Remoción de arsénico, cromo y vanadio de agua residual mediante un proceso combinado de ferroxidación y precipitación química

Abstract

En esta tesis se evaluó la eficiencia de remoción de arsénico, cromo y vanadio disueltos en agua residual proveniente de una industria metal mecánica, mediante las técnicas de ferroxidación con viruta de Fe (0) (hierro de valencia cero), precipitación química y un proceso combinando ambas técnicas. Se estudió la ferroxidación con base en un diseño factorial 2k para conocer los parámetros influyen significativamente en el proceso, se analizaron cuatro parámetros: concentración de contaminantes, tamaño de viruta de hierro, cantidad de viruta utilizada y tiempo de residencia. Solamente el tiempo de residencia afectó significativamente la eficiencia. De concentraciones iniciales de 14.16 mg/L de As, 12.82 mg/L de Cr y 13.53 mg/L de V, después del proceso de ferroxidación con 8 h de tiempo de residencia, se obtuvieron eficiencias de remoción de 98.17% de As, 98.64% de Cr y 98.04% de V utilizando 20 g de viruta de tamaño <1 mm. A pesar de estas eficiencias no se alcanzó una concentración por debajo del límite establecido en la NOM-001-SEMARNAT-1996 (DOF, 2018) en el caso del arsénico, sin embargo, cuando se incrementó el tiempo de residencia a 16 h se alcanzó una concentración por debajo del límite establecido para los tres contaminantes. Al tener tiempos de residencia largos (16 h) y gran cantidad de lodos generados (10 g por cada 100 mL por tratamiento), considerados residuos peligrosos, se buscó optimizar el proceso de ferroxidación disminuyendo la cantidad de hierro a 1 g y variando el tiempo de residencia en un intervalo de 8 h. En 4 h se observó una remoción mayor al 98% en As y 100% en V, sin embargo, la remoción de Cr fue cercana al 90%, lo que implicó concentraciones finales que rebasan los límites de la normatividad, por lo que se propuso combinar la ferroxidación, con 4 h de tiempo de residencia, con un proceso de precipitación química. Para este proceso se utilizó la misma muestra de agua que en la evaluación de la ferroxidación, además se usó CaO como agente precipitante. Se obtuvieron remociones finales de 99.5% de As, 98.56% de Cr y mayor a 99% de V. Las concentraciones finales de los tres contaminantes cumplen la normatividad mexicana.

In this thesis the optimization of a process to removal arsenic, chromium and vanadium dissolved in industrial wastewater by ferroxidation with Fe (0) chips, chemical precipitation and a process combining both techniques was studied. Ferroxidation was studied based on a 2k factorial design to know which parameters that influence the process significantly, four parameters were analyzed: pollutant concentration, iron chip size, amount of chip used and residence time. Only residence time significantly affected efficiency. From initial concentrations of 14.16 mg/L of As, 12.82 mg/L of Cr and 13.53 mg/L of V, after the ferroxidation process with 8 h of residence time, removal efficiencies of 98.17% of As, 98.64% of Cr and 98.04% of V were obtained using 20 g of chip size <1 mm. Despite these efficiencies, arsenic concentration was over the limit established in NOM-001-SEMARNAT-1996 (DOF, 2018); however when the residence time was increased to 16 h the concentration was below the limit established for the three pollutants. Ferroxidation process was optimized by reducing the amount of iron to 1 g and varying the residence time in an interval of 8. It was the intention to reduce the long residence times and the large amount of sludge produced, considered hazardous waste. In 4 h a removal greater than 98% in As and 100% in V was observed, however, the removal of Cr was close to 90%, which implied concentrations that exceeded the limits of the regulations. Therefore, the combination of ferroxidation, with 4 hours of residence time, with a chemical precipitation process was proposed. The same concentrations were used as in the evaluation of ferroxidation, CaO was also used as a precipitating agent. Final removals of 99.5% of As, 98.56% of Cr and greater than 99% of V were obtained. The final concentrations of the three pollutants fulfill Mexican regulations.