final book of the fourth international alumni …
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FINAL BOOK OF THE
FOURTH INTERNATIONAL ALUMNISEMINAR: Green Engineering
Libro final del
CUARTO SEMINARIOINTERNACIONAL DE EX-BECARIOS DE
ALEMANIA: Ingeniería verde
April 08 / Abril 08, 2013
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ISBN 978-607-7807-07-0
© UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOLaboratorios de Ingeniería Química Ambiental y de Química AmbientalFacultad de Química04510 México D.F.ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIAS, ARTES, TECNOLOGÍA Y HUMANIDADES, A.C.
Libro final del CUARTO SEMINARIO INTERNACIONAL DE EX-BECARIOSDE ALEMANIA: Ingeniería verde / Final book of the FOURTH INTERNATIONALALUMNI SEMINAR: Green Engineering
Responsable global / Global responsible person:Profa. Dr.-Ing. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa
Responsables de la publicación (orden alfabético)/ Publication responsable people (alphabeticalorder):Dra. Marisela Bernal-GonzálezDra.-Ing. María del Carmen Durán-Domínguez-de-BazúaM. en C. Rolando Salvador García-GómezIng. Rosalba Juárez-Garduño
Correos electrónicos / e-mail:[email protected], [email protected],[email protected], [email protected]
MÉXICO D.F. MÉXICO
Español-English / Spanish-Inglés
La presentación y contenido de los trabajos presentados son responsabilidad de los autores /Presentation and contents of presented papers are the sole responsibility of authors
Esta publicación utiliza el punto decimal / This publication uses the decimal point
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PREFACIO A LA PRIMERAEDICIÓN
FOREWORD TO FIRSTEDITION
Esta obra está basada en las contribuciones delos moderadores y conferencistas de las cuatroMesas Redondas que conformaron la actividadde este Cuarto Seminario Internacional sobre“Ingeniería verde”, enmarcados cada uno conuna conferencia magistral inicial y una final,que dieron la pauta para la discusión general yenriquecieron la discusión constructiva de losparticipantes.
Esperamos que los lectores disfruten, tanto laparte técnico-científica como el acercamientoholístico de estas investigaciones, cuya metaúltima es brindar a los responsables, quienesen su desempeño profesional llevan a caboactividades de ingeniería y tecnología demanera inteligente para afectar menos alentorno, como se ha hecho desde hace mileniosy como se sigue haciendo actualmente enprácticamente todo el Planeta Tierra.
El personal académico de los Laboratorios deIngeniería Química Ambiental y de QuímicaAmbiental, todos ellos de la UniversidadNacional Autónoma de México, que editan estelibro, con el apoyo de la Academia Mexicanade Ciencias, Artes, Tecnología y Humanidades,A.C., y del Servicio Alemán de IntercambioAcadémico, DAAD, han deseado siempretransmitir el conocimiento generado por suscolegas y sus pares de otras instituciones, asícomo por sus graduados de maestría y dedoctorado, hacia el público interesado enactualizar sus conocimientos en camposcientíficos que tienen una aplicación directa almejoramiento de la calidad de vida, no
This book is based on the contributions of themoderators and speakers of the four RoundTables that were the core of this FourthInternational Seminar on “GreenEngineering”, framed with an opening and aclosing key note conferences that gave theoverall focus for the general discussion andenriched by the comments of the participants.
We hope the readers enjoy the techno-scientific part as well as the holistic approachof this research, that has as the ultimate goalto give the responsible professional people incharge of engineering and technologicalactivities, an option to use them in anintelligent manner, with minimumaffectation to the environment, avoiding thetraditional ways done during millennia alongthe whole Planet Earth.
The academic personnel of the Laboratoriesfor Environmental Chemical Engineeringand Chemistry, all of them belonging to theNational Autonomous University of Mexico,that edit this book, with the support of theAcademy of Sciences, Arts, Technology, andHumanities, and the German AcademicExchange Service, DAAD, wishes to transmitthe knowledge generated by the graduatestudents (master’s and doctor’s) during theirresearch activities, as well as those generatedby researchers and peers from otherinstitutions, to the interested people that arewilling to maintain and actualize theirscientific treasured learnings with direct
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solamente de la raza humana sino de todas lasespecies que conviven con nosotros y que nosdan un ambiente pleno.
Esperamos contar con la retro-alimentación denuestros lectores, ya que esta interacciónpermite enriquecer el conocimiento. En laactualidad, cuando las comunicacioneshumanas avanzan a velocidad vertiginosa, elcontacto con otras personas se da ya nosolamente por lo métodos tradicionales comoéste, un libro, sino por medio de las redesinternacionales (“internet”, por su nombre eninglés), a través de las cuales podemosinteractuar con personas en cualquier sitio delplaneta. En la página que contiene los datos deesta edición se encuentran nuestros correoselectrónicos para establecer estacomunicación.
¡Buen viaje al mundo de la ingeniería verde ysus aplicaciones en nuestra industria química yde proceso y, particularmente, para mejorar ymantener nuestro entorno!
application to the well being not only ofhumans but also of all the species that sharewith us the whole habitat and give us ahealthy environment.
We also hope to receive the retrofeeding fromour readers since this interaction willmutually enrich knowledge. Presently, whenhuman communications advance atvertiginous speed, the contact with otherpersons is given, not only using traditionalmethods such as this book but using moderntechnological approaches such as internet,through which people from all over the worldcan interact. The electronic mail of thepublication responsible authors are availablefor these interactions.
Bon voyage to the world of the greenengineering and its applications in ourprocess industry and, particularly, to improveand maintain our environment!
Dra. Georgina Fernández-VillagómezDra. María del Refugio González-Sandoval
Profa. Dr.-Ing. María del Carmen Durán Domínguez de Bazúa
Responsables del Cuarto Seminario Internacional sobre “Ingeniería verde”Responsible persons of the Fourth International Seminar on “Green Engineering”
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AGRADECIMIENTOS ACKNOWLEDGMENTS
Las organizadoras desean reconocer al
DAAD por el apoyo financiero para
realizar el Cuarto Seminario Internacional
sobre “Ingeniería verde” con fondos del
Ministerio Federal para la Cooperación
Económica y el Desarrollo de la RFA.
To DAAD for the financial support to
conduct this Fourth International
Seminar on “Green Engineering” with
funds of the German Federal Republic’s
Federal Ministry for Economic
Cooperation and Development.
También agradecen a la Universidad
Nacional Autónoma de México, a través
de varias de sus dependencias académicas,
por el apoyo en infraestructura y servicios.
To the National Autonomous University
of Mexico, that through some of its
academic entities, supported this event
with its infrastructure and services.
Finalmente, reconocen el altruista y
generoso apoyo del personal académico y
administrativo de los Laboratorios de
Ingeniería Química Ambiental y de
Química Ambiental de la Facultad de
Química de la UNAM, para la realización
de este evento.
To the academic and administrative
personnel of the Laboratories for
Environmental Chemical Engineering
and Chemistry of the Faculty of
Chemistry, UNAM, that with their
generous and altruistic support made
possible the realization of this event.
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Index Índice Pág./Page
Foreword to first edition Prefacio a la primera edición 3
Acknowledgments Agradecimientos 5
Presentations Index Índice de presentaciones 7
Program of the SeminarGreen Engineering
Programa del SeminarioIngeniería Verde
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Map Mapa 14
The twelve principles of green engineering Los doce principios de la ingeniería verde 15
Final Report Informe Final 17
Selected Papers (abstracts and/or extendedabstracts)
Contribuciones selectas (resúmenes y/oresúmenes extendidos)
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Key Note Opening Conference Conferencia magistral inaugural 23Constructed wetlands design variants –hydroponic plant root mats and pulsingwater level
Variantes de diseño para humedalesconstruidos o artificiales zona radicularhidropónica y nivel pulsante de agua
Peter Kuschk1, Zhongbing Chen1,2, Eva M. Seeger1, Diego Paredes3, Arndt Wiessner1
1Department of Environmental Biotechnology, Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ,Permoserstrasse 15, D-04318 Leipzig, Germany2Department of Environmental Engineering, Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Geusaer Strasse135, D-06217 Merseburg, Germany3Facultad de Ciencias Ambientales, Universidad Tecnológica de Pereira, Apartado Aereo 97, Sede la Julita,Pereira, Colombia*Corresponding author: Peter Kuschk ([email protected])Tel.: +49-341-235-1765; Fax: +49-341-235-1471
M-I-1Methodology for evaluation of thesocioenvironmental innovation for highpoverty and biodiversity zones in Mexico’ssouthern border
Metodología de evaluación de lainnovación socioambiental en zonas dealta pobreza y biodiversidad en lafrontera sur de México
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Felipe Lara-Rosano1, Adriana A. Quiroga Carapia2
1C3, CCADET, UNAM, 2ECOSUR
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Index Índice Pág./Page
M-I-2National inventory of chemicalsubstances: 2009Miguel Ángel Martínez-Cordero, INECC
Inventario nacional de sustanciasquímicas: Base 2009.
