MXPA06007103A

MXPA06007103A - Metodo para la remocion de metales de un medio acuoso que contiene metal.

Info

Publication number: MXPA06007103A
Application number: MXPA06007103A
Authority: MX
Inventors: Branislav Petrusevski; Saroj Kumar Sharma; Jan Cornelis Schippers
Original assignee: Ihe Delft
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2007-02-16
Also published as: WO2005061391A1; HRP20060222A2; CN1886344A; EP1697263A1; EP1697263B1; HRP20060222B1; RS20060392A; AU2003296270A1; CN100462311C

Abstract

La presente invencion se relaciona a un metodo para la remocion de metales de un medio acuoso que contiene metal, en donde el medio acuoso se pone en contacto con un material portador, el material portador que funciona como un medio de adsorcion para los metales. Es un objetivo de la presente invencion proporcionar un metodo para la remocion de metales de un medio acuosos que contiene metal, en donde una eficiencia de remocion alta de metales pesados se logra ya desde el principio.

Description

MÉTODO PARA LA REMOCIÓN DE METALES DE UN MEDIO ACUOSO QUE CONTIENE METAL DESCRIPCIÓN La presente invención se relaciona a un método para la remoción de metales de un medio acuoso que contiene metal, en donde el medio acuoso se pone en contacto con un material portador, el material portador que funciona como un medio de adsorción para los metales. Tal método es conocido per se de la solicitud internacional WO 94/06717, en la que un medio acuoso que contiene metal se pasa a través de un material portador particulado en la presencia de una solución de Fe (II) y un oxidante a tal velocidad y en tal dirección que el material portador se fluidiza en el medio acuoso. Cuando tales iones de Fe (II) se ponen en contacto con la superficie del material portador en la presencia de un oxidante, los iones de Fe (II) se adsorben sobre la superficie del material portador, y los iones de Fe (II) adsorbidos se oxidan subsecuentemente para formar iones de Fe (III) que luego se convierten rápidamente en oxihidróxido de hierro al reaccionar con agua. La capa de oxihidróxido de hierro así formado in-situ actúa como un adsorbente para o puede reaccionar con los metales contenidos en el medio acuoso, en el que los metales se enlazan de esta manera a las partículas del material portador. De acuerdo a los datos experimentales que se muestran en la Tabla 5 de la solicitud internacional anteriormente mencionada, por ejemplo, la eficiencia de remoción de por ejemplo arsénico es esencialmente baja, viz, 65.3%, después de que la eficiencia lentamente se incrementa para un valor de aproximadamente 99.8%. Sobre la base de estos datos de medición es aparente que el efluente del reactor contiene una cantidad significante de metales en el inicio del proceso, el que por lo tanto se vuelve inadecuado para consumo humano. Si el efluente va a ser drenado en el agua de superficie, el contenido alto de hierro podría también presentar problemas. Aunque la eficiencia de remoción alcanza un valor de más de 99% después de algún tiempo, el efluente obtenido de este inicio del proceso todavía está fuertemente contaminado con metales pesados. Una desventaja de tal método es el hecho de que frecuentemente se dificulta en la práctica para determinar el momento en el que se logra el alto grado de eficiencia, especialmente en aquellos casos en el que no se hace uso de equipo de análisis costoso. Puesto que el material portador puede estar en una condición de fluidización, los requerimientos especiales necesitan que sean hechos con respecto a las dimensiones del material portador. Esto significa que solamente una fracción de criba precisa es adecuada para uso con tal método. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un método para la remoción de metales de un medio acuoso que contiene metal, en donde una eficiencia de remoción alta de metales pesados se logra ya desde el principio. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para la remoción de metales de un medio acuoso que contiene metal, en donde los requerimientos críticos con respecto al tamaño de partícula especial del material portador son cosas del pasado. Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para la remoción de metales de un medio acuoso que contiene metal, en donde el material portador, que está saturado con metales, se puede regenerar en una simple y eficiente manera. Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para la remoción de metales de un medio acuoso que contiene metal, en donde se hace el uso de un material portador que está disponible en gran escala. La invención como es referida en la introducción se caracteriza en que el método comprende las siguientes etapas: a) proporcionar un medio de filtro recubierto de oxidehidróxido de hierro como el material portador, b) poner en contacto el material portador obtenido en la etapa a) con el medio acuoso a fin de obtener un efluente, c) terminar la etapa b) cuando el contenido de metal del efluente exceda un valor específico, d) regenerar el material portador de la etapa c) al poner en contacto el material portador con una solución de Fe (II), y posiblemente e) repetir las etapas b)-d) . Uno o más de los objetivos de' la presente invención se logran al llevar a cabo el presente método. Se debe observar en particular que la presente invención es efectiva inmediatamente después de que la etapa b) ha sido comenzada. El efluente obtenido en la etapa b) va a ser considerado como un flujo acuoso, el contenido de metales del que es más bajo que aquel del medio acuoso del cual los metales van a ser removidos. Utilizando un material portador especial, en particular un medio de filtro recubierto de oxidehidróxido de hierro, un flujo de efluente que no contiene ninguno de los metales pesados se obtiene inmediatamente después de que el medio acuoso ha sido puesto en contacto con el material portador. Usando el presente método, la eficiencia de remoción es más alta que 99% ya en el principio. Puesto que un grado alto de eficiencia se obtiene del momento el medio acuoso y el material portador se ponen en contacto uno con otro, el efluente obtenido de esta manera es adecuado para usarlo, por ejemplo como agua para beber apta para consumo humano . Las condiciones del proceso típicas son: diámetro del material portador = 0.8 - 5.0 mm, proporción de filtración = 0.5 - 20.0 m/h, preferentemente 5.0 - 10.0 m/h, duración de las etapas a-b) = unas pocas semanas en promedio, profundidad total del lecho de filtro = 0.5 - 4.0 m, preferentemente 2.0 - 3.0 m. Se debe entender que el medio de filtro se arregla como un lecho fijo, pero en modalidades específicas es preferible arreglar un número de unidades de filtro individuales, en particular 2-3 unidades de filtro, en serie, en donde cada unidad de filtro se puede regenerar separadamente sin tener que colocar la instalación completa fuera de operación. Además es posible operar cada unidad de filtro en serie en orden aleatorio. Puesto que el material portador será saturado después de un tiempo con los metales que van a ser removidos del medio acuoso, el contenido de metal del efluente será más alto que un valor predeterminado. En otras palabras, se excede un valor de punto inicial determinado como concierne al contenido de metal del efluente. Esto significa que el material portador saturado de metal se debe someter a una etapa de regeneración, en el que la etapa en particular se lleva a cabo al poner en contacto el material portador de la etapa c) con una solución de Fe (II) . El Fe (II) se adsorbe sobre la superficie del material portador durante la etapa de regeneración d) , y se oxida como resultado de la presencia del oxígeno en el medio acuoso. También es posible usar agentes de oxidación, tal como ozono, peróxido de hidrógeno, permanganato de potasio, cloro y los similares. El resultado es que una nueva superficie ha sido formada sobre el material portador, en el que la superficie puede funcionar como un nuevo lugar de adsorción para los metales pesados que van a ser removidos. Tal etapa de generación se puede repetir varias veces. Una ventaja de tal etapa de regeneración es el hecho de que el material portador se regenera rápidamente y eficientemente, sin grandes cantidades de químicos que se requieren. Además de eso, una solución de Fe (II) está disponible en gran escala y en un bajo costo como un subproducto de la industria de procesamiento de acero. En la solicitud internacional anteriormente discutida WO 94/06717, la dosificación continua de una solución que contiene Fe (II) toma lugar durante la etapa de adsorción, con un contenido de Fe (II) que se mide en el efluente todas las veces. Esto significa que el efluente obtenido del método de acuerdo a la solicitud internacional WO 94/06717 contiene una cantidad especifica de Fe (II) en todas las veces, que afecta adversamente además del uso de la misma, por ejemplo como agua para beber o agua de proceso. Además, la presencia de Fe (II) puede tener un afecto adverso en la posibilidad de drenar el efluente en el agua de superficie, en particular en el caso del tratamiento de agua de desecho. Además, el método de acuerdo a la solicitud internacional WO 94/06717 requiere la dosificación continua de una solución de Fe (II) . Debe ser entendido que tal dosificación continua no solamente incrementa el costo, si no además coloca una carga adicional sobre el usuario. El medio de filtro recubierto de óxido de hierro que se utiliza en la presente invención se selecciona del grupo que consiste de arena, piedra pómez, antracita o una