2.9. Procedimiento
2.9.3. Construcción de La Columna
esta posee diferentes metales los cuales se disuelven en las fuentes de agua subterráneas. La presencia de Arsénico en los diferentes puntos de muestreo es debido que desde la fuente de captación del manantial se arrastra esta concentración inicial hallada en la fuente de contaminación.
Con respecto al punto de muestreo P2 (Reservorio Bellavista) la concentración de arsénico es similar al de la fuente de captación, la concentración en el P3 (Reservorio de Bolognesi) varia con respecto a los puntos P1 yP2 debido a que en este reservorio se mezcla tres manantiales los cuales son Puncomachay, Yuraccunya y Juntaysama es por esto que disminuye su concentración al valor de 0,0321 mg/L de arsénico, este valor se obtuvo antes del proceso de cloración del agua, P4 (Reservorio de Bolognesi) es punto de muestreo es en el mismo reservorio anterior pero con la diferencia de que se muestreo después de proceso de cloración de agua obteniéndose un valor menor con respecto a la concentración del punto anterior esto debido seguramente al proceso de cloración.
Finalmente se muestreo en un punto de la red de distribución, en una casa del barrio Motto Vivanco en el cual se obtuvo un valor de 0,0323 mg/L de arsénico, esta concentración de este valor se justifica porque se muestreo cuando en el reservorio se detuvo el proceso de cloración es por lo tanto que en el domicilio llegaba el agua sin el proceso de cloración.
2.9.3. Construcción de La Columna
2.9.3.1. Datos Previos a La Construcción de La Columna.
2.9.3.1.1. Carga Hidráulica. La selección de la carga hidráulica (𝑄ℎ) depende del grado de purificación requerido, el tipo y concentración del contaminante, Y la naturaleza del efluente y la caída de presión. Generalmente, altos niveles de purificación, altas concentraciones de impureza, y/o altas viscosidades requerirán una baja carga hidráulica.
La 𝑄ℎ está dada por:
𝑄ℎ = 𝑄 𝐴𝑇
Dónde:
𝑄: Caudal de alimentación de la unidad de adsorción, 𝑚3/ℎ.
𝐴𝑇: Área transversal del lecho, 𝑚2.
2.9.3.1.2. Diámetro del Lecho y Altura de Lecho. Para una columna de lecho fijo es conveniente tener una mayor proporción entre la altura del lecho y el diámetro del lecho, Z/D, ya que el porcentaje de utilización del adsorbente aumenta con ésta. Usualmente Z/D está entre 1:1 a 3:1.
2.9.3.1.3. Altura de La Columna. La columna debe tener una altura extra suficiente para almacenar la mayor carga circulante a tratar, generalmente para sistemas que funcionen con flujo descendente esta altura debe ser mayor al 15 % de la capacidad máxima. Para este caso considerando la altura máxima de 8,75 cm más un 15 % extra dará 10,06 cm de altura de la columna. La altura considerada por en esta experimentación fue de 20 cm que cumple ampliamente con el requerimiento.
2.9.3.1.4 Tiempo de Ruptura. También llamado tiempo de servicio del lecho.
Corresponde al momento en el que, en el efluente de una columna, el adsorbato alcanza una concentración preestablecida.
2.9.3.2. Elaboración de la Columna. Las experimentaciones se ejecutaron a nivel laboratorio en una columna de acrílico de 2,3 cm de diámetro y 20 cm de altura. En la parte inferior se colocó una tela de para impedir el paso del lecho y para el flujo de alimentación se empleó una mini bomba peristáltica.
2.9.3.3. Propiedades de La Arcilla con Pilares de Fe. En este trabajo se optó por trabajar con arcilla con pilares de Fe sintetizados según el método de inserción por hidrolisis de iones positivos soportados en montmorillonitas Fe-HIPI-Mont descrito en su trabajo D.
