Caracterización de un reactor de electrocoagulación para la remoción de sílica hidratada, arsénico total y fluoruro contenidos en agua de pozo profundo de la zona Bajío empleando aluminio como electrodos de sacrificio

Abstract

La contaminación de agua subterránea por elementos como la silica hidratada (SiO2), arsénico (As) y fluoruro (F) se ha convertido en un problema de interés mundial, debido a las afecciones a millones de personas a nivel mundial causando enfermedades, así como daños a en las redes de tuberías de los sistemas de agua y equipos de proceso en diversas industrias. La electrocoagulación (EC) ha demostrado ser un proceso eficaz y específico en la remoción de metales al desestabilizar fácilmente partículas finas dispersas, aniones y cationes contenidos en el agua. Además, los productos de desecho son menores, a comparación de otros métodos en los que se generan grandes cantidades de lodo residual. Por lo anterior, y mediante estudios recientes se ha comprobado la remoción simultánea de As y Fpor electrocoagulación empleando electrodos de aluminio, sin embargo, haciendo referencia a la SiO2 como contaminante del agua, no se han reportado investigaciones que aseveren la remoción de dicho contaminante mediante electrocoagulación. En este trabajo de investigación se identificó el mecanismo de remoción de SiO2, As y F contenido en agua de pozo profundo (silica hidratada 42 mg L-1, arsénico 40 g L-1, fluoruro 7.3 mg L-1, sulfatos 57 mg L-1, fosfatos 0.26 mg L-1, dureza 9.8 mg L-1, alcalinidad 31.3 mg L-1, pH 8.02 y conductividad 605 μS cm-1) por electrocoagulación empleando electrodos de aluminio a condiciones de densidad de corriente comprendidas entre 10 j 20 mA cm-2 y velocidades lineales de entre 0.91 u 3.64 cm s-1. Se obtuvieron remociones eficientes que permitieron satisfacer con lo requerido por la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994, para agua de uso y consumo humano en términos de As (<25 mg L-1) y F (<1.5 mg L-1), mientras que la silica hidratada se removió hasta 1.25 mg L-1. Por otro lado, en términos de consumos energéticos y dosis de coagulante electrogenerado, la mayor remoción se obtuvo a una densidad de corriente de 14 mA cm-2 y una velocidad de 1.82 cm s-1, siendo la concentración residual de silica hidratada de 4 mg L-1 y logrando un abatimiento en la concentración de arsénico total y fluoruro, generando un costo de 4.81 $ MXN KWh m-3 de agua tratada, lo que pone en evidencia que el proceso de EC es una alternativa viable. Así mismo se caracterizaron los flocs por espectroscopía de infrarrojo con transformada rápida de Fourier (FTIR), microscopia de barrido electrónico (SEM), difracción de rayos (XRD), las cuales permitieron identificar que la silica hidratada reacciona con el aluminio formando aluminosilicatos, mientras que el fluoruro reemplaza a un grupo hidroxilo de los flocs de aluminio, y finalmente que el arsenato y otros iones coexistentes como el sulfato y fosfato se adsorben sobre los agregados de aluminio.