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M-I-3Influence of the organic loading rate andbackwashing on the azo-dye removal in abiological aerated filter (BAF)
Influencia de la tasa de carga orgánica yretrolavado sobre la remoción de uncolorante azoico en un reactor biológicoaerado
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Y. Lucero Cobos-Becerra, Simón González-MartínezInstituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México
M-II-1Bacteria as bioremediation agents:Implication on the wastewater treatmentand the conservation of impactedecosystems
Bacterias como agentes biorremediantes:Implicación en el tratamiento de aguasresiduales y la conservación deecosistemas impactados
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Irina Salgado BernalUniversidad de La Habana, Facultad de Biología, Departamento de Microbiología y Virología
M-II-2New nanostructured materials,improvement to fully use solar radiationfor the treatment of recalcitrantcompounds in waste waters
Nuevos materiales nanoestructurados,mejora en el aprovechamiento de laradiación solar para el tratamiento decompuestos recalcitrantes en aguasresiduales
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Sayra Lissette Orozco-Cerros, José Manuel Barrera-Andrade, María del CarmenDurán-Domínguez-de-BazúaLaboratorios 301, 302, 303 de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental. Departamento deIngeniería Química, Facultad de Química, UNAM, MéxicoCorreos-e / e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
M-II-3New methods to estimate and controlbiotechnological processes
Nuevos métodos de estimación y controlen procesos biotecnológicos
Dr. Jaime Alberto Moreno PérezInstituto de Ingeniería, UNAM, México
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Index Índice Pág./Page
MIII-1Pyrite oxidation: Case studies in Mexicoand Germany
Oxidación de pirita: Estudios de caso enMéxico y Alemania
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María-del-Refugio González-Sandoval1*, Liliana-Guadalupe Lizárraga-Mendiola1,Salvador-Alejandro Sánchez-Tovar1,2, María-del-Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa3
1Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo-Área Académica de Ingeniería, Universidad NacionalAutónoma de México (UNAM) / Autonomous University of the State of Hidalgo-Academic Area ofEngineering, National Autonomous University of Mexico2Tecnología Intercontinental, S.A. de C.V. / Intercontinental Technology Corp.3Laboratorios de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental, Facultad de Química, UniversidadNacional Autónoma de México (UNAM) / Laboratories for Environmental Chemical Engineering andChemistry, Faculty of Chemistry, National Autonomous University of Mexico
MIII-2Low load localized irrigation: Change incrop – change in irrigation
RPBC - Riego localizado de baja carga - :Cambio de cultivo y de riego
Dr. Gabriel Echávez-AldapeFacultad de Ingeniería, UNAM, México
MIII-3Photoelectrochemical Properties of ZnOPorous Electrodes Modified with Non-stoichiometric Ag-In-S SemiconductorNanoparticles
Propiedades fotoelectroquímicas deelectrodos porosos de ZnO modificadoscon nanopartículas de semiconductoresno estequiométricos de Ag-In-S
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Victor M. Menéndez-FloresConference of the 80th Anniversary Foundation of the Electrochemical Society ofJapan (March 29, 2013)
MIV-1Photo-Fenton processes as pre-treatmentof industrial wastewaters
Empleo de procesos Fenton comopretratamiento de aguas residualesindustriales
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Miguel Ángel Ríos Enríquez, David Osorio-González, María del Carmen Cuevas-DíazUniversidad Veracruzana, Campus Coatzacoalcos, Facultad de Ciencias Químicas, México
Photographs gallery Galería de fotos 67
Information Informes 91
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FOURTH INTERNATIONAL ALUMNI SEMINAR /
CUARTO SEMINARIO INTERNACIONAL DE EX-BECARIOS DE ALEMANIA
GREEN ENGINEERING / INGENIERÍA VERDE
PROGRAM / PROGRAMA
Friday April 8, 2012 / Viernes 8 de abril de 2013. Teaching Center / Centro de Docencia*
08:00-08:30 Registration / Inscripción
08:30-09:00 Opening ceremony /Ceremonia de Inauguración
Welcoming words from DAAD Regional Office for Mexico and Central AmericaCentral, on behalf of Dr. Hanns Sylvester, Director, by Mrs. Nadiana Zieger / Palabrasde bienvenida a nombre del Director Regional para México y América Central delDAAD, Dr. Hanns Sylvester, por parte de la Sra. Nadiana Zieger
Official opening statement from the UNAM Faculty of Chemistry former Director /Inauguración oficial por parte del ex-Director de la Facultad de Química de la UNAM.Prof. Dipl.-Ing. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, Ph.D.
09:00-09:45 Opening conference: Constructed wetlands design variants – hydroponic plant rootmats and pulsing water level. Dr. Peter Kuschk, UfZ-Leipzig / Conferencia inaugural:Variantes de diseño para humedales construidos o artificiales – zona radicularhidropónica y nivel pulsante de agua. Dr. Peter Kuschk. Académico invitado delCentro de Estudios Ambientales de Leipzig
09:45-10:00 Questions and answers session / Sesión de preguntas y respuestas
10:00-10:15 Coffee break and Press reception / Receso para café y entrevistas de prensa
10:15-12:00 First Round Table of Experts / Primera mesa redonda de expertos. Chairperson /Moderadora: Mrs. Prof. Dr. Georgina Fernández, FI-UNAM-México.
Conferencistas / Conferencists:
I-1: Dr. Felipe Lara Rosano, CCADET-UNAM-México, Metodologia de evaluaciónde la innovación socioambiental en zonas de alta pobreza y biodiversidad en lafrontera sur de México / Methodology for evaluation of the socioenvironmentalinnovation for high poverty and biodiversity zones in Mexico’s southern border
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I-2: M. en C. Miguel Ángel Martínez Cordero, INECC-México, Presentación del libroInventario nacional de sustancias químicas: Base 2009 / Book presentation:National inventory of chemical substances: 2009
I-3: Dr. Simón González Martínez, II-UNAM-México, Influence of the organicloading rate and backwashing on the azo-dye removal in a biological aerated filter(BAF) / Influencia de la tasa de carga orgánica y retrolavado sobre la remoción deun colorante azoico en un reactor biológico aerado
12:00-13:45 Second Round Table of Experts / Segunda mesa redonda de expertos. Chairperson /Moderador: Prof. Dr. Felipe Lara, CCADET-UNAM-México.
Conferencistas / Conferencists:
II-1: Dra. Irina Salgado Bernal, Universidad de La Habana, Cuba, Bacterias comoagentes biorremediantes: Implicación en el tratamiento de aguas residuales y laconservación de ecosistemas impactados / Bacteria as bioremediation agents:Implication on the wastewater treatment and the conservation of impactedecosystems
II-2: Dra. María del Carmen Durán Domínguez, FQ-UNAM-México, Nuevosmateriales nanoestructurados, mejora en el aprovechamiento de la radiación solarpara el tratamiento de compuestos recalcitrantes en aguas residuales / Newnanostructured materials, improvement to fully use solar radiation for recalcitrantwastes in water
II-3: Dr. Jaime Alberto Moreno Pérez, II-UNAM-México, Nuevos métodos deestimación y control en procesos biotecnológicos / New methods to estimate andcontrol biotechnological processes
13:45-15:00 Brunch break / Tiempo para el almuerzo
15:00-16:45 Third Round Table of Experts. / Tercera mesa redonda de expertos. Chairperson /Moderadora: Mrs. Prof. Dr.-Ing. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa, FQ-UNAM-México.
Conferencistas / Conferencists:
III-1: Dra. María del Refugio González Sandoval, UAEH-México, Oxidación depirita: Estudios de caso en México y Alemania / Pyrite oxidation: Case studies inMexico and Germany
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III-2: Dr. Gabriel Echávez, FI-UNAM-México, RPBC - Riego localizado de bajacarga - : Cambio de cultivo y de riego / Low load localized irrigation: Change incrop – change in irrigation
III-3: Dr. Víctor Manuel Menéndez-Flores, Japón, Photoelectrochemical properties ofZnO porous electrodes modified with non-stoichiometric Ag-In-S semiconductornanoparticles / Propiedades fotoelectroquímicas de electrodos porosos de ZnOmodificados con nanopartículas de semiconductores no estequiométricos de Ag-In-S
16:45-18:30 Fourth Round Table of Experts. / Cuarta mesa redonda de expertos. Chairperson /Moderadora: Dra. María del Refugio González-Sandoval, UAEH-Mexico.
Conferencistas / Conferencists:
IV-1: Dr. Miguel Ángel Ríos Enríquez, UV-Coatzacoalcos-México, Empleo deprocesos Fenton como pretratamiento de aguas residuales industriales / Photo-Fenton processes as pre-treatment of industrial wastewaters
IV-2: Dr. Antonio Esteban Jiménez González, IER-UNAM-México, Estudios dedegradación fotocatalítica del plaguicida carbarilo como función de la razón deconcentración solar / Photocatalytic degradation studies of carbaryl pesticides as afunction of the solar concentration ratio
18:30-19:15 Closing conference: Green Engineering: Energy efficient use in the process industry.Prof. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, Ph.D. Department of Chemical Engineering, FQ-UNAM-México, Alexander von Humboldt Scholar / Ingeniería verde: Uso eficiente dela energía en la industria de proceso. Prof. Dr. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda.Departamento de Ingeniería Química, FQ-UNAM, Becario Alexander von Humboldt
19:15-19:30 Closing ceremony / Ceremonia de clausura y entrega de diplomas de participación
Closing declaration from German Embassy Scientific Attaché Official in Mexico City /Declaración de clausura por parte del Agregado Científico de la Embajada de la RFAen la Ciudad de México. Mr. / Sr. Hubertus von Römer
19:30-20:00 Refreshments and non alcoholic drinks / Refrigerios y refrescos
* Facultad de Química. Circuito de la Investigación Científica s/n. Entrada Estacionamiento frente MetroUniversidad. Ciudad Universitaria / Faculty of Chemistry. Circuito de la Investigación Científica. Access toParking in front of Metro end station. University City
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I. Acceso al Centro de Docencia de la Facultad de Ingeniería, UNAM(a) Ruta 1 (Dirección sur-norte)1. Salir del Anillo Periférico en la “gasa” hacia la Avenida de los Insurgentes en dirección sur-norte2. Tomar la entrada principal original de la UNAM poco antes de la Rectoría y el estadio (Circuito Escolar) y después
de la alberca y el IIMAS dar vuelta a la derecha e inmediatamente otra vez a la derecha en dirección del Anexo dela Facultad de Ingeniería en el Circuito Exterior
3. Entrar en el Estacionamiento 2 de la Facultad de Ingeniería donde hay una aguja de acceso y una persona lessolicitará solamente mostrar el Programa-Invitación para entrar al estacionamiento
(b) Ruta 2 (Dirección sur-norte)1. Salir del Anillo Periférico en la “gasa” hacia la Avenida de los Insurgentes en dirección sur-norte2. Tomar la segunda entrada a la UNAM después de la zona cultural para tomar el Circuito Exterior pasando la
Subestación 2, el CCADET, el IIMAS y al llegar a la Y tomar a la izquierda al Circuito Exterior donde pasando laFacultad de Ciencias deben dar vuelta en U y entrar al estacionamiento 2 de la Facultad de Ingeniería donde en laaguja de acceso habrá una persona que les solicitará solamente mostrar el Programa-Invitación para entrar alestacionamiento
II. En Metro: Tomar la línea verde de los Indios Verdes a la UNAM hasta la estación terminal yallí tomar el Pumabús que los lleve al Anexo de la Facultad de Ingeniería
III.En Metrobús: De cualquier punto de la Avenida de los Insurgentes a la Ciudad Universitariay una vez allí tomar el Pumabús que los deje en el Anexo de la Facultad de Ingeniería
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THE TWELVE PRINCIPLES
OF GREEN
ENGINEERING1
LOS DOCE PRINCIPIOS DE
LA INGENIERÍA VERDE1
Green Engineering is an approach toengineering, design, and productionbased upon sustainability, minimumenvironmental impact and favorableeconomic and social aspects. Greenengineering may be conducted within aframework of 12 principles:
La ingeniería verde es un acercamiento ala ingeniería, el diseño y la producciónbasado en la sustentabilidad, el impactomínimo al ambiente y los aspectossociales y económicos que sean másfavorables. La ingeniería verde puedeconducirse dentro del marco de 12principios:
1. Inherent sustainability andreduction of hazard.
2. Prevention more than treatmentand/or remediation.
3. Easy separation.4. Maximization of the efficiency in
the utilization of materials,energy, space, and time. Thisaspect of green engineeringmeans that operations areperformed with minimumconsumption of materials andenergy as rapidly as possible andin as little space as possible.
1. Sustentabilidad inherente y reducciónde la peligrosidad.
2. Prevención más que tratamiento y/oremediación.
3. Separación sencilla.4. Maximización de la eficiencia en el
uso de los materiales, la energía, elespacio y el tiempo. Este aspecto de laingeniería verde significa que lasoperaciones se realicen con el mínimoconsumo de materiales y energía tanrápido como sea posible y en el menorespacio posible.
5. Driving processes by pulling 5. Uso de la fuerza motriz generada por
1 Introducción a la química ambiental. Stanley E. Manahan. Coedición UNAM-Editorial Reverté. México D.F. y Barcelona
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output: Using Le Châtelier’sprinciple to drive a process byremoving product rather thanadding reactant. “Just-in-time”manufacturing in which productis made as needed by theconsumer is an example ofoutput-pushed processing.
6. Conservation of complexity.
la remoción de los productos: Uso delprincipio de Le Châtelier para dirigirun proceso sacando productos más queagregando reactivos. Producción“justo-a-tiempo” en la que el productose manufactura cuando lo necesita elconsumidor es un ejemplo de esto.
6. Conservación de la complejidad.7. Durability, but not immortality.8. Meet the need without excess and
avoid overdesign.9. Use of fewer kinds of materials.
7. Durabilidad pero no inmortalidad.8. Cumplimiento de las necesidades
evitando sobrediseños.9. Uso de menos tipos de materiales.
10. Utilization of available energyand materials.
11. Design for later use.12. Maximization of the use of energy
and renewable materials ratherthan depleting resources.
10. Utilización de la energía y de losmateriales disponibles.
11. Diseño para uso posterior.12. Maximización del uso de energía y
materiales renovables más que el usode recursos no renovables.
GOAL: META:
Applications from GREENENGINEERING to Mexico and othercountries of the region to improvequality of life in an overall basiswithout affecting sustainability
Aplicaciones de la INGENIERÍAVERDE a México y otros países de laregión para mejorar la calidad de vidade manera holística sin afectar lasustentabilidad
PRODUCT IN THE LONG TERM: PRODUCTO EN EL LARGO PLAZO:
BOOK LIBRO
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Abril / April 08, 2013
FINAL REPORT INFORME FINAL
The German Academic Exchange Service,DAAD (in German), has granted financial andlogistic support to organize Alumni events inimportant subjects to promote the interactionof the academic and industrial world with thesociety.
With the active participation of 21 Alumni, 5especially invited people, and 16 graduatestudents (more than 40 people), the openingceremony was presided by Mrs. NadianaZieger, representing the Director of the DAADOffice for Mexico and Central America, Dr.Hanns Sylvester, and by Prof. Dipl.-Ing.Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, Ph.D., formerDirector of the UNAM Faculty of Chemistry,the host institution for this Seminar.
El Servicio Alemán de Intercambio Académico,DAAD (en alemán), ha apoyado financiera ylogísticamente la realización de seminarios de ex-alumnos en temas muy importantes para promoverla interacción del mundo académico e industrialcon la sociedad.
Con la participación activa de 21 alumni, 5invitados especiales y 16 estudiantes de posgrado(más de 40 personas), la ceremonia deinauguración fue presidida por la Sra. NadianaZieger, en representación del Dr. Hanns Sylvester,Director de la Oficina del DAAD para México yCentro América y por el Prof. Ing. EnriqueRodolfo Bazúa-Rueda, ex-Director de la Facultadde Química de la UNAM, como entidad anfitriona.
The activities were focused to GreenEngineering, as the first, second, and thirdversions of the Seminar carried out in March2010, April 2011, and April 2012, included theopening conference, delivered by Dr. PeterKuschk, from the UfZ-Leipzig Halle, with thesubject: Constructed wetlands design variants– hydroponic plant root mats and pulsingwater level.
The closing key note conference GreenEngineering: Energy efficient use in theprocess industry was delivered by Prof. Dipl.-Ing. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, Ph.D.,from the Department of Chemical Engineeringof the Faculty of Chemistry of the NationalAutonomous University of Mexico, and an
Las actividades referentes a la Ingeniería Verde,como en las primera, segunda y tercera versión delos realizados en marzo de 2010, en abril de 2011 y2012, incluyeron la conferencia inauguralimpartida por el Dr. Peter Kuschk, del Centro deEstudios Ambientales de Leipzig-Halle, con eltema: Variantes de diseño para humedalesconstruídos o artificiales – zona radicular y nivelde agua por pulsos.
La conferencia de clausura, impartida por el Prof.Dr. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, delDepartamento de Ingeniería Química de laFacultad de Química de la Universidad NacionalAutónoma de México y recipiendario de una becade la Fundación Alexander von Humboldt en laUniversidad de Heidelberg, fue sobre: Ingeniería
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Alexander von Humboldt fellow from theUniversity of Heidelberg.
verde: Uso eficiente de la energía en la industriade proceso.
Mrs. Prof. Dr. Georgina Fernández, from theUNAM, Faculty of Engineering, and DAADAlumna, was the Chairperson for the FirstRound Table of Experts.
The first speaker was Prof. Dr. Felipe Lara-Rosano, DAAD Alumnus and former directorof the UNAM, CCADET (Center for AppliedSciences and Technological Development) andhis conference was Methodology forevaluation of the socioenvironmentalinnovation for high poverty and biodiversityzones in Mexico’s southern border.
La Profa. Dra. Georgina Fernández-Villagómez, dela Facultad de Ingeniería de la UNAM, y DAADAlumna, fue la moderadora de la Primera MesaRedonda de Expertos.
El primer conferencista fue el Prof. Dr. FelipeLara-Rosano, DAAD Alumnus y ex-director delCCADET de la UNAM (Centro de CienciasAplicadas y Desarrollo Tecnológico) y suconferencia se intituló Metodología de evaluaciónde la innovación socioambiental en zonas de altapobreza y biodiversidad en la frontera sur deMéxico.
The second speaker was an invited researcherfrom the National Institute for Ecology andClimatic Change (INECC, in Spanish), Mr.Miguel Ángel Martínez-Cordero, M.S., whopresented the book / Book presentation:National inventory of chemical substances:2009.
The third speaker was Dr. Simón González-Martínez, DAAD Alumnus, from the UNAM,Institute of Engineering, and his conferencewas Influence of the organic loading rate andbackwashing on the azo-dye removal in abiological aerated filter (BAF). Theconference was delivered by one of hisgraduate studients.
El segundo conferencista fue el investigadorinvitado del Instituto Nacional de Ecología yCambio Climático, INECC, M. en C. MiguelÁngel Martínez-Cordero, quien presentó el libroInventario nacional de sustancias químicas:Base 2009.
El tercer conferencista fue el Dr. Simón González-Martínez, DAAD Alumnus, del Instituto deIngeniería de la UNAM, quien envió la conferenciaInfluencia de la tasa de carga orgánica yretrolavado sobre la remoción de un coloranteazoico en un reactor biológico aerado. Laconferencia fue impartida por una de sus alumnasde posgrado.
The Second Round Table was chaired by Prof.Dr. Felipe Lara-Rosano, DAAD Alumnus andformer director of the UNAM’s Center forApplied Sciences and Technological Research.
La Segunda Mesa Redonda fue moderada por elProf. Dr. Felipe Lara-Rosano, DAAD Alumnus yex-Director del Centro de Ciencias Aplicadas yDesarrollo Tecnológico de la UNAM.
The first speaker was Mrs. Prof. Dr. IrinaSalgado Bernal, from the Faculty of Biology of
La primer conferencista fue la Prof. Dra. IrinaSalgado-Bernal, de la Facultad de Biología de la
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the Universidad de La Habana (University ofHavana, Cuba). Her conference title wasBacteria as bioremediation agents:Implication on the wastewater treatment andthe conservation of impacted ecosystems.