Masih, Y. Izumi, k. Aika y Y. Seida. En la tabla 8 se observa la parte resaltada con amarillo, las características fisicoquímicas que tiene este adsorbente cuando se sigue este método de síntesis, además de la síntesis de otros materiales con diferentes concentraciones de hierro.
Tabla 8
Comparación de la montmorillonita purificada y otros compuestos sintetizados con métodos diferentes
Adsorbent Fe
[𝑤𝑡 %]
d-spacing [𝐴̇]
SBET
[𝑚2/𝑔]
Pore Size [𝐴̇]
Pore Volume [𝑚𝑚3/𝑔]
Intercalated Total
Na-montmorillonite n.a. 1,5 12,2 26 39 33
2,8% Fe-IE-Mont 2,8 4,3 14,5 43 41 44
14% Fe-HIPI-Mont 14,0 15,3 15,3 100 41 67
15,3% Fe-IPI-Mont 15,3 16,5 15,3 138 41 93
24,6% Fe-IPI-Mont 24,6 25,7 15,0 166 41 92
𝛼-FeO(OH) n.a. 62,8 n.a. 16 n.a. n.a.
𝛼-FeO(OH)[6] n.a. 62,8 n.a. 39 n.a. n.a.
𝛼-FeO(OH)[14] n.a. 62,8 n.a. 54 n.a. n.a.
Nota: Tomado de Optimización de la preparación montmorillonita con hierro intercalado (Masih, Izumi, Aika, & Seida, 2007)
Como se muestra en la figura 15, los valores resaltados a pesar de tener un porcentaje en peso de Fe menor que los otros compuestos excepto por el primero sus datos no son muy diferentes con respecto a los demás, también tendrá una capacidad de adsorción de arsenito y arseniato superior en comparación a los demás. Es por eso el motivo de su elección, otra característica favorable para nuestros fines se muestra en la tabla 9 a continuación que tiene una relación molar alta.
Tabla 9
Resultados de adsorción de arsenito y arsenato para diferentes especies con contenido de Fe
Adsorbent Arsenite Arsenate
a
[𝑚𝑔𝐴𝑠/𝑔𝑎𝑑𝑠] K [𝑚𝐿/𝑔𝐴𝑠]
As/Fe [𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜]
a
[𝑚𝑔𝐴𝑠/𝑔𝑎𝑑𝑠] K [𝑚𝐿/𝑔𝐴𝑠]
As/Fe [𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜]
Na-montmorillonite 0 0 0 0 0 0
2,8% Fe-IE-Mont 1,4 1,4𝑥106 0,037 4,6 4,3𝑥105 0,122
14% Fe-HIPI-Mont 8,0 1,4𝑥106 0,043 75,2 4,2𝑥105 0,401
15,3% Fe-IPI-Mont 4,4 5,1𝑥105 0,021 7,4 1,4𝑥106 0,036
24,6% Fe-IPI-Mont 5,3 5,0𝑥105 0,016 6,1 2,4𝑥106 0,018
𝛼-FeO(OH) 1,9 1,4𝑥106 0,002 2,7 3,2𝑥106 0,003
𝛼-FeO(OH)[6] 13,0 5,4𝑥105 0,015 13,0 5,4𝑥105 0,015 𝛼-FeO(OH)[14] 16,6 5,5𝑥105 0,019 2,0 1,5𝑥105 0,002
Nota: Tomado de Optimización de la preparación montmorillonita con hierro intercalado (Masih, Izumi, Aika, & Seida, 2007)
2.9.3.4. Restricciones de La Columna. Parámetros como la carga hidráulica, caudal, altura de lecho, diámetro y altura de la columna se establecieron en base a investigaciones ya realizadas, en todos los experimentos se fijó una altura constante en la columna así no variase el tiempo de contacto con el lecho ni el flujo de salida de la solución tratada, la solución con la concentración inicial de arsénico se dosificaba por medio de una mini bomba peristáltica.