Universidad Nacional Agraria La Molina Escuela de postgrado Programa de Doctorado en Recursos Hídricos Elaborado por: Vicente U. Archibold Lasso Ciclo.

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1 Universidad Nacional Agraria La Molina Escuela de postgrado Programa de Doctorado en Recursos Hídricos Elaborado por: Vicente U. Archibold Lasso Ciclo 2018-II Prof.: Lía Fernández Ramos 1. Diatomita natural como adsorbente eficaz para metales pesados en el tratamiento de aguas y aguas residuales (estudio por lotes). Water Science. Scientific Journal of the National Water Research Center. ElSayed ElBastamy ElSayed, 2018 Palabras clave: Arcilla Diatomita, Tratamiento de metales pesados, Adsorción, Eficiencia de eliminación 2.Eliminación de metales pesados de la escorrentía de aguas pluviales urbanas utilizando diferentes materiales filtrantes. Environmental Chemical Engineering. University of Illinois at Chicago. Krishna R. Reddy *, Tao Xie, Sara Dastgheibi, 2014 Palabras clave: Metales pesados, Materiales filtrantes, Aguas pluviales, Adsorción, Isotermas, Filtración

2 Resumen Se hizo una evaluación de la Arcilla Diatomita egipcia como un adsorbente de bajo costo para la remoción de iones de metales pesados ​​en diferentes condiciones (pH, peso de la diatomita y tiempo de contacto). La adsorción de metales pesados ​​se investigó bajo diversos valores de pH entre 2 y 8 a 25ºC. A pH igual a 4, con el uso de 2 g L-1 de diatomita y 75 minutos de tiempo de contacto, se obtuvo la capacidad máxima de adsorción de diatomita. (Al +3 ), bario (Ba +2 ), cadmio (Cd +2 ), cromo (Cr +3 ), cobre (Cu +2 ), hierro (Fe +2 ), plomo (Pd +2 ), manganeso (Mn +2 ), níquel (Ni +2 ), y zinc (Zn +2 ). Se propuso un sistema de filtro reactivo permeable al suelo para tratar las aguas pluviales urbanas contaminadas. Sin embargo, los materiales del filtro deben ser cuidadosamente seleccionados. Se realizaron varias series de experimentos por lotes con aguas pluviales sintéticas que contienen contaminantes metálicos individuales a diferentes concentraciones para determinar el comportamiento de adsorción y eliminación de cuatro materiales filtrantes inorgánicos potencialmente permeables (calcita, zeolita, arena y limaduras de hierro) para seis contaminantes tóxicos comunes de metales pesados (Cd, Cu, Pb, Ni, Cr, y Zn).

3 En este trabajo se presentan dos estudios que fueron desarrollados por la preocupación que existe de eliminar los iones de metales pesados, originados por varias fuentes. Una de ellas, es el ambiente, debido al peligro que representan para todos los seres vivos, por su toxicidad y naturaleza no biodegradable. Otra fuente importante de contaminación, con metales pesados como Hg, Cd, Fe, Mn, Pb, son los residuos sólidos municipales e industriales. La escorrentía de las aguas pluviales lava los contaminantes tales como los nutrientes, las aguas pesadas, metales pesados y productos químicos orgánicos fuera de los estacionamientos, parques, céspedes, y otros centros recreativos y descarga los contaminantes directamente a los Grandes Lagos. Introducción El objetivo de los estudios fue utilizar la arcilla Diatomita para la remoción de 10 metales pesados de agua y aguas residuales municipales e industriales y el segundo caso utilizar la calcita, zeolita, arena y limadora de hierro para la remoción de 6 metales pesados de aguas de escorrentía pluvial. En ambos casos las soluciones que contenían dichos metales pesados era de tipo sintético con las concentraciones deseadas para cada dosis de mineral filtrante..

4 Mapa del lugar de extracción de la arcilla Diatomita Egipcia

5 Materiales y métodos Materiales La arcilla Diatomita se trituró utilizando molinos de rodillos y se seleccionaron los tamaños pequeños para que se prepararan para el estudio por lotes, mientras que el tamaño grande se utilizó para la identificación física y química. Las caracterizaciones de la Diatomita se realizaron utilizando rayos X (modelo X Pert PRO). Todos los análisis anteriores se realizaron incluyendo el microscopio de electroscaneado (ESM) en los laboratorios de la Autoridad Egipcia de Recursos Minerales. Carbonato de calcio (CaCO 3 ), las zeolitas naturales se forman en la lava basáltica, en rocas específicas que están sujetas a una temperatura geológica moderada y presión. La zeolita utilizada para este estudio fue de Bear River Zeolite, La arena es un granulado natural material de composición muy variable que depende de las la fuente de roca local y las condiciones de procesamiento y Las limaduras de hierro.