Universidad de la Habana, Cuba. El título de suconferencia fue Bacterias como agentesbiorremediantes: Implicación en el tratamientode aguas residuales y la conservación deecosistemas impactados.
The second conference on Newnanostructured materials, improvement tofully use solar radiation for the treatment ofrecalcitrant compounds in waste waters wasdelivered by Mrs. Prof. Dr.-Ing. María delCarmen Durán-Domínguez-de-Bazúa, from thehost institution, the UNAM, Faculty ofChemistry, and DAAD Alumna.
The third participation was from Dr. JaimeAlberto Moreno-Pérez, also from the UNAM,Institute of Engineering, and DAAD Alumnus,with the conference New methods to estimateand control biotechnological processes.
La segunda conferencia, Nuevos materialesnanoestructurados, mejora en elaprovechamiento de la radiación solar para eltratamiento de compuestos recalcitrantes enaguas residuales, fue presentada por la Profa.Dra.-Ing. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa, de la institución anfitriona, la Facultad deQuímica de la UNAM y DAAD Alumna.
La tercera participación fue del Dr. Jaime AlbertoMoreno-Pérez, también del Instituto de Ingenieríade la UNAM y DAAD Alumnus, con laconferencia Nuevos métodos de estimación ycontrol en procesos biotecnológicos.
The Third Round Table was moderated by Mrs.Prof. Dr.-Ing. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa, Chemical EngineeringDepartment, Facultad de Química, UNAM(National Autonomous University of Mexico),DAAD Alumna.
The first speaker was Mrs. Dr. María delRefugio González-Sandoval, DAAD Alumna,from the Autonomous University of the State ofHidalgo, and her talk was entitled Pyriteoxidation: Case studies in Mexico andGermany
La Tercera Mesa Redonda fue moderada por laProfa. Dr.-Ing. María del Carmen DuránDomínguez de Bazúa, del Departamento deIngeniería Química de la Facultad de Química dela Universidad Nacional Autónoma de México yDAAD Alumna.
La primer conferencista fue la Dra. María delRefugio González-Sandoval, DAAD Alumna, de laUniversidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Suplática fue sobre Oxidación de pirita: Estudiosde caso en México y Alemania.
The second conference dealt with RPBC - Lowload localized irrigation- and was delivered byProf. Dr. Gabriel Echávez, DAAD Alumnusfrom the Faculty of Engineering, UNAM.
La segunda conferencia versó sobre RPBC - Riegolocalizado de baja carga – y estuvo a cargo delProf. Dr. Gabriel Echávez, DAAD Alumnus de laFacultad de Ingeniería de la UNAM.
The third conference was sent from Japan by La tercera conferencia fue enviada desde Japón por
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the DAAD Alumni Dr. Víctor ManuelMenéndez-Flores, and was presented by M. enI. José Manuel Barrera Andrade, from theProgram for Masters and Doctoral Studies inEngineering, UNAM. The title of theconference was Photoelectrochemicalproperties of ZnO porous electrodes modifiedwith non-stoichiometric Ag-In-Ssemiconductor nanoparticles.
parte del DAAD Alumni Dr. Víctor ManuelMenéndez-Flores, y fue presentada por el M. en I.José Manuel Barrera Andrade, del Programa deMaestría y Doctorado en Ingeniería de la UNAM.El título de la conferencia fue Propiedadesfotoelectroquímicas de electrodos porosos deZnO modificados con nanopartículas desemiconductores no estequiométricos de Ag-In-S.
Within the Fourth Round Table, chaired byDra. María del Refugio González-Sandoval,from the Autonomous University of the State ofHidalgo, Mexico, and DAAD Alumna, the firstspeaker was Dr. Miguel Ángel Ríos Enríquez,DAAD Alumnus from the Faculty of Sciencesof the Veracruz University, habló Photo-Fenton processes as pre-treatment ofindustrial wastewaters.
The second participation corresponded to Dr.Antonio E. Jiménez-González, DAAD Alumnusfrom the UNAM Institute for RenewableEnergy Research and was focused toPhotocatalytic degradation studies of carbarylpesticides as a function of the solarconcentration ratio.
En la Cuarta Mesa Redonda, la Dra. en Ing. Maríadel Refugio González-Sandoval, de la UniversidadAutónoma del Estado de Hidalgo y DAADAlumna, fue la moderadora. El primerconferencista fuel Dr. Miguel Ángel Ríos-Enríquez, DAAD Alumnus de la Facultad deCiencias Químicas de la Universidad Veracruzana,quien ahbló del Empleo de procesos Fentoncomo pretratamiento de aguas residualesindustriales
En la segunda participación, el Dr. Antonio E.Jiménez-González, DAAD Alumnus, del Institutode Energía Renovables de la UNAM se refirió alos Estudios de degradación fotocatalítica delplaguicida carbarilo como función de la razónde concentración solar.
The closing ceremony was presided by thethree organizers, Mrs. Prof. Dr. GeorginaFernández-Villagómez, Mrs. Dr. María delRefugio González-Sandoval, and Mrs. Prof.Dr.-Ing. María del Carmen Durán-de-Bazúawith the honorable presence of Mr. Hubertusvon Römer, Scientific Attaché from the GermanEmbassy in Mexico City.
La ceremonia de clausura fue presidida por las tresorganizadoras, la Profa. Dra. Georgina Fernández-Villagómez, la Dra. María del Refugio González-Sandoval y la Profa. Dra.-Ing. María del CarmenDurán-de-Bazúa, acompañadas por la honorablepresencia del Agregado Científico de la Embajadade la RFA en México, el Sr. Hubertus von Römer.
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CONTRIBUCIONES SELECTASCOMPARTIDAS POR LOS
CONFERENCISTAS(RESÚMENES Y/O RESÚMENES
EXTENDIDOS)
SELECTED PAPERSSHARED BY THE SPEAKERS
(ABSTRACTS AND/OR EXTENDEDABSTRACTS)
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Key Note Opening Conference
CONSTRUCTED WETLANDS DESIGN VARIANTS – HYDROPONIC PLANTROOT MATS AND PULSING WATER LEVEL
Conferencia magistral inaugural
VARIANTES DE DISEÑO PARA HUMEDALES CONSTRUIDOS OARTIFICIALES ZONA RADICULAR HIDROPÓNICA Y NIVEL PULSANTE
DE AGUA
Peter Kuschk1, Zhongbing Chen1,2, Eva M. Seeger1, Diego Paredes3, Arndt Wiessner1
1 Department of Environmental Biotechnology, Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ,Permoserstrasse 15, D-04318 Leipzig, Germany2 Department of Environmental Engineering, Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, GeusaerStrasse 135, D-06217 Merseburg, Germany3 Facultad de Ciencias Ambientales, Universidad Tecnológica de Pereira, Apartado Aereo 97, Sede laJulita, Pereira, Colombia
*Corresponding author: Peter Kuschk ([email protected])Tel.: +49-341-235-1765; Fax: +49-341-235-1471
EXTENDED ABSTRACT
At present, highly energy consuming technologies are stepwise replacedby technologies based on thosewith low need of technical equipment, such as solar energy and living organisms in the field ofwastewater treatment. For instance, the constructed wetlands (CWs) are wastewater treatment systemsengineered to simulate the physical, chemical, and biological purification processes of naturalwetlands. Depending on the level of the water column with respect to the soil bed, CWs are classifiedas surface flow and subsurface flow wetlands; depending on the growth pattern of the macrophytes(plants) in the system, CWs are also classified into floating macrophyte, submerged macrophyte androoted emergent macrophyte systems (Kadlec and Wallace, 2009).
Hydroponic plant root matsA new variant of CWs has been developed that uses emergent water plants, similar to those used insurface and subsurface flow CWs. They are growing as a floating root mat on the water surface or
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touching to the rooting proof bottom of the water body where the root mat can function as a filter forthe contaminated water. In general, a floating root mat involves the growth of emergent water plants(helophytes), which naturally root into the soil, but in this case are converted into artificial macrophyteroot mats floating over a pond or canal. These plants can form a dense floating mat of roots andrhizomes, whereby a preferential hydraulic flow in the water zone between the root mat and the non-rooted bottom can be expected. In the case that this root mat occupies the whole water body andtouches the bottom of the pond or canal, the water is forced to flow through the root mat like through afilter.
Floating root mats (FRMs) and non-floating root mat filters (RMFs) are hybrids of soil free pondsystems and conventional soil based CWs containing macrophytes. Because of their specific structure,floating root mats combine benefits from ponds and CWs, and are therefore used for the removal ofdifferent pollutants such as suspended solids, nutrients, metals, and organic contaminants.
FRMs and non-floating RMFs are similar to ponds as they have a water body, and are also similar toconventional soil based CWs as both of them use helophytes, but ponds are usually dominated byphytoplankton (Kadlec 2005). FRMs are often termed in a different way as “floating islands” (VanDuzer 2004), “artificial floating islands” (Nakamura et al., 1995), “artificial floating reed beds”(Billore and Prashant 2008), floating mats (Kalin and Smith, 1992; Li et al., 2009), “floating treatmentwetlands” (Van de Moortel et al., 2010; Faulwetter et al., 2011; Headley and Tanner, 2011),“constructed floating wetlands” (Van de Moortel et al., 2011). Since the root mat is regarded as themost important and representative feature of these systems, and the mat is either floating or non-floating, we classify these systems as floating root mats (FRMs) and root mat filters (RMFs).
In the field of water treatment, FRMs were probably first used for the remediation of eutrophicatedrivers and lakes and rivers (Hoeger, 1988; Nakamura et al., 1995). Later on, they were also applied totreat acid mine drainage (Smith and Kalin, 2000), followed by treating stormwater (Revitt et al., 1997;Tanner and Headley, 2008), piggery effluent (Hubbard et al., 2004), poultry processing wastewater(Todd et al., 2003), domestic wastewater (Faulwetter et al., 2011; Hijosa-Valsero et al., 2010; Van deMoortel et al., 2010) and combined sewer overflow (Van de Moortel et al. 2011), as well as eutrophiclake water (Song et al., 2009). Recently, there are developments using FRMs and RMFs for treatingground waters contaminated by the chemical industry (Seeger et al., 2011; Chen et al., 2012).
