Adsorción de fluoruro por alúmina activada: estudio de datos de equilibrio e influencia de diferentes iones inorgánicos.

Abstract

El agua es uno de los recursos más importantes para la vida, las actividades humanas y el medio ambiente. Se puede obtener por varias fuentes de manera natural, la más habitual es el agua subterránea, la cual contribuye en torno al 0,6% de los recursos hídricos totales en la tierra. La creciente población, la urbanización y la industrialización han llevado a la degradación de la calidad del agua y la reducción de su disponibilidad. Debido a varios factores, ya sean naturales o antropogénicos, el agua subterránea se está contaminando debido a la filtración profunda de los campos de cultivo intensivo, la eliminación de aguas peligrosas, desechos líquidos y sólidos de las industrias, la eliminación de aguas residuales, etc. [1-4] Una de las problemáticas de esta degradación de calidad es la elevada presencia de ciertos iones en el agua que podrían ser perjudiciales para la salud, como es el caso del fluoruro [5,6]. La concentración máxima de fluoruro recomendable según la Organización Mundial de la Salud (OMS) es 1,5 mg F-/L [7], siendo además el límite propuesto por la legislación española, en el RD 140/2003. En las aguas subterráneas, la concentración natural de fluoruro depende de la geología, características químicas y físicas del acuífero, la porosidad y acidez del suelo y las rocas, la temperatura, la acción de otros químicos y la profundidad de los pozos. Debido a la gran cantidad de variables, las concentraciones de fluoruro en el agua subterránea varían desde muy por debajo de 1,0 mg F-/ L a más de 35,0 mg F-/ L [8]. Concretamente, en ciertas zonas del norte de Tenerife es bastante elevada (8-10 mg F-/L). Por lo cual es de vital importancia estudiar los métodos posibles para eliminar el flúor presente en el agua. En el presente TFG se lleva a cabo un estudio de adsorción de fluoruro por Al2O3 activada. Se propone realizar varios experimentos en discontinuo para estudiar la adsorción que la alúmina activa presenta en el fluoruro; la posible influencia de los iones Cl-, NO3- y HCO3- en el equilibrio fluoruro-alúmina; los modelos de equilibrio, más concretamente, los de Freundlich y Langmuir; y la cinética de adsorción. Los experimentos se llevan a cabo en un jar test durante cuatro horas. Se trata de cuatro series de experimentos de fluoruro, a concentraciones de alúmina de 2, 4 y 8 g/L; una serie de bicarbonato, una de cloruro y una de nitrato a 4 g/L de alúmina cada una; y tres de fluoruro-bicarbonato, a 2, 4 y 8 g/L de alúmina. Con estos ensayos se obtiene que los iones cloruro y nitrato no presentan adsorción relativa, mientras que el bicarbonato sí. En presencia con el ion bicarbonato, el fluoruro presenta un descenso de la adsorción con la alúmina. También, se resalta que a 8 g/L de alúmina el equilibrio se alcanza mucho más rápido, aproximadamente a la hora y media de empezar el experimento. Finalmente se concluye con la alta eficacia de la alúmina como adsorbente del flúor.

Water is one of the most important resources for life, human activities and the environment. It can be obtained from various sources naturally, the most common being groundwater, which contributes around 0.6% of the total water resources on earth. The growing population, urbanization and industrialization have led to the degradation of water quality and the reduction of its availability. Due to various factors, whether natural or anthropogenic, groundwater is being polluted due to deep filtration from intensive cultivation fields, the removal of hazardous water, liquid and solid waste from industries, the disposal of wastewater; reservoirs of face, etc. One of the problems of this quality degradation is the high presence of certain ions in the water that could be harmful to health, such as fluoride. The maximum recommended fluoride concentration according to the World Health Organization (WHO) is 1.5 mg F-/ L, also being the limit proposed by Spanish legislation, in RD 140/2003. In groundwater, the natural concentration of fluoride depends on the geology, chemical and physical characteristics of the aquifer, the porosity and acidity of the soil and rocks, the temperature, the action of other chemicals, and the depth of the wells. Due to the large number of variables, fluoride concentrations in groundwater vary from well below 1.0 mg F-/ L to more than 35.0 mg F-/ L. Specifically, in certain areas of the north of Tenerife it is quite high (8-10 mg F- / L). Therefore, it is vital to study the possible methods to eliminate the fluorine present in the water. In the present Bachelor thesis a study of fluoride adsorption by activated Al2O3 is carried out. It is proposed to carry out several discontinuous experiments to study the adsorption that active alumina presents in fluoride, the possible influence of Cl-, NO3- and HCO3- ions in the fluoride-alumina equilibrium, the equilibrium models, more specifically, those of Freundlich and Langmuir and the adsorption kinetics. The experiments are carried out in a jar test for four hours. These are four series of fluoride experiments, at alumina concentrations of 2, 4 and 8 g / L; a series of bicarbonate, one of chloride and one of nitrate at 4 g / L of alumina each; and three of fluoride-bicarbonate, at 2, 4 and 8 g / L of alumina. With these tests it is obtained that chloride and nitrate ions do not present relative adsorption, while bicarbonate does. In the presence of the bicarbonate ion, fluoride exhibits a decrease in adsorption with alumina. Also, it is highlighted that at 8 g / L of alumina equilibrium is reached much faster, approximately one and a half hours after starting the experiment. Finally, it is concluded with the high efficiency of alumina as a fluorine adsorbent.