6 Metodología Caso N°1: El estado de equilibrio para la eliminación de metales pesados mediante la arcilla de Diatomita, se obtuvo añadiendo el peso constante del adsorbente (0,5, 1,0 y 2,0 g) a 100 mL de concentraciones iniciales de la solución acuosa de metales pesados preparada (0,5, 1 y 10 mg L -1 ), con agitación constante a 100 r.p.m. y 25 °C para mejorar la interacción entre las partículas de Diatomita y la solución de metales pesados Se observó que el equilibrio entre los iones de metales pesados adsorbidos y el adsorbente era después de 2 h (las concentraciones de metales pesados se medían para todas las muestras cada 15 min hasta alcanzar el estado de equilibrio en el que la adsorción de metales pesados es constante con cambios insignificantes). Caso N°2: Las concentraciones y las fuentes químicas utilizadas para preparar las aguas pluviales sintéticas fueron: 30 mgL -1 Cd usando CdSO 4 ; 5 mgL -1 Cr usando K 2 CrO 4 ; 5 mgL -1 Cu usando Cu(SO) 4 ; 50 mgL -1 Pb usando PbCl 2 ; 100 mgL -1 Ni usando NiCl 2 ; y 50 mgL -1 Zn usando ZnSO 4. Todos los metales estaban en forma catiónica divalente excepto el cromo que existe en el complejo aniónico como Cr 6+.

7 1. Variables de entrada  Concentración inicial de iones metálicos, según escenario.  pH  Contenido de Diatomita en mgL -1 (0.5, 1 y 2mgL -1 )  Contenido de material filtrante Calcita, zeolita, arena y limadura de hierro 2. Variables de salida  Concentración final de iones metálicos en porcentaje.  Tiempo de contacto entre del ion metálico con mineral filtrante o adsorbente.

8 Resultados

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10 Fig. 4. Efecto del pH para la eliminación de Al mediante 2 g del adsorbente Fig. 5. Efecto del pH para la eliminación de Ba mediante 2 g del adsorbente Fig. 6. Efecto del pH para la eliminación de Cd mediante 2 g del adsorbente Fig. 7. Efecto del pH para la eliminación de Cr mediante 2 g del adsorbente Fig. 8. Efecto del pH para la eliminación de Cu mediante 2 g del adsorbente Fig. 9. Efecto del pH para la eliminación de Fe mediante 2 g del adsorbente Efecto del pH en la adsorción de metales pesados

11 Fig. 10. Efecto del pH para la eliminación de Pb mediante 2 g del adsorbente Fig. 11. Efecto del pH para la eliminación de Mn mediante 2 g del adsorbente Fig. 12. Efecto del pH para la eliminación de Ni mediante 2 g del adsorbente Fig. 13. Efecto del pH para la eliminación de Zn mediante 2 g del adsorbente

12 Eliminación de metales pesados utilizando diferentes materiales filtrantes: a) cadmio, b) cobre, c) plomo, d) níquel, e) cromo y f) zinc. Efecto del pH y mineral filtrante en la adsorción de metales pesados

13 Conclusiones El porcentaje máximo de eliminación de iones de metales pesados se observó a un pH=4 (2 horas) y disminuyó significativamente a valores de pH más altos, mientras que la eliminación de iones metálicos se ve influenciada positivamente por un aumento en la dosis de la arcilla adsorbente y en el tiempo de contacto. El grado de adsorción y eliminación de contaminantes de metales pesados depende del tipo y concentración de metal así como el material filtrante seleccionado. Para algunas combinaciones de metal y material de filtro, la adsorción alcanzó su máxima capacidad de adsorción; sin embargo, algunos materiales filtrantes tenían una capacidad de adsorción mayor. Los resultados de la prueba de lotes muestran que ninguno de los cuatro materiales filtrantes probado puede remover todos los metales pesados simultáneamente a los niveles máximos. Recomendaciones Utilizar partículas de arcilla Diatomita a gran escala como una sola unidad en una planta de tratamiento de aguas residuales industriales. Hasta verificar que el agua tratada cumpla con las normas de cada país. Utilizar una combinación de materiales filtrantes, para el tratamiento de las aguas pluviales urbanas en la que coexisten diferentes metales pesados.

