Estudio de los mecanismos de precipitación de especies de Cu, Ni y Pb en efluentes contaminados para su eliminación por sedimentación

Abstract

In order to solve the problem of waste water contaminated by heavy metals, several methods have been developed. The suspended solids, biodegradable and inorganic compounds, and pathogenic organisms, are eliminated in most of the waste water treatment plants; nevertheless, these processes do not remove the heavy metals in solution. In the case of heavy metals in solid state in the effluent, they are removed through primary treatments (sedimentation, flotation) or secondary procedures (activated sludge, filters), in such a way that serious health problems (gastrointestinal, malformations, cardiovascular, among others) are avoided, due to the contaminated water intake by the population. There have been proposed several methods for cleaning polluted water by heavy metals like using microorganisms, plants, bird feathers, activated minerals, chemical precipitation, among others. The most of the above mentioned procedures a certain limit in efficiency is observed due to the lack of knowledge of the physic chemical phenomena taking place, beside the fact that the pollution problem is partially solved since it is transported to another scenario. The flotation systems originally designed to concentrate minerals are an attractive alternative for waste water treatment contaminated with heavy metals (ionic or colloids); on the other hand, the proper understanding of the speciation diagrams can lead to the possibility to establish a certain route to clean waste water by applying a sedimentation-flotation procedure. The main objective of this work is to establish the cristalization mechanisms of copper, nickel, and lead species present in a contaminated effluent, in such a way that an efficient methodology for cleaning waste water polluted by the above mentioned metals is proposed. Experimentally the pH values under which the different copper, lead, and nickel species are stable were determined (for the three metal-water systems), and compared with the thermodynamic predictions based on the calculated values of ionic strength, activity, activity coefficient, and electrochemical potential.

Para solucionar el problema de la contaminación de efluentes, se han desarrollado una gran variedad de procesos que se encargan de dejar el agua incolora, inodora y desinfectada. Los sólidos suspendidos, los compuestos orgánicos biodegradables y los organismos patógenos son eliminados en la mayoría de las plantas de tratamientos de aguas residuales1, sin embargo, estos procesos no extraen los metales pesados que se encuentran en solución. En el caso de los metales que se encuentran en estado sólido, estos son extraídos mediante tratamientos primario (de sedimentación, flotación)2 o secundario (ej. fango activado)3 evitando problemas graves de salud gastrointestinales, malformaciones, cardiovasculares, entre otros, debido a la ingesta de agua por parte de la población. Se han propuesto diversas técnicas para tratar y limpiar efluentes contaminados con iones de metales pesados como son: el Lagunaje, lecho hidropónico, la dendrodepuración, Plantas acuáticas4, Champiñones5, Plumas de pollo6, Biorremedación, Nanoestruccturas7 y la Precipitación Química8, entre otros. En su mayoría estos procedimientos observan una cierta limitación en su eficiencia debido al desconocimiento de los procesos físico-químicos. Los sistemas de flotación diseñados originalmente para el beneficio de minerales son una alternativa para el tratamiento de efluentes contaminados con especies iónicas o coloides. Trabajos previos9 reportan que en cierto rango de pH cristalizan ciertas fases acuosas y pueden ser separadas por flotación10, 11. Este hecho plantea la posibilidad de promover la precipitación de especies en solución y mediante sedimentación complementar la limpieza del efluente contaminado. Este trabajo de investigación estudia los mecanismos de precipitación de especies cobre, plomo y níquel en solución que contaminan un efluente, para proponer un procedimiento eficiente de tratamiento de aguas contaminadas con iones de metales pesados. Se determinaron experimentalmente los rangos de pH donde las especies plomo, cobre y níquel coexisten en fases líquida y sólida, para los sistemas metal-agua