Desarrollo de estrategias tecnológicas para la remoción de arsénico en aguas subterráneas mediante el empleo de geomateriales: aspectos vinculados al diseño y escalado

• Autores: Soto, Edgardo Luis
• Año de publicación: 2018
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Botto, Irma Lía; Thomas, Horacio Jorge
• Materia: Química; geomateriales; Arsénico; extrudados; escalado
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

En el marco de un proyecto dirigido al estudio de estrategias de tratamiento para eliminar arsénico en aguas subterráneas conteniendo valores superiores a las establecidas por la OMS (10 ppb), se viene analizando el comportamiento de adsorbentes basados en el uso de aluminosilicatos laminares ricos en hierro procedentes de depósitos nacionales. El objetivo principal de éste trabajo de Tesis Doctoral está dirigido al diseño de un sistema simple y de bajo costo para la remoción de arsénico utilizando geomateriales. En ese contexto la actividad también se ha abocado a la búsqueda y preparación de nuevos materiales adsorbentes, así como a la obtención y factibilidad de uso de nuevos medios filtrantes y al diseño de un modelo para escalado que pueda ser aplicado para el tratamiento de volúmenes mayores de agua conteniendo el elemento tóxico. La tarea se ha basado en la experiencia existente surgida de la realización de ensayos a nivel de laboratorio en una tesis doctoral aprobada en el año 2015 y de actividades a nivel de planta piloto que han dado lugar a diseños básicos de tratamientos y consecuentemente la instalación de plantas experimentales con capacidad de tratamiento de hasta 2000 litros/día. Habiendo participado activamente en el diseño, construcción e instalación de dichas plantas, se planteó como objetivo la necesidad de evaluar la preparación de otros sistemas alternativos o formas de manejo del material adsorbente para la remoción del contaminante, y en tal sentido se prepararon extrudados de material ferruginoso rico en minerales de arcilla y especies oxídicas de hierro para que colocados eventualmente en un filtro puedan ser utilizados para la eliminación de arsénico en zonas rurales o periurbanas de muy baja densidad poblacional, ya sea que se encuentran suficientemente aisladas de núcleos urbanos y no pueden ser asistidos con el suministro de agua de red o bien que no se justifique la instalación de plantas de tratamiento de un volumen mayor de agua, resultando de utilidad las diseñadas con capacidad de hasta 2000 l/día (escuelas, barrios, caseríos, etc.). Asimismo, con el fin de ampliar la capacidad de atención de la problemática de la contaminación de aguas subterráneas se ha trabajado en un modelo a escala y, utilizando los conceptos de Diseño por Análisis Dimensional, se obtuvo y trasladó la información obtenida precedentemente para el diseño del correspondiente prototipo con capacidad de 20.000 litros/día. Se presentan los cálculos que fundamentan el desarrollo, habiendo probado su aptitud a pequeña escala. Dicho prototipo de 20 mil litros se encuentra en etapa avanzada de construcción en las instalaciones de la Unidad PlaPiMu-LaSeiSic La actividad general se ha realizado con la ayuda de diferentes técnicas de análisis, para la caracterización de los geomateriales y de los productos obtenidos de la mezcla de la especie mineral con aditivos adecuados, permitiendo la selección de estos últimos y evaluado la performance de los citados sistemas. Se utilizaron técnicas fisicoquímicas como difracción por RX, espectroscopia FTIR, análisis químicos de diferente índole (para la caracterización composicional de sólidos y aguas), estudios por microscopía electrónica (SEM-EDS), medidas del potencial Z, estudios de superficie y porosimetría (BET), distribución de tamaño de poros, así como ensayos químicos y térmicos diferentes tendientes al logro de materiales duraderos y adecuados al proceso. En la búsqueda de soluciones a un grave problema socio-sanitario que afecta a más de 10 millones de personas en América latina y a un elevado número de pobladores de la planicie Chaco Pampeana Argentina, región en la que la única fuente de agua para consumo es de origen subterráneo conteniendo valores de arsénico muy superiores a los sugeridos por las normativas vigentes, el estudio constituye la base de una contribución interesante, que, según diseño, podría dar lugar a su aplicación en forma de Bach o en forma continua para la atención, a diferentes escalas, de una problemática de alto riesgo para la salud humana. En el capítulo 1 se hace referencia al marco conceptual del problema, describiendo en el capítulo 2 las alternativas de remoción reportadas en la literatura, algunas de las cuales ensayadas a escala de laboratorio y otras, en menor proporción, implementadas en diferentes zonas afectadas del mundo. En general se observa que no existe una solución universal dados los innumerables factores que determinan la efectividad de los procesos. El capítulo 3 se encuentra referido a los materiales y métodos empleados en tanto que los capítulos 4 y 5 abordan la parte experimental evaluando la preparación y el comportamiento de adsorción de los materiales empleados en la formación de los extrudados (en forma individual y en forma conjunta): materia prima mineral (arcilla ferruginosa), aditivos aglomerantes para mejorar la resistencia de los extrudados (cemento de aluminato de calcio CAC y cemento Pórtland CP) y/o eventualmente arena) y para las propiedades de superficie (carboxi metil celulosa CMC). El capítulo 6 hace referencia a los cálculos que permiten el escalado de las plantas basadas en el empleo del mineral de arcilla en forma de polvo, señalando los resultados preliminares del estudio. Las conclusiones y perspectivas del estudio se indican en el capítulo 7.
Doctor en Ciencias Exactas, área Química
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Exactas