14 1.Resumen crítico del artículo 1.1.El título del artículo se aproxima al objetivo perseguido en el trabajo, pero pudo ser mejorado, así: -Título del artículo Diatomita natural como adsorbente eficaz para metales pesados en el tratamiento de aguas y aguas residuales (estudio por lotes) -Título sugerido “Uso de la Diatomita natural como mineral adsorbente para la remoción de metales pesados en el tratamiento de aguas y aguas residuales.” 1.2. Este artículo no muestra una hipótesis. Sin embargo, después de analizarlo se puede inducir que la hipótesis de trabajo fue: Hipótesis La arcilla Diatomita en su estado natural, es un mineral eficiente para la remoción de metales pesados, en agua y aguas residuales municipales. 1.3. El enfoque de la investigación está bien orientado. Sin embargo, el método utilizado no deja en evidencia cómo pueda ser puesto en práctica en campo y gran escala

15 2. Métodos 2.1.Debió diseñarse un sistema de remoción con monitoreo o validación más prolongados, debido a que es el escenario que se tendrá en campo. Dado a que el proceso de descontaminación es similar al que se utiliza con las barreras reactivas permeables BRP. 2.2. No hay imágenes que muestren cómo fue el proceso de agitación y filtrado una vez alcanzado el equilibrio previsto. 2.3. No se utilizó ningún método estadístico, solo se evaluaron las concentraciones, entradas vs salidas y el pH, en función del medio tratante, en este caso, la arcilla Diatomita, calcita, arena, zeolita y limaduras de hierro. 2.4.El tiempo y método para la evaluación de los resultados quizás fue muy corto y no se variaron otras variables como temperatura. 2.5.Los factores que pueden afectar los resultados en este tipo de ensayos, es el pH del medio acuoso y el tiempo de contacto. Ya que, a mayor pH, menor adsorción por el material filtrante.

16 3.Resultados 3.1.Se concluyó que el pH es una variable determinante en el tratamiento de agua y aguas residuales de tipo industrial. A menor pH mayor remoción de metales pesados. Para este caso, en todas las concentraciones del ion metálico utilizado, el pH óptimo fue 4 y a medida que se incrementaba el pH o tendía a básico, esta remoción de iones de metales pesados disminuyó. Así mismo se determinó que al aumentar la dosis de material filtrante (Diatomita), más efectiva fue la remoción de iones de metales pesados. La conclusión pudo ser más enriquecida con la inclusión de las gráficas del porcentaje de las concentraciones de iones de metales pesados tratadas con las dosis de 0.5 y 1.0 gL -1 de la arcilla Diatomita. 3.2.Las tablas y figuras presentadas son claras y simples. Es decir, se pueden interpretar los resultados con facilidad, debido a que solo se presentan los resultados obtenidos graficados con 2g del material filtrante (Diatomitas), versus el porcentaje de iones de los diferentes metales pesados removidos. Debió graficarse el comportamiento obtenido con las dosis de 0,5 y 1,0 gL -1, del material filtrante.

17 4. Discusión  El mayor porcentaje de iones de metales pesados removidos presentes en la solución acuosa, se presentó con un pH=4.  De acuerdo a lo presentado en las tablas y figuras, si están representados los resultados, aunque pudieron ser más.  La calidad de la evidencia es buena. El ensayo no da espacio a que haya otras variables que analizar y que a su vez puedan variar los resultados.  Para mejorar la confiabilidad del uso de la Diatomita como material efectivo en la remoción de iones de metales pesados, se debe repetir ensayos de este tipo a una escala mayor o casos reales.  Hay otros estudios similares como el presentado por (Reddy et al., 2014), denominado “Eliminación de metales pesados de la escorrentía de aguas pluviales urbanas utilizando diferentes materiales filtrantes.” En ese estudio se utilizaron otros minerales filtrantes, como la arcilla Zeolita, Calcita, arena y limadura de hierro. El procedimiento en el laboratorio fue similar, con la diferencia de que, en ese trabajo, se determinó la masa del material removido con el material filtrante en función al volumen de agua sintética utilizada. Los metales pesados removidos fueron solo 6 (Cd, Cu, Pb, Ni, Cr y Zn).

18  La redacción es clara, con excepción de la introducción donde se invirtió el orden. Primero se estructuró la justificación y luego los antecedentes.  Las fortalezas que presentan ambos trabajos, es que abren el abanico para que se sigan haciendo investigaciones relacionados con la arcilla Diatomita, y otros materiales filtrantes, para tratar diversos tipos de impurezas presentes en los cuerpos de agua, principalmente el agua de uso agrícola y consumo humano.  La debilidad es no haber agregado más evidencias del estudio realizado, como imágenes durante el proceso.  La abundancia de la arcilla Diatomita, la Zeolita y la Calcita aunado a su bajo costo, hace que sea viable tratar grandes volúmenes de agua a bajo costo, muy bajo impactos al ambiente y la salud humana. 4.Discusión

19 6. Bibliografía  ElSayed, E. E. (2018). Natural diatomite as an effective adsorbent for heavy metals in water and wastewater treatment (a batch study). Water Science, 32(1), 32–43. https://doi.org/10.1016/j.wsj.2018.02.001https://doi.org/10.1016/j.wsj.2018.02.001  Reddy, K. R., Xie, T., & Dastgheibi, S. (2014). Removal of heavy metals from urban stormwater runoff using different filter materials. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2(1), 282–292. https://doi.org/10.1016/j.jece.2013.12.020 https://doi.org/10.1016/j.jece.2013.12.020

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21 Gracias