Envenenamiento por arsénico: eliminación de la contaminación por arsénico en el agua potable mediante resina de intercambio iónico
Propiedades químicas y peligros del arsénico
El arsénico es un metaloide, comúnmente conocido como trióxido de arsénico, y es una sustancia altamente tóxica. El 23 de julio de 2019, el arsénico y sus compuestos se incluyeron en la lista de contaminantes tóxicos y peligrosos del agua (primer lote).
El contenido de arsénico en las aguas superficiales es relativamente seguro, y muy pocas fuentes de agua superficial superan los 5 µg/L. Sin embargo, los niveles de arsénico en las aguas subterráneas pueden alcanzar niveles superiores. Las plantas de tratamiento de agua que utilizan aguas subterráneas para el consumo humano deben adoptar procesos de tratamiento adecuados para eliminar el exceso de arsénico del agua. Según las "Normas para la Calidad del Agua Potable" (GB5749-2006), el contenido de arsénico en el agua potable debe ser inferior a 0,01 mg/L.
Causas y peligros del exceso de arsénico en las aguas subterráneas
Tanto las aguas subterráneas naturales como las superficiales pueden contener arsénico, siendo las subterráneas las que suelen presentar concentraciones más altas que las superficiales. El contenido de arsénico en las aguas superficiales es relativamente seguro, y muy pocas fuentes superan los 5 µg/L. Sin embargo, las aguas subterráneas pueden contener niveles mucho más altos de arsénico. Las plantas de tratamiento de aguas que utilizan aguas subterráneas como fuente de agua potable deben implementar procesos de tratamiento adecuados para eliminar el exceso de arsénico. Según las "Normas para la Calidad del Agua Potable" (GB5749-2006), el contenido de arsénico en el agua potable debe ser inferior a 0,01 mg/L.
Estándares y límites de calidad del agua
| Indicador | Valor límite |
|---|---|
| Indicadores microbiológicos | |
| bacterias coliformes totales
(MPN/100 ml o UFC/100 ml) | No detectable |
| Coliformes termotolerantes
bacterias (NMP/100 ml o UFC/100 ml) | No detectable |
| bacterias coliformes fecales
(MPN/100 ml o UFC/100 ml) | No detectable |
| Recuento bacteriano total (UFC/mL) | 100 |
| Indicadores toxicológicos | |
| Arsénico (mg/L) | 0.01 |
| Cadmio (mg/L) | 0.005 |
| Cromo (hexavalente) (mg/L) | 0.05 |
| Plomo (mg/L) | 0.01 |
| Mercurio (mg/L) | 0.001 |
| Selenio (mg/L) | 0.01 |
| Cianuro (mg/L) | 0.05 |
| Fluoruro (mg/L) | 1.0 |
| Nitrato (como nitrógeno, mg/L) | 10 (20 para fuentes de agua subterránea) |
| Otros indicadores químicos | |
| Triclorometano (mg/L) | 0.06 |
| Tetraclorometano (mg/L) | 0.002 |
| Cloraminas (como Cl2, mg/L) | 0.01 |
| Clorofenol (como Cl2, mg/L) | 0.9 |
| Clorito (cuando se utiliza cloro)
dióxido de carbono para desinfección, mg/L) | 0.7 |
| Clorato (cuando se utiliza
dióxido de cloro combinado desinfección, mg/L) | 0.7 |
Tabla: Indicadores de calidad de las aguas subterráneas
Causas y peligros del exceso de arsénico en las aguas subterráneas
Fuentes industriales
La producción industrial es una fuente importante de contaminación por arsénico, especialmente en la metalurgia y la minería no ferrosas. Minerales con arsénico, como la arsenopirita, el rejalgar, el oropimente y la enargita, se encuentran comúnmente junto con otros minerales metálicos no ferrosos. Debido a la liberación natural y a las actividades humanas, especialmente la minería extensiva y el uso de minerales de baja calidad, se generan grandes cantidades de residuos y subproductos con arsénico en la minería y fundición de metales no ferrosos. Estos incluyen polvo con arsénico proveniente de la pirometalurgia y residuos de purificación de la hidrometalurgia. Además, las aguas residuales provenientes de la preparación de ácido sulfúrico, la producción de tintes químicos y pesticidas, el procesamiento de la madera y las industrias del vidrio y la cerámica suelen contener altas concentraciones de arsénico.
