Adsorción de cromo hexavalente en solución acuosa empleando un compósito organoarcilla-alginato y su potencial aplicación en un efluente de curtiembre: caso de estudio municipio de Belén-Nariño

Abstract

Los vertimientos de cromo hexavalente a las fuentes de agua generan problemas de contaminación en los ecosistemas acuáticos, debido a que esta especie se ha catalogado como mutagénica y carcinógena, es persistente en el medio y puede bioacumularse en los organismos vivos. Se han desarrollado diferentes tecnologías de tratamiento para la remoción de este metal pesado en el agua, cada una de ellas con ventajas y desventajas, y solo el análisis de las características químicas del metal, la carga en los vertimientos, las regulaciones ambientales y los costos de implementación de los procesos pueden determinar su aplicabilidad. La adsorción ha sido reconocida como un tratamiento adecuado para la remoción de metales en soluciones acuosas, debido a su alta eficiencia, simplicidad en las condiciones de operación y bajo costo. En los últimos años se ha incrementado el interés por adsorbentes naturales, con alta capacidad de adsorción, como los minerales arcillosos y sus derivados, los cuales son abundantes en la naturaleza, fácilmente modificables, biocompatibles con otros materiales como el alginato y altamente eficientes para la remoción de diversos compuestos orgánicos. En el presente trabajo final se evaluó el efecto de las variables que intervienen en el proceso de adsorción de cromo hexavalente en una columna de lecho empacado sobre compósitos de organoarcilla-alginato: concentración de fase activa en el adsorbente, pH, caudal de entrada, altura del lecho y concentración inicial de Cr (VI).

La organoarcilla se sintetizó a partir de una arcilla tipo bentonita que se modificó con bromuro de hexadeciltrimetilamonio (HDTMA-Br) y se encapsuló en una matriz de alginato. Los resultados indican que la eliminación de Cr(VI) dependen del pH, la cantidad de adsorbente en el lecho, la concentración inicial de Cr (VI) y el caudal. Los datos experimentales de las curvas de avance se ajustaron a los modelos de Log Thomas, Yan, dosis-respuesta modificado y Log Bohart-Adams, y se calcularon los parámetros característicos de cada modelo. Se encontró que los datos experimentales de las curvas de ruptura tienen una tendencia asimétrica y que los modelos que mejor describen su comportamiento son Log Thomas y Yan. A partir del ensayo de adsorción en una muestra de agua residual proveniente de una industria de curtiembres del municipio de Belén-Nariño, se evaluó la potencialidad de los compósitos para la remoción de cromo, obteniéndose remociones de Cr(III) y Cr(VI) superiores del 93.5 y 99.2%, respectivamente.

Discharges of hexavalent chromium to water sources cause pollution problems in aquatic ecosystems because this form of chromium has been classified as mutagenic and carcinogenic, it is persistent in the environment and it can bioaccumulate in living organisms. Different treatment techniques for the removal of this heavy metal from water have been developed, each with advantages and disadvantages; however, only the analysis of the chemical characteristics of this metal, the pollutant load of wastewater, environmental regulations and process implementation costs can determine their applicability. Due to its high efficiency, simplicity in operating conditions and low cost, adsorption has been recognized as the appropriate treatment for metal removal in aqueous solutions. Recently, interest in natural adsorbents with high adsorption capacity, such as clay minerals and their derivatives, has increased. These adsorbents are abundant in nature, easily modifiable, biocompatible with other materials such as alginate and highly efficient for the removal of various organic compounds. In this paper, the effect of the variables involved in the process of hexavalent chromium adsorption on a bed column packed on organoclay-alginate composites was evaluated: active phase concentration in the adsorbent, pH, input flow rate, bed height, and initial Cr (VI) concentration.

From a bentonite-type clay, modified with hexadecyltrimethylammonium bromide (HDTMABr), organoclay was synthesized, and then, it was encapsulated in an alginate matrix. The results show that the removal of Cr (VI) depends on the pH, the amount of adsorbent in the bed, the initial Cr (VI) concentration, and the flow rate. Experimental data for progress curve were adjusted to the Log Thomas, Yan, modified dose-response and Log Bohart-Adams models, and the characteristic parameters of each model were calculated. It was found that breakthrough curves experimental data show an asymmetric tendency, and that Log Thomas and Yan are the models that best describe their behavior. The potentiality of the composites for the removal of chromium was evaluated from the adsorption test in a sample of wastewater from a tannery industry in the municipality of Belén-Nariño, getting removals of Cr (III) and Cr (VI) higher than 93.5% and 99.2%, respectively.