Pulsing water levelHorizontal subsurface flow CWs are widely used for treatment of various wastewater types (Kadlecand Wallace, 2009). In order to enhance the oxygen input into the HSSF CWs, a variant called tidalflow CW was tested. During the tidal flow, cycles of water draining and filling periods are created inthe wetland, i.e. the matrix of the wetland is alternately filled with wastewater and drained. In fillingthe CW, used-up air is expelled from the wetland as the level of water rises. When the CW is drained,the retreating water acts as a passive pump to draw fresh air from the atmosphere into the matrix.Hence, an unsaturated zone during the draining period is created that increases the aeration due to a
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higher oxygen transfer. It was shown that a higher removal efficiency for BOD5, COD and ammoniumwas obtained in the discontinuous flow HSSF CW than in the continuous flow HSSF CW (Caselles-Osorio and García, 2007; Pedescoll et al., 20011; Vymazal and Masa, 2003).
Case study exampleA plant root mat filter (PRMF) and a horizontal subsurface-flow constructed wetland (HSSF CW),operating in continuous flow and discontinuous outflow flushing mode, were investigated to treat agroundwater contaminated with low-chlorinated hydrocarbons (monochlorobenzene (MCB), 1,2-dichlorobenzene (1,2-DCB), 1,4-dichlorobenzene (1,4-DCB) and 2-chlorotoluene). The mean inflowconcentrations were 8.22, 0.04, 0.3, and 0.04 mg L-1 with mean inflow loads were 247, 1.1, 9.0, and 1.1mg m-2 d-1, respectively. After a flow path of 4 m, mean load removal efficiencies of 93, 88, 92, and87% were observed for MCB, 1,2-DCB, 1,4-DCB, and 2-chlorotoluene in the PRMF, whereas 51, 46,69, and 70% were observed under continuous flow mode and 51, 48, 71, and 73% were achieved underdiscontinuous outflow flushing mode in the HSSF CW. In the pore water of the PRMF a higher redoxpotential was monitored, which explains the higher treatment efficiency in the PRMF than in the HSSFCW. The change from continuous flow to discontinuous outflow flushing mode combined with arelatively long resting phase caused no obvious improvement of treatment efficiency in the HSSF CW.
In conclusion, PRMF could be an option for the treatment of waters contaminated with compoundswhich in particular need oxic conditions for their microbial degradation, such as low-chlorinatedbenzenes.
ACKNOWLEDGEMENTS
Authors acknowledge their institutions and first author to DAAD for the financial support.
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M-I-1
METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE LA INNOVACIÓNSOCIOAMBIENTAL EN ZONAS DE ALTA POBREZA Y BIODIVERSIDAD EN
LA FRONTERA SUR DE MÉXICO
Methodology for evaluation of the socioenvironmental innovation for high povertyand biodiversity zones in Mexico’s southern border
Felipe Lara-Rosano* & Adriana A. Quiroga Carapia**
* C3 & CCADET, UNAM** ECOSUR
El proyecto "Innovación Socioambiental para el Desarrollo en Zonas de Alta Pobreza yBiodiversidad en la Frontera Sur de México" de ECOSUR se organizó estableciendo la Red deEspacios de Innovación Socioambiental (REDISA), para trabajar en redes hacia su objetivo central:generar espacios para la innovación social y ambiental en la frontera sur de México, buscandofortalecer las capacidades locales para el manejo sustentable de los recursos naturales y el bienestar desus habitantes.
Con base en lo anterior, de acuerdo con la Coordinación de REDISA, se planteó:
a) Analizar el concepto de Innovación Socioambiental para definir criterios e indicadores paraevaluarla en los subproyectos específicos de los diecisiete grupos de investigación que integraronREDISA.
b) Desarrollar una Metodología de Evaluación de la Innovación Socioambiental generada, según losresultados empíricos logrados de fortalecer las capacidades locales para el manejo sustentable delos recursos naturales y el bienestar de sus habitantes.
c) Aplicar la metodología desarrollada a la evaluación ex post del proyecto, en sus diferentes nodosde la red.
En el presente trabajo se presenta un modelo de evaluación del proceso de investigación-acciónque se desarrolló con actores sociales tales como comunidades indígenas, ejidos, organizaciones deproductores, organizaciones no gubernamentales, e instancias de gobierno municipales, estatales yfederales con el fin de generar aprendizajes colectivos para la conservación de la biodiversidad regionaly la mejora en el nivel de vida de un número significativo de pobladores rurales.
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M-I-2
Inventario nacional de sustancias químicas: Base 2009
National inventory of chemical substances: 2009
M. en C. Miguel Ángel Martínez Cordero
Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático, México
En esta publicación se presenta el primer inventario de sustancias químicas en comercio, para el cual secontó el con el apoyo de Departamento de Ambiente, Alimentos y Asuntos Rurales del Reino Unido,en congruencia con el Enfoque Estratégico para la Gestión de Productos Químicos a NivelInternacional, con la colaboración de contrapartes institucionales de los Departamento de Salud y delAmbiente de Canadá y de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU., bajo el auspicio de laComisión de Cooperación Ambiental de América del Norte.
En países que son socios comerciales de México, como los Estados Unidos y Canadá, la informaciónde todas las sustancias químicas se encuentra disponible a partir de procedimientos de registroestablecidos para todas las sustancias químicas bajo diversas regulaciones. Por ejemplo, para las de usofarmacéutico, cosmético o plaguicida y en el caso de las sustancias químicas industriales existe unsistema único de registro aunado a un sistema de evaluación o categorización basado en el grado deriesgo para el ambiente y la salud, cuya principal responsabilidad recae en las agencias del ambiente ysalud de los tres países.
La Unión Europea ha extendido el requisito de registro a la mayoría de las sustancias químicas,incluyendo información más amplia sobre sus características de riesgo para el ambiente y la salud y esla industria quien tiene la responsabilidad de realizarlos.
En lo que respecta al registro del primer grupo de sustancias citado, existe similitud con losprocedimientos que la Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios, Cofepris, lleva acabo en México. Sin embargo, no se tiene hasta ahora un procedimiento dirigido a las sustanciasquímicas de uso industrial y no se conoce qué sustancias se encuentran en el mercado en el país.
Estados Unidos cuenta con un inventario de sustancias químicas, publicado inicialmente en 1979 que,actualmente, tiene registradas más de 84000.
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El inventario presentado hoy se conformó a partir de tres listados base, provenientes del estudiorealizado conjuntamente por la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales y la UniversidadNacional Autónoma de México, en 2007.
Las sustancias reguladas en 16 ordenamientos jurídicos y con información proporcionada por laAsociación Nacional de la Industria Química, ANIQ.
Para el año base 2009 fue, además, extraída información de fuentes secundarias, entre las que seencuentran la Cédula de Operación Anual del Registro de Emisiones y Transferencia deContaminantes, la base de datos de los pedimentos de importación de la Alianza para el GobiernoAbierto, AGA, y los registros de Auditoría Ambiental de la Procuraduría Federal de Protección alAmbiente, Profeco.
El procedimiento de validación de esta información se hizo a través de la comparación con lassustancias reportadas en los inventarios de Estados Unidos y Canadá y la revisión química realizadapor el Colegio Nacional de Ingenieros Químicos y Químicos, CONIQQ, con base en la nomenclaturaChemical Abstracts Service, CAS, sustentada en el Scifinder.
El libro introduce el tema del manejo de sustancias químicas en el mundo y en México para ubicar lafunción que cumplen los inventarios, se describe la metodología seguida para conformar este primerinventario de México y se presentan resultados generales resumidos en cuadros y fichas técnicas desustancias químicas individuales.
En las conclusiones se discuten las ventajas que representa contar con este instrumento de informaciónasí como sus limitaciones. También se señalan las fuentes de información consultadas.
De forma más general, se establecen los pasos a seguir, tanto para el inventario, como en la política desustancias químicas y los avances que se han desarrollado el Instituto Nacional de Ecología, INE, ahorade Ecología y Cambio Climático, INECC, que son materia de otros documentos.
El Inventario Nacional de Sustancias Químicas es de acceso público a través del portal de internet delInstituto Nacional de Ecología, ahora INECC. Para ello se ha diseñado un sitio de consultaspersonalizables por el usuario que permite conocer la identidad química de 5,852 sustancias encomercio en México y la cantidad de aquellas que produjeron o importaron en 2009, así como lascaracterísticas de persistencia (P), bioacumulación (B) y toxicidad (T) en organismos acuáticos paraaquellas sustancias caracterizadas como B, P y T o en combinaciones de estas categorías.
Complementariamente al acceso público de la página electrónica del Instituto Nacional de Ecología yCambio Climático, se publica el presente libro y se distribuye la base de datos del Inventario Nacionalde Sustancias Químicas en formato excel anexa en el disco compacto.
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National Inventory of Chemical Substances: 2009
This publication presents the first inventory of chemicals in commerce, for which it had the support ofthe Department for Environment, Food and Rural Affairs of the UK, in line with the StrategicApproach to International Chemicals Management Internationally, in collaboration with partnerinstitutions of the Department of Health and Environment Canada and the Environmental ProtectionAgency of the US under the auspices of the Commission for Environmental Cooperation of NorthAmerica.
In trading countries partners of Mexico, as the United States and Canada, the information of allchemicals is available from established registration procedures under various regulations, forexample, pharmaceuticals, cosmetics or pesticides, and in the case of industrial chemicals, there is asingle registration system coupled with an evaluation system or categorization based on the degree ofrisk to the environment and health, the main responsibility lies with the environmental and healthagencies. The European Union has extended the registration requirement to almost all chemicals,including more detailed information on their hazardous and risk characteristics for the environmentand human health, and based in precautory principle the industry is responsible of safe of theirproducts.
