual obtiene la luz de lámparas ultravioleta• Reactores Cilíndricos Parabólicos Compuestos ( Reactor CPC).

Reactor UV

Reactor CPC

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6. IMPLEMENTACIÓN.

5. Datos para Dimensionamiento.

Los principales parámetros a obtener son entre otros:

• Análisis Físico-Químico de las Aguas.

• Caudal del RIL: m3/día o m3/hr

• Tipo de Agua: Aguas Superficiales.

Pozo Profundo

Red Agua Potable.

• Sistema requerido: UV o CPC.

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Muchas Gracias !!

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