combinación de los mismos, en particular la arena se utiliza de una planta de purificación de agua molida existente. Tal tipo de arena está disponible en gran escala, y ya se proporciona con un recubrimiento de óxido de hierro. Las condiciones de proceso específicas para la etapa de regeneración son: proporción de filtración — 5 - 50 m/h, preferentemente 10 - 20 m/h, contenido de Fe (II) = 50 - 200 mg/1, duración = 0.5 - 2 horas, valor de pH = 5.0 - 8.0, preferentemente 6.0 - 7.0. Las condiciones de regeneración anteriores también se pueden adaptar, si es necesario, el contenido de Fe (II) se puede incrementar al valor precisamente abajo del límite de solubilidad del Fe (II), por ejemplo. El presente método puede en particular ser llevado a cabo en uno y el mismo contenedor o unidad de filtro, lo cual significa que las etapas de adsorción a)-c) así como la etapa de regeneración d) se llevan a cabo en el mismo contenedor o unidad de filtro. En la práctica esto tendrá mejores ventajas. En una modalidad específica también es posible, por otra parte, remover el material portador, que se satura con los iones de metal, y se regenera fuera del contenedor, por ejemplo al combinar los contenidos de otras unidades de adsorción. El método de acuerdo a la presente invención se puede utilizar para la remoción simultánea de inter alia los siguientes metales pesados: plomo, arsénico, cromo, mercurio, cobre, manganeso, níquel, cadmio y selenio, que son metales presentes en forma disuelta en un medio acuoso. Un medio acuoso adecuado es por ejemplo agua subterránea, agua para beber, agua de proceso, agua industrial (desecho) y agua de superficie, con la presente invención que es adecuada en particular para la preparación de agua para beber así como para agua industrial de tratamiento (desecho) . Puesto que la regeneración del material portador de la etapa c) se lleva a cabo al poner en contacto el material portador con una solución que contiene Fe (II) , es deseable para el material portador que se ha lavado con una solución acuosa, en particular agua que tiene un contenido de oxígeno alto, antes de las etapas de adsorción a)-c) se llevan a cabo de nuevo, a fin de remover los flóculos de hierro, como resultado en la que la oxidación de Fe (II) en la superficie del material portador será continuada. También es posible, en una modalidad especial, usar unos químicos que contienen flujo acuoso, por ejemplo, ozono, cloro, peróxido de hidrógeno, permanganato de potasio. Cuando tal tratamiento se utiliza, los flóculos de hierro indeseablemente no encontrarán su ruta en los flujos de efluente que se han formado durante el proceso de regeneración. En el presente método, la etapa b) se lleva a cabo de tal manera que el material portador se puede considerara como un lecho fijo, la cual significa que la fluidización del medio portador que se requiere de acuerdo a la solicitud internacional WO 94/06717 no es más necesaria. A fin de obtener un contacto intenso entre el medio acuoso que contiene metales y el material portador, la etapa b) se lleva a cabo preferentemente de tal manera que el medio acuosos se pasa en dirección hacia arriba a través del lecho del material portador. Se debe entender, sin embargo, que el presente método no excluye pasar el medio acuoso en dirección hacia abajo a través del lecho del material portador. A fin de lograr una menor caída de presión a través del lecho fijo del material portador, es deseable para el material portador de acuerdo a la etapa a) tener un diámetro promedio de 0.8 - 5.0 mm. La presente invención ahora será explicada en mayor detalle por medio de un número de ejemplos, en lo cual la referencia se hace a las Figuras acompañantes. La Figura 1 es una representación esquemática de la eficiencia de la remoción del manganeso de un flujo acuoso. La Figura 2 es una representación esquemática de la remoción de arsénico de una composición acuosa. La Figura 3 es una representación esquemática de la regeneración de una unidad de filtro después de un número de etapas de regeneración. La Figura 4 es una representación esquemática de la influencia del ciclo de regeneración en la remoción de arsénico de una composición acuosa. La Figura 5 es una representación esquemática de la remoción de metales pesados de un medio acuoso. E emplo 1 El agua subterránea que contiene manganeso, arsénico y hierro en cantidades de 3.13 mg/1, 417 µg/1 en 3.45 mg/1, respectivamente, se pasó a través de una unidad de filtro que tiene un medio de filtro recubierto de oxidehidróxido de hierro como el material portador, utilizando una proporción de filtración promedio de 0.2 m/h y un tiempo de contacto promedio de 58 minutos. Los resultados de este experimento se representan gráficamente en la Figura 1, los cuales muestran que la