With respect to the registration of the first group of substances mentioned, in Mexico, there is asimilarity with the procedures that the Federal Commission for Protection against Health Risks held inMexico. However, so far no one procedure is directed to industrial chemicals and is uncertain what ofthem could be found in the country market.
This first Mexican inventory was formed from three basic listings: 1) the study from Ministry ofEnvironment and Natural Resources and the National Autonomous University of Mexico, 2007, 2)controlled substances in 16 jurisdictions and 3) information provided by the National Association forthe Chemical Industry, ANIQ in Spanish. In addition, information was extracted for the base year 2009of secondary information sources, among which are the Annual Operation Format from the Registry ofEmissions and Pollutant Transfer, the database of import declarations of Mexican Customs Office andrecords of Environmental Audit of Federal Attorney for Environmental Protection. The validationprocedure of this information was made through comparison with substances inventories reported inthe United States and Canada, and chemical review by the National College of Chemical Engineersand Chemists, CONIQQ in Spanish, nomenclature based on CAS supported by the Scifinder.
The book introduces the topic of management of chemicals in the world and in Mexico to locate therole of inventories. It describes the methodology used to form this first inventory of Mexico and presentgeneral results summarized in tables and data sheets of individual chemicals.
In the conclusions, the advantages of having this information tool and its limitations are discussed, aswell as sources of information.
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More generally, the steps to be followed, both for inventory, as for chemicals policy and the progressthat has been developed by the National Institute of Ecology, now for Climate Change too, arepresented, especially regarding other published documents.
The National Inventory of Chemicals is publicly accessible through the Internet portal of the NationalInstitute of Ecology and Climate Change. For this a site user customizable queries has been designedto find out the chemical identity of 5,852 substances in trade in Mexico and the number of those thatwere produced or imported in 2009, and the characteristics of persistence (P), bioaccumulation (B)and toxicity (T) to aquatic organisms to those substances, characterized as B, P and T or incombinations of these categories.
In addition to the public access to the website of the National Institute of Ecology and Climate Change,this book is published and the database of the National Inventory of Chemical Substances is distributedin excel format on a CD attached to it.
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M-I-3
Influence of the organic loading rate and backwashing on the azo-dye removal in abiological aerated filter (BAF)
Influencia de la tasa de carga orgánica y retrolavado sobre la remoción de uncolorante azoico en un reactor biológico aerado
Y. Lucero Cobos-Becerra, Simón González-MartínezInstituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México
(Correo-e / e-mail: [email protected], [email protected])
AbstractA biological aerated filter (BAF) packed with small lava stones (4.7 mm) has been operating during 585 days to evaluatethe influence of the organic loading rate and backwashing on the hydraulic behaviour of the filter and the degradation ofthe Direct Blue 2 (DB2) dye. Three organic loading rates were tested (3.2, 6.1, and 11.9 kgCOD/m3∙d). Daily backwashingcauses the removal of excess biofilm and prevents the biofilm from growing thicker enough to clog the filter media and fromreducing the effective volume. Independently of the similar hydraulic behaviour between the three organic loading rates andthat the dead volume is practically the same for all three, with increasing organic load the apparent porosity decreases.Under the three different organic loading rates the dead volume calculated using the Axial Dispersion and Wolf andResnick models were 20% with a dispersion coefficient of 0.38. For the organic loads of 3.2, 6.1, and 11.9 kgCOD/m3∙d theapparent porosities are 49, 47, and 45%, respectively. The tracer tests showed that, with increasing organic loading rates,the effective volume and hydraulic retention time remain constant. Biofilm growth remains almost constant due tocontinuous backwasing and aeration of the filter media. The decrease in the effective volume did not affect significantly theCOD and azo dye removal rates. The higher the organic load, the better the azo dye is removed.
Keywords: BAF, azo dyes, hydraulic behaviour, tracer tests, backwashing, mathematical models
INTRODUCTION
Degradation of azo dyes (-N=N-) consists of two steps: The first is the cleavage of the azo bond and thesecond is the mineralization of intermediates (Saratale et al., 2011). Fixed-film processes have provento be more efficient to remove xenobiotics than suspended growth systems. Aerobic biofilms have anumber of advantages for the treatment of azo dyes because they offer higher solids retention timesnecessary to prevent washout of adapted organisms and they can provide both aerobic and deepanaerobic zones which allow a better mineralization of the dyes (Jiang and Bishop, 1994).Nevertheless, the main problem with this technology is clogging when the biofilm develops fast or afterlong operation periods (Escudié et al., 2005). As a result of biofilm growth, a fraction of the reactorvolume becomes idle as "dead volume" when the liquid flows through “preferential” pathways(Fatihah and Donelli, 2008).
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The hydraulic characteristics of bioreactors are commonly determined using tracer studies to obtainthe residence time distribution (RTD) and flow characteristics can be quantitatively evaluated by fittingsuitable mathematical models to the data (de Nardi et al., 1999). If correctly obtained, RTD curves willpermit the identification of dead zones, short-circuiting and/or channelling (Fatihah and Donelli, 2008,de Nardi et al., 1999).The aim of this work was to assess the influence of the organic loading rate andbackwashing on the hydraulic behavior of a biological aerated filter (BAF) and the removal of an azodye.
MATERIALS AND METHODS
The pilot biological aerated filter (BAF) consists of a vertical placed PVC pipe with 15 cm internaldiameter. Lava stones were sieved to a size of 4.7 mm (between 4.0 and 4.7 mm). Tables 1 and 2 showthe main characteristics of the pilot filter and filter media. The pilot BAF was operated with an air flowrate of 10 L/min. Because the lava stones are too heavy to achieve a bed expansion with conventionalprocedures, backwashing was performed daily using collapse pulsing conditions as described byHumby and Fitzpatrick (1996).
Table 1. Pilot submerged biological filterscharacteristics
Table 2. Lava stones characteristics
Total height 1.90 m Specific surface area 1952 m2/m3
Filter bed depth 1.0 m Apparent porosity 54 %Total volume 17 L Bulk density 710 kg/m3
Apparent void volume 9 L Lava stones density 1921 kg/m3
Mixed with synthetic wastewater, Direct Blue 2 (DB2) (=598 nm) dye was fed at 50 mg/L. The CODand azo dye removal were evaluated under three different organic loading rates (OLR) of 3.2, 6.1 and11.9 kgCOD/m3∙d and a theoretical hydraulic retention time (HRT) of 3 h. The OLR were achieved bythe adjustment of the carbon source in the synthetic wastewater. The azo dye was analyzed usingHPLC and UV Spectrophometer. Tracer tests were carried out using bromocresol green (=616 nm)continuously fed at the influent under the three different organic loading rates.
The tracer tests were made under three conditions: 1) With freshly placed filter media (new media)using the DB2 as tracer, 2) after 60 backwashing procedures without biofilm, to analyze the effects ofbackwashing on the media surface, and 3) after the biofilm developed with wastewater and DB2 assubstrate under the three different OLR. Tracer curves were analyzed using two mathematical modelsfor non ideal reactors: the Axial Dispersion and the Wolf and Resnick models (Smith, 1981; Wolf andResnick, 1963).
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RESULTS
Azo dye removalDuring 585 days a biological aerated filter has been operated under previously indicated organicloading rates (Figure 1). The dye (DB2) concentration was held constant at 50 mg/L over the wholeexperimental time. As the OLR was increased at every stage, the colour removal decreased over a shorttime to increase again until the next OLR adjustment. Table 3 indicates that, with increasing organicload, colour removal increases and COD removal decreases.
Figure 1. Colour removal of Direct Blue 2
Figure 2 shows the concentration profiles for the azo dye, benzidine and COD along the filter bedheight. The azo dye removal increased with the organic load (35, 55, and 61 % for 3.2, 6.1, and 11.9kgCOD/m3∙d, respectively). These results agree with the literature indicating that the azo dyes arebetter removed at higher organic cosubstrates concentrations (Saratale et al., 2011). Benzidine and 4-aminobifenyl were considered possible products of the azo dye degradation and only the presence ofbenzidine could be detected and quantified using HPLC. For the two higher organic loads, benzidineprofiles show maximal concentrations between 0 and 3 mg/L only in the first 60 cm of the filter, to becompletely removed in the upper part of the filter. The lowest organic load showed no benzidine at all.Only 1.5 mg/L 4-aminobifenyl could be shortly observed during the highest organic load and it wascompletely removed in the upper part of the filter.
Table 3. Organic load and COD and colour removal rates.Organic loading
rate(kgCOD/m3∙d)
COD removal(%)
Colour removal(%)
3.2 88 356.1 84 55
11.9 75 61
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Figure 2. Profiles of Direct Blue 2, benzidine and COD
Tracer testsUsing the Axial Dispersion Model, tracer data for new and eroded media (without biofilm) werecompared with the tracer curves obtained for the filter media when covered with a biofilm growingunder three different organic loading rates (Figure 3). The curves were adjusted with the best fit whenthe dispersion coefficient DL/uL=0.38. Tracer curves showed that, for the new and eroded media, thetracer appeared in the effluent in a shorter time than expected, indicating an effective volumereduction. The dead volume is caused by the combination of two phenomena: the liquid volumedisplaced by the air bubbles and the turbulence caused by aeration generating preferential channellingalong the filter media and creating large zones of stagnant liquid. For all three organic loading rates,the dead volume of the media was the same, 20%. From Figure 3 it can be observed that the curve ofthe eroded media approaches better the behaviour of the Axial Dispersion Model and that the curves ofthe media with biofilm present no significant differences between them; it is also interesting to observethat these three “curves” approach a straight line after t/to=0.2 until reaching C/Co=1.0.