Impactos en la salud
El arsénico puede ingresar al cuerpo humano a través de las vías respiratorias, los alimentos o el contacto con la piel, acumulándose en órganos o tejidos como el hígado, los riñones, los huesos y el cabello. Puede dañar los sistemas digestivo y nervioso. El consumo prolongado de agua con alto contenido de arsénico puede provocar enfermedades cutáneas como queratosis y cambios en la pigmentación, pie negro, trastornos neurológicos, daño vascular y un mayor riesgo de enfermedades cardíacas. En regiones como Mongolia Interior, Xinjiang y Taiwán en China, se han registrado niveles de arsénico en el agua potable de 0,2 a 2,0 mg/L, superando significativamente el estándar nacional de agua potable de menos de 0,05 mg/L. Esto ha provocado una intoxicación endémica por arsénico. Eliminar el arsénico del agua potable es una medida fundamental para prevenir y controlar la intoxicación endémica por arsénico.
Métodos de eliminación de arsénico
Los métodos actuales de eliminación de arsénico notificados a nivel nacional e internacional incluyen:
- métodos biológicos
- Métodos de coagulación
- Métodos de precipitación
- Métodos de adsorción
- Métodos de intercambio iónico
Estos métodos se implementan para reducir eficazmente los niveles de arsénico en el agua potable y mitigar los riesgos de salud asociados.
Procesos de eliminación de arsénico en aguas subterráneas y agua potable
Métodos biológicos
El principio de los métodos biológicos implica el uso de cepas bacterianas especiales que producen sustancias similares a los lodos activados durante su cultivo. Estas sustancias se unen al arsénico mediante la floculación, formando un precipitado que permite su eliminación. Sin embargo, el ciclo de cultivo de estas cepas bacterianas es largo y requiere condiciones ambientales rigurosas. Por lo tanto, los métodos biológicos se utilizan generalmente para la eliminación de arsénico en aguas residuales, con escasas aplicaciones reportadas para el agua potable.
Métodos de coagulación
El principio de los métodos de coagulación consiste en utilizar coagulantes con una alta capacidad de adsorción para adsorber el arsénico, convirtiéndolo en un precipitado. Este precipitado se separa del agua mediante filtración y otros medios. Los métodos de coagulación son rentables, fáciles de usar y altamente eficientes en la eliminación del arsénico. Permiten tratar eficazmente las aguas residuales industriales para cumplir con los estándares de vertido y garantizar la seguridad del agua potable. Por lo tanto, la coagulación se utiliza ampliamente en la producción industrial y el tratamiento de agua potable. Sin embargo, los métodos de coagulación requieren grandes cantidades de coagulantes, generan cantidades significativas de lodos residuales con arsénico que son difíciles de manejar y, si se acumulan con el tiempo, pueden provocar contaminación secundaria, lo que limita su aplicación.
Métodos de precipitación
El principio de los métodos de precipitación consiste en utilizar reacciones químicas para convertir el arsénico en un precipitado, que posteriormente se elimina mediante filtración. Los métodos de precipitación ofrecen claras ventajas para el tratamiento preliminar de aguas residuales industriales con alto contenido de arsénico, pero no son adecuados para tratar trazas de arsénico en agua potable. Por lo tanto, las aguas residuales tratadas con arsénico suelen requerir métodos adicionales de tratamiento profundo para cumplir con las normas de vertido.
Métodos de adsorción
El principio de los métodos de adsorción implica el uso de materiales sólidos con altas áreas superficiales específicas e insolubilidad como adsorbentes. Estos adsorbentes emplean mecanismos como la adsorción física, la adsorción química o el intercambio iónico para fijar los contaminantes de arsénico del agua en sus superficies, logrando así su eliminación. La eficacia de los métodos de adsorción puede verse influenciada por la materia orgánica, el pH, la forma y concentración del arsénico en el agua, y la presencia y concentración de otros iones. Además, los materiales adsorbentes suelen ser costosos. Se pueden emplear medidas de pretratamiento, como la filtración multietapa antes de usar los adsorbentes, para mejorar la eficiencia de los métodos de adsorción.
Método de intercambio iónico
El principio del método de intercambio iónico consiste en el uso de resinas de intercambio aniónico con iones intercambiables que reaccionan con los iones de arsénico presentes en el agua para eliminar el arsénico. Este método produce solo el 20 % del volumen de lodos en comparación con los métodos de precipitación química, lo que reduce significativamente los costos de eliminación de lodos. Además, el método de intercambio iónico ofrece una gran capacidad de tratamiento, es fácil de operar, fácil de regenerar y presenta una buena eficiencia de separación. Cumple con las estrictas normas de vertido y facilita la recuperación de diversos componentes valiosos. Por lo tanto, se considera un método prometedor para la eliminación de arsénico y se aplica cada vez más en diversos escenarios de eliminación de arsénico.