eficiencia de remoción sobre un período específico de tiempo también está sobre 90%. Ejemplo 2 En este ejemplo una composición de agua subterránea modelo se pasó a través de una unidad de filtro, en el cual la unidad de filtro contenía tierra recubierta de oxidehidróxido de hierro. La profundidad del lecho de filtro fue de 2.4 m y la proporción de filtración fue de 2 m/h. La composición del agua subterránea que funcionó como el líquido modelo fue arsénico (V) = 250 ± 50 µg/1, P043~ = 0.25 ± 0.10 mg como P y HC03" = 250 ± 20 mg/1, con el valor de pH que es 7.7. El resultado se representa gráficamente en la Figura 2, el cual muestra que el contenido de arsénico en el efluente tiene un valor sustancialmente constante de menos que 5 µg/1. Ejemplo 3 Una columna de filtro que contiene un medio de filtro recubierto de oxidehidróxido de hierro, viz. tierra de una planta de purificación de agua subterránea existente, se operó con una composición de agua subterránea modelo para el propósito de establecer el perfil de remoción del arsénico. La composición del agua subterránea fue como sigue: arsénico As (V) = 250 ± 50 µg/1, HC03~ = 250 ± 20 mg/1, con el valor de pH que es 7.7 ± 0.2. La proporción de filtración fue 5 m/h y la profundidad del lecho fue 2.3 m. Los datos experimentales se representan gráficamente en la Figura 3, los cuales muestran que un grado alto de remoción de arsénico se logra aun después de 14 tratamientos de regeneración. Ejemplo 4 Una composición de agua subterránea modelo, que comprende arsénico AS (V) = 205 ± 50 µg/1, HC3" = 250 ± 20 mg/1 se pasó a través de una unidad de filtro en una proporción de filtración de 5 m/h y una profundidad del lecho de filtro 2.3 m. Los resultados del experimento, con el contenido de arsénico que se estabiliza en posiciones diferentes a lo largo de la unidad de filtro, se representan en la Figura 4, los cuales muestran que el contenido de arsénico en el efluente es independiente sustancialmente del número de etapas de regeneración. Ejemplo 5 Un medio acuoso que tiene un contenido de plomo inicial de 4 g/l y un contenido de cadmio, níquel, cobre y cromo inicial de 2 mg/1 cada uno se sometió a experimentos de adsorción. Los resultados de los experimentos se representan gráficamente en la Figura 5, los cuales muestran que los contenidos de metales pesados en el efluente se habrían disminuido considerablemente después de un período de contacto de aproximadamente 5 días.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para la remoción de metales de un medio acuoso que contiene metal, en donde el medio acuoso se pone en contacto con un material portador, el material portador que funciona como un medio de adsorción para los metales, caracterizado porque comprende las siguientes etapas : a) proporcionar un medio de filtro ya recubierto de oxidehidróxido de hierro como el material portador, b) poner en contacto el material obtenido en la etapa a) con el medio acuoso a fin de obtener un efluente, c) terminar la etapa b) cuando el contenido de metal del efluente excede un valor específico, d) regenerar el material portador de la etapa c) y posiblemente e) repetir las etapas b)-d), representado en que la etapa de regeneración d) se lleva a cabo al poner en contacto el material portador con una solución de Fe (II) .
2. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que el medio de filtro recubierto de oxidehidróxido de hierro se selecciona del grupo que consiste de arena, piedra pómez, antracita o una combinación de las mismas .
3. Un método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado en que se utiliza arena de una planta de purificación de agua subterránea existente. 4. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que las etapas a)-d) se llevan a cabo en el mismo contenedor. 5. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que el material portador se lava con agua después de la regeneración de acuerdo a la etapa d) a fin de remover los flóculos de hierro que se han formado durante la regeneración. 6. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la etapa b) se lleva a cabo de tal manera qu el material portador funcionará como un lecho fijo. 7. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la etapa b) se lleva a cabo de tal manera que el medio acuoso se pasa en dirección hacia arriba a través del lecho del material portador. 8. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que el material portador de acuerdo a la etapa a) tiene un diámetro promedio de 0.8 - 5.0 mm. 9. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la proporción de filtración del medio acuoso en la etapa b) es de 0.5 - 20.0 m/h. 10. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la profundidad total del lecho del material portador es de 0.5 -
4.0 m.