Figure 3. Experimental and fitted tracer curves using the Axial Dispersion model
Backwashing procedures expose the filter media to continuous hits against each other and against thefilter walls causing rounding of the edges and reducing the surface irregularities; the particles
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resulting after many backwashing procedures are lightly smaller than the parent particles. Also causethe reduction of the apparent porosity of the eroded media (50%) compared with the new one (54%).The eroded media presented lower dead volumes (79%) compared with the new media (83%). Flowpatterns of eroded and new media were different because backwashing a) causes attrition of theparticle surface reducing the edges to a more regular shape, b) decreases the void volume of themedia, and c) improves the particle size distribution (Fitzpatrick, 1998) and, consequently, a morehomogeneous flow through the filter bed is obtained.
Once the filter was operated with a biofilm growing on the filter media, backwashing caused detachingof the excess biofilm and prevents the biofilm from growing thick enough to clog the filter media andthus from reducing the effective volume. Independently of the similar hydraulic behaviour between thethree organic loads and that the dead volume is practically the same; the apparent porosity (48%)remains constant for the three organic loads.
CONCLUSIONS
The aerobic biofilm in the BAF removed up to 50% the Direct Blue 2 azo dye and completely theintermediate products benzidine and 4-aminobifenyl under the proposed conditions. The higher theorganic load, the better the azo dye is removed.
Daily backwashing causes the filter media attrition, the reduction of the apparent porosity and thedead volume zones. Using the Axial Dispersion and Wolf and Resnick models, the calculated deadvolume for the three organic loading rates was the same, 20%, with a dispersion coefficient of 0.38.
The tracer tests showed that, with increasing organic loading rates, the effective volume andhydraulic retention time remain constant. Biofilm growth remains almost constant due to continuousbackwashing and aeration of the filter media.
The decrease in the effective volume did not affect significantly the COD and azo dye removal rates.
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M-II-1
RIZOBACTERIAS COMO AGENTES BIORREMEDIANTES: IMPLICACIÓNEN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y LA CONSERVACIÓN
DE ECOSISTEMAS IMPACTADOS
RHIZOBACTERIA AS BIOREMEDIATING AGENTS: IMPLICATION ONWASTEWATER TREATMENT AND RESTAURATION OF IMPACTED
ECOSYSTEMS
Irina Salgado BernalCuba, Universidad de La Habana, Facultad de Biología, Departamento de Microbiología y Virología
Resumen
El tratamiento del agua, antes de su vertimiento a los ecosistemas acuáticos, constituye un tema deimportancia actual. Como el agua y el saneamiento se encuentran entre los Objetivos de Desarrollo delMilenio, existe un gran número de investigaciones enfocadas en la biorremediación y dentro de susalternativas las bacterias rizosféricas representan un grupo de interés. Estos microorganismos tienenimplicación en sistemas de tratamiento basados en ecosistemas naturales, como los humedalesartificiales o construidos. Estos sistemas representan opciones de tratamiento sustentables para eltratamiento de efluentes contaminados, pero los procesos que ocurren en la zona rizosférica no se hanestudiado lo suficiente. El trabajo se propuso como objetivo analizar el papel de las rizobacterias en lainteracción con compuestos contaminantes y su posible implicación en el tratamiento de aguas. Esteanálisis comprendió la caracterización general de las rizobacterias, el tipo de interacciones condiferentes compuestos presentes en el suelo y en las aguas residuales, la descripción general de loshumedales artificiales como sistemas de tratamiento viables y el reto que implica para los biólogos,asociados con los grupos multidisciplinarios que trabajan con los humedales, la caracterización de losgrupos microbianos específicos en cada sistema y su papel en la interacción con los contaminantespresentes en las aguas tratadas. Además, se presentan resultados de investigaciones, a través de unestudio de caso, de la aplicación de este tipo de bacterias en el bioaumento de humedales, lo quepermite la propuesta de una metodología para la obtención de rizobacterias biorremediadoras, suaplicación en el bioaumento de sistemas de tratamiento como los humedales, destinados a la remociónde contaminantes inorgánicos y orgánicos, y en el mejoramiento de ecosistemas impactados.
Palabras clave: Agua, conservación, rizobacterias, humedales artificiales
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Abstract
Water treatment, before its disposal to aquatic ecosystems, constitutes a present subject. As water andsanitation are among the Objectives of this Millenium Development, there are a number of researchprojects focused to bioremediation and one of the options are the rhizospheric bacteria representing agroup of interest. These microorganisms have implications in treatment systems based on naturalecosystems, such as the constructed or artificial wetlands. These systems represent sustainable optionsfor the treatment of polluted effluents. So far, the processes occurring in the rhizospheric zone havestill under study. In the conference presented the objective was to analyze the role of rhizobacteria andits interaction with specific polluting compounds with a possible implication for wastewater treatment.The analysis included the general characterization of rhizobacteria, the type of interactions with thedifferent compounds present in soil and wastewaters, the general description of artificial wetlands asviable treatment systems, and the challenge for biologists implicated in the multidisciplinary groupsworking with wetlands. The caracterization of the specific microbial groups in each system and its rolein the interaction with pollutants present in wastewaters. Besides, results are presented, through a casestudy, of the application of this type of bacteria in the bioaugmentation of wetlands performance, witha proposal of a methodology to obtain bioremediating rhizobacteria, its application in thebioaugmentation of treatment systems such as the artificial wetlands to remove inorganic and organicpollutants, as well as for the improvement of impacted ecosystems.
Key Words: Water, conservation, rhizobacteria, artificial wetlands
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M-II-2
NUEVOS MATERIALES NANOESTRUCTURADOS, MEJORA EN ELAPROVECHAMIENTO DE LA RADIACIÓN SOLAR PARA EL
TRATAMIENTO DE COMPUESTOS RECALCITRANTES EN AGUASRESIDUALES
NEW NANOSTRUCTURED MATERIALS, IMPROVEMENT TO FULLY USESOLAR RADIATION FOR THE TREATMENT OF RECALCITRANT
COMPOUNDS IN WASTE WATERS
Sayra Lissette Orozco-Cerros, José Manuel Barrera-Andrade, María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa
Laboratorios 301, 302, 303 de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental. Departamentode Ingeniería Química, Facultad de Química, UNAM, México
(Correos-e / e-mail: [email protected], [email protected], [email protected])
RESUMENLos procesos fotocatalíticos homogéneos y heterogéneos han demostrado alta eficacia en la degradación de una grancantidad de compuestos químicos contaminantes recalcitrantes y potencialmente tóxicos. No obstante, estos procesospresentan desventajas para su aplicación. Los fotocatalizadores de TiO2 dopados con iones de hierro soportados sobre unamatriz de sílice, Fe/TiO2/SiO2 combinan las ventajas de los procesos fotocatalíticos homogéneos y heterogéneos y dansolución a los problemas de separación de fases asociados con los primeros. En este trabajo se presenta un ejemplo sobre lasíntesis de nano-fotocatalizadores de Fe/TiO2/SiO2, que aprovechen como fuente de energía a la radiación solar. Para lacaracterización catalítica se emplearon como contaminantes modelo a dos colorantes usados en la industria textil,Anaranjado de Metilo y Azul Reactivo 69. El proceso fotocatalítico fue llevado a cabo bajo condiciones de iluminaciónvisible y UVA. Los nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 fueron preparados en dos etapas. En la primera etapa se muestra lacaracterización catalítica de los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2, bajo iluminación UVA y visible. La influencia delcontenido de Fe y el precursor de titanio empleado para la síntesis de los nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y1.0% en masa de Fe) se presenta en la segunda etapa. Los resultados indican que los nano-fotocatalizadores de Fe/TiO2/SiO2
presentan actividad fotocatalítica en la región visible, lo que permitirá que haya un mejor aprovechamiento de la radiaciónsolar.
Palabras clave: Nano-fotocatalizador, contenido de Fe, óxido de titanio como precursor, decoloración
ABSTRACTHomogeneous and heterogeneous photocatalytic processes have shown high efficiency in the degradation of a large amountof recalcitrant and toxic pollutants. However, these processes have some disadvantages for its application. The TiO2
photocatalyst doped with ions of iron supported on a silica matrix, Fe/TiO2/SiO2 combines the advantages of homogeneousand heterogeneous photocatalytic processes and provides solutions to the problems associated with the separation unitoperations for homogeneous fotocatalysis. This paper presents as an example, the synthesis of Fe/TiO2/SiO2 nano-photocatalysts, taking advantage of solar radiation as an energy source. . The catalytic characterization was carried outwith two dyes used in the textile industry, Methyl Orange and Reactive Blue 69, as model compounds. The photocatalytic
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process was carried out under visible and UVA light. The Fe/TiO2/SiO2 nano-photocatalysts were prepared in two phases.In the first phase, the catalytic characterization of Fe/TiO2/SiO2 photocatalysts, under UVA and visible illumination isshown. The influence of the Fe content and the titanium precursor used for the synthesis of nano-photocatalystsFe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7, and 1.0% in mass Fe) is presented in the second phase. The results indicate that the Fe/TiO2/SiO2
nano-photocatalysts have photocatalytic activity in the visible region, an interesting outcome that would allow a betterutilization of solar radiation.