Estos métodos se implementan para garantizar la eliminación segura del arsénico de las aguas subterráneas y del agua potable, previniendo los riesgos para la salud asociados con la contaminación por arsénico.
Resumen de los métodos de eliminación de arsénico
| Método | Principio | Ventajas | Desventajas | Aplicaciones |
|---|---|---|---|---|
| Biológico | bacterias especiales
producir sustancias que se unen con arsénico para formar precipitados. | Eficaz para
arsénico en aguas residuales eliminación. | Ciclo de cultivo largo,
estrictas normas ambientales requisitos. | Aguas residuales
tratamiento |
| Coagulación | Los coagulantes se adsorben
arsénico, formando una precipitado que es Luego se filtró. | Rentable, fácil de
operar, alta eficiencia. | Requiere grandes cantidades
de coagulantes, produce lodos residuales importantes, potencial para secundaria contaminación. | Industrial y
agua potable |
| Precipitación | Reacciones químicas
convertir el arsénico en un precipitado que es filtrado. | Eficaz para personas de alta
arsénico industrial aguas residuales. | No apto para trazas
arsénico en la bebida agua. | Industrial
aguas residuales tratamiento |
| Adsorción | Materiales sólidos con
gran superficie adsorber arsénico a través de medios físicos o químico mecanismos. | Eficaz para varios
concentraciones de arsénico, adaptable a pre- medidas de tratamiento. | Influenciado por lo orgánico
materia, pH y otros iones, caros materiales adsorbentes. | Beber y
aguas residuales tratamiento |
| Ion
Intercambio | Intercambio de aniones
las resinas intercambian iones con iones de arsénico en agua. | Baja producción de lodos,
rentable, grande capacidad de tratamiento, Fácil de operar, bueno separación. | Requiere regeneración
de resinas, potencial alto costo inicial. | Amplio
aplicaciones |
El método de intercambio iónico se destaca por su eficiencia, bajos costos operativos y capacidad para cumplir con estrictos estándares ambientales, lo que lo convierte en una opción versátil y cada vez más popular para la eliminación de arsénico tanto en agua potable como en aplicaciones industriales.
Proceso de eliminación de arsénico mediante intercambio iónico
Figura: Proceso de intercambio iónico para la eliminación de arsénico.
1.Oxidación:
- Agente oxidante: se añade un agente oxidante al agua subterránea que contiene arsénico.
- Preoxidación: Este paso convierte el arsénico (III) en arsénico (V), que se elimina más fácilmente mediante resinas de intercambio iónico.
2.Prefiltración:
- El agua se somete a un paso de prefiltración para eliminar cualquier partícula que pueda obstruir la resina de intercambio iónico.
3.Resina de intercambio iónico:
- Intercambio iónico: El agua prefiltrada pasa a través de una resina de intercambio iónico, donde los iones de arsénico se intercambian con otros iones en la resina, eliminando eficazmente el arsénico del agua.
4. Aguas residuales de retrolavado:
- El sistema de intercambio iónico se lava a contracorriente periódicamente para eliminar los contaminantes acumulados en la resina. El agua de lavado a contracorriente se trata como agua residual.
5.Agua tratada:
- El agua tratada, ahora libre de arsénico, se recoge como agua de salida lista para su uso.
Proceso de eliminación de arsénico por intercambio iónico de Sunresin
Usando el proceso de eliminación de arsénico por intercambio iónico de Sunresin como ejemplo, el SEPLITE
®Se utiliza la resina de eliminación de arsénico LAR714, que elimina selectivamente ciertos iones. Esta resina se utiliza por su alta capacidad y tasa de adsorción, eliminando eficazmente los compuestos de arsénico del agua potable y las aguas subterráneas.
SEPLITA
® LAR714
La resina para la eliminación de arsénico es un tipo de resina polimérica con grupos funcionales que posee excelentes propiedades físicas y químicas. Presenta indicadores de resistencia superiores, lo que cumple con los requisitos para lechos de resina de mayor altura. Se utiliza para eliminar arsénico del agua, alimentos, soluciones azucaradas y otros líquidos. La resina puede adsorber hasta 1,4 g de arsénico por litro, con una precisión de eliminación de hasta 5 ppb o menos (la capacidad de adsorción y la precisión de eliminación dependen del contenido de arsénico en la solución de alimentación).
Para mejorar la selectividad de la resina para el arsénico, BlueStar Sunresin incorpora grupos funcionales con funciones de adsorción específicas en su estructura. Esto resulta en una selectividad excepcionalmente alta, logrando una adsorción direccional de arsénico superior al 95 %. Además, mediante procesos especiales, se garantiza una robustez y durabilidad excepcionales de los grupos funcionales.
Ventajas de la
SEPLITA
® Resina LAR714
En la actualidad, la
SEPLITA
® Resina LAR714
Ha logrado reconocimiento industrial en los sectores químico, alimentario y de agua potable, ofreciendo las siguientes ventajas:
- Adsorción selectiva: La estructura especial de los grupos funcionales de la resina es selectivamente adsortiva hacia arseniatos y arsenitos.
- Estable y eficiente: El agua tratada puede reducir sus niveles de arsénico por debajo de 5 ppb, sin que se detecte arsénico por encima del límite durante la operación. La eficiencia de adsorción suele ser superior al 99 %.
- Económico y fiable: La resina mantiene una capacidad de intercambio estable tras la saturación y la regeneración, lo que permite su reutilización. El consumo energético operativo del equipo es bajo.
- Fácil operación y mantenimiento: El sistema está altamente automatizado, con opciones para el control automático o manual del flujo de agua y el proceso de regeneración.
- Varias especificaciones del equipo: El equipo se puede diseñar con diferentes especificaciones según el volumen de agua, manejando fácilmente diferentes cantidades de agua.
- Ahorro de espacio: el equipo ocupa poco espacio, lo que permite conservar espacio.
Estas características hacen que el SEPLITA ® LAR714 Resina: una solución versátil y práctica para la eliminación de arsénico en múltiples industrias.
SEPLITA
® LAR714
Estudio de caso sobre la eliminación de arsénico en resinas
Caso de eliminación de arsénico en el agua potable
Una empresa de agua potable de Guangxi implementó un proyecto de eliminación de arsénico utilizando
SEPLITA
® LAR714
Resina. El agua de origen era agua corriente con un contenido de arsénico de aproximadamente 80 ppb. El sistema se diseñó para operar con un caudal de 12,5 m³/h y funcionar de forma continua durante 24 horas. Según las condiciones específicas del proyecto, los requisitos del negocio y las normas pertinentes, Sunresin empleó un sistema de eliminación de arsénico por intercambio iónico. El agua tratada presentó un contenido de arsénico reducido a menos de 10 ppb. La resina utilizada en el sistema puede regenerarse y reutilizarse.
Este caso pone de relieve la eficacia y eficiencia de la
SEPLITA
® LAR714
resina para eliminar arsénico del agua potable, garantizando el cumplimiento de los estándares de seguridad y brindando una solución confiable para el funcionamiento continuo.
Caso de eliminación de arsénico en la industria de semiconductores
En un proyecto especial de eliminación de arsénico en una planta de producción de semiconductores, se utilizó arseniuro de galio (GaAs) en el proceso de fabricación, lo que generó aguas residuales con arsénico que requerían tratamiento. Estas aguas residuales tenían una concentración de arsénico de 11,287 ppm, un pH de 7,69, eran un líquido incoloro y transparente, y una conductividad de 464 μS/cm. Blue Sky Technology utilizó un proceso de eliminación de arsénico con resina de intercambio iónico, reduciendo la concentración de arsénico en el efluente por debajo de 0,3 ppm, cumpliendo así con los requisitos del cliente y los estándares de calidad del agua de Clase III, según lo especificado en los "Estándares de Calidad Ambiental de Aguas Superficiales". Además, el agua tratada se mantuvo estable.
Adiciones no contenidas en el documento original:
Resumen
El
SEPLITA
® LAR714
La resina Sunresin ha demostrado un rendimiento excepcional en la eliminación de arsénico de diversas fuentes de agua, como el agua potable, y ha sido reconocida en la industria por su alta eficiencia, estabilidad y rentabilidad. Sus propiedades de adsorción selectiva, junto con su capacidad de regeneración, la convierten en una opción confiable para el funcionamiento continuo en diversas aplicaciones.
Dedicación de Sunresin
Sunresin se compromete a abordar los desafíos ambientales mediante soluciones innovadoras. Nuestra dedicación a impulsar la innovación en tecnologías de tratamiento de agua se evidencia en el desarrollo de...
SEPLITA
® LAR714
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