Key Words: Nano-photocatalyst, Fe contents, titania precursor, discoloration
INTRODUCCIÓN
Los procesos fotocatalíticos homogéneos (reacciones tipo Fenton) y heterogéneos con TiO2 handemostrado alta efectividad en la remoción de color en los efluentes industriales, como los textiles(Bellardita y col., 2010; Forgacs et al., 2004; Orozco et al., 2008,), presentándose como una nuevatecnología para la remediación ambiental (Vijayan et al., 2009; Wang et al., 2009). El procesofotocatalítico heterogéneo consiste en incidir sobre el catalizador radiación con fotones de energía igualo mayor que su energía de banda prohibida (Ebg). Cuando un fotón es absorbido, un electrón sepromueve de la banda de valencia hacia la banda de conducción, generando un hueco en la banda devalencia. El par de cargas electrón-hueco generadas participan en las reacciones de redox (Turchi yOllis, 1990). Mientras que las reacciones tipo Fenton implican la descomposición catalítica de H2O2,empleando sales de hierro (Orozco et al., 2008). Las especies generadas en estos procesos, radicales
hidroxilo (OH·) son altamente oxidantes y tienen la capacidad de oxidar rápidamente y en forma noselectiva a las moléculas de colorantes. Además estos procesos tienen la posibilidad de emplear comofuente de iluminación radiación solar, por lo que son atractivos desde punto de vista económico-ambiental. No obstante, estos procesos presentan limitaciones prácticas para su aplicación (Ismail,2005; Kemdeo et al., 2010; Mazille et al., 2009a; Xu et al., 2008). Los procesos fotocatalíticoshomogéneos y heterogéneos tiene el inconveniente de la separación del catalizador después deltratamiento. Además, la fotocatálisis heterogénea con TiO2 tiene la desventaja de activarse conradiación en la región ultravioleta. Si se considera que sólo un 5% de la radiación solar que llega a laatmósfera baja es ultravioleta, el uso de la radiación solar es poco eficiente.
Para evitar la separación del catalizador después del tratamiento se ha propuesto la inmovilización delTiO2 sobre soportes sólidos (Ismail, 2005; Kemdeo et al., 2010; Mazille et al., 2009a). El catalizadorTiO2 soportado sobre SiO2, TiO2/SiO2, ha sido considerado como un material que sustituya al TiO2
puro Las propiedades físicas y catalíticas del foto-catalizador de la dupla TiO2/SiO2 dependen delmétodo de preparación y del grado de interacción entre los dos óxidos (Bellardita et al.,2010;Cozzolino et al., 2007). En relación con los problemas del uso ineficiente de la radiación solar yla alta velocidad de recombinación, se ha estudiado la opción de dopar el foto-catalizador TiO2/SiO2
con metales de transición, Fe(III) y Cr(III). Esto permite desplazar la banda de absorción del foto-catalizador a la región visible del espectro y con ello usar en forma eficiente la radiación solar (Ismail,2005; Mazille et al., 2009a). Además, disminuye la velocidad de recombinación (Ismail, 2005; Wu et
43
al., 2009), mejorando las propiedades catalíticas (Ismail, 2005). El foto-catalizador Fe/TiO2/SiO2
combina las ventajas de los procesos fotocatalíticos homogéneo y heterogéneo. Las características deeste catalizador son que las especies foto-activas permanecen durante la operación, el soporte resiste alas reacciones de oxidación, tiene alta estabilidad y su manufactura es atractiva económica yambientalmente (Mazille et al., 2009b).
En este trabajo se sintetizan y caracterizan catalíticamente nano-fotocatalizadores de TiO2 dopados coniones de hierro soportados sobre una matriz de sílice, Fe/TiO2/SiO2, que aprovechen, como fuente deenergía a la radiación solar. Para la caracterización catalítica se emplearon como contaminantes modeloa colorantes usados en la industria textil.
Los efluentes industriales textiles contienen altas concentraciones de colorantes, compuestostensoactivos, cromo, sólidos suspendidos y disolventes orgánicos (Benkli et al., 2005; Orozco et al.,2008). La presencia de colorantes en agua de desecho industrial inhibe el proceso de fotosíntesis encuerpos de agua y genera toxicidad a organismos acuáticos y humanos. La mayoría de los colorantes,contenidos en efluentes están diseñados para resistir a agentes oxidantes y reductores, lavados yexposición a la luz. Estas características los hacen altamente tóxicos y recalcitrantes a los métodosconvencionales para el tratamiento de agua de desecho (Benkli et al., 2005; Forgacs et al., 2004;Orozco et al., 2008).
METODOLOGÍA
Síntesis de los nano-fotocatalizadoresLa síntesis de los nano-fotocatalizadores de TiO2 dopado con iones de hierro soportado sobre unamatriz de sílice (Fe/TiO2/SiO2) se realizó por el método sol-gel. En una primera etapa losfotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 se prepararon a una relación molar de 0.01:0.03:1 respecto a la sílice.En la segunda etapa, se estudió la influencia del contenido de Fe y el precursor de titanio en lapreparación de los fotocatalizadores. Como soporte se empleó sílice pirogénica, con un tamaño departícula de 0.007 m y un área superficial de 390±40 m2 g-1. El precursor de Fe empleado fue nitratoférrico, Fe(NO3)3.
Los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 fueron sintetizados por la hidrólisis del tetra-isopropóxido detitanio (TIPT), Ti(OCH(CH3)2)4 y como solvente alcohol isopropílico, en una relación molar de0.01:0.03:1 respecto a la sílice. 1.35 mL de TIPT se mezclaron con 150 mL de alcohol isopropílico(Solución I). 0.9393 g de Fe(NO3)3 se disolvieron en 66 mL de agua destilada (Solución II). 10 g desílice pirogénica se agregaron lentamente en la solución I, la suspensión fue mantenida en contanteagitación vigorosa por 4 horas. Posteriormente, la Solución II se añadió a la suspensión gota a gota,bajo agitación. Los procesos de hidrólisis y condensación se llevaron a cabo a temperatura ambiente. Elfotocatalizador se envejeció por una semana. Después del envejecimiento, el catalizador se secó a120°C por toda la noche. Adicionalmente, se prepararon los catalizadores de control Fe/SiO2 (en una
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relación molar de 0.01:1) y TiO2/SiO2 (en una relación molar de 0.03:1) por impregnación. Losmateriales Fe/SiO2, TiO2/SiO2 y Fe/TiO2/SiO2 fueron calcinados a 550 °C por 24 horas.
Para los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 preparados en la segunda etapa, se emplearon dos precursores,TITP y tetracloruro de titanio (TClT), TiCl4. El contenido de Fe en los fotocatalizadores fue de 0, 0.5,0.7 y 1.0% en masa y la proporción de TiO2 fue de 10% en masa. Los nano-fotocatalizadores,empleando el precursor TITP fueron sintetizados siguiendo el procedimiento anterior. Mientras quepara la sal de titanio, los soles de TiO2 fueron preparados vía peptización ácida del precipitado de lasolución de TiCl4 con NH3H2O (Zhang et al., 2001, 2009) (Solución I). Una cantidad de Fe(NO3)3
(para lograr 0, 0.5, 0.7, y 1.0% en masa) fue disuelta en agua destilada a pH=2.0 (Solución II). La sílicepirogénica se agregó lentamente en la Solución I, la suspensión fue mantenida en contante agitaciónvigorosa por 2 horas. Posteriormente, la Solución II se añadió a la suspensión gota a gota, bajoagitación. Finalmente, el valor de pH fue ajustado a 9.0. Los fotocatalizadores se dejaron envejecer poruna semana. Después del envejecimiento, el catalizador fue secado a 120°C por 12 horas y sometidos aun tratamiento térmico de 550°C por 3 horas.
Caracterización catalítica de los nano-fotocatalizadoresLa caracterización catalítica de los nano-fotocatalizadores se llevó a cabo utilizando dos colorantetextiles por separado, el Anaranjado de Metilo (AM) y el Azul Reactivo 69 (AR69), disueltos en agua,como contaminantes modelo. El proceso de decoloración se efectuó en un reactor cilíndrico conoperación hidrodinámica intermitente (ver Fig. 1a). Como fuente de iluminación se emplearon dosdiferentes lámparas, una lámpara de luz negra y una de luz blanca de uso doméstico, con una potencianominal de 9 y13 W (Luminic), respectivamente. La caracterización óptica de las lámparas, empleadasen los experimentos, se llevó a cabo en un Espectrofotómetro UV-Vis-IR (Shimadzu Mod. UV-3101PC). La Figura 1b muestra el espectro de irradiancia de la lámpara de luz blanca y la de luz negra.
El proceso de fotocatálisis heterogénea comenzó colocando la solución de colorante sintética en elreactor y posteriormente el catalizador fue agregado a la solución de colorante. La suspensión fuemantenida en agitación y en oscuridad por 15 minutos, esto para homogeneizar y alcanzar el equilibriode adsorción de las moléculas de colorante sobre la superficie del catalizador. Transcurridos los 15minutos, la primera muestra fue tomada (t=t0). Después, el agente oxidante fue añadido al sistema dereacción y se encendió la lámpara. La suspensión fue mantenida en agitación constante y fuerontomadas muestras en intervalos de tiempo, durante el experimento (240 minutos). Las muestrasrecolectadas fueron centrifugadas para separar el catalizador y analizadas por diferentes métodos.
Para la primera etapa experimental, las concentraciones del colorante AM y del fotocatalizadorempleadas fueron 20 mg L-1 y 2.0 g L-1, respectivamente. La concentración de H2O2 fue de 42 mM.Para el análisis de la actividad fotocatalítica de los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 1.0%en masa de Fe), la concentración inicial del fotocatalizador, AR69 y H2O2 fue de 2.0 g L-1, 0.045 y 23mM, respectivamente.
45
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
300 400 500 600 700Ir
radi
anci
a, W
m-2
nm-1
λ, nm
Lampara Visible
Lampara UVA
(a) (b)
Figura 1. (a) Esquema experimental empleando en el análisis de actividad fotocatalítica y (b) Espectrode irradiancia de las lámparas de luz blanca y de luz negra
El decremento en la concentración de los colorantes textiles AM y AR69 fue determinada por su picode absorción característico en car=490 y 600 nm, respectivamente, a pH=3.0. Los espectros deabsorbancia de las muestras en la región UV-Vis fueron medidos con un espectrofotómetro Cintra 5UV-Vis en el intervalo de longitud de onda de 200-700 nm, usando un intervalo espectral de 1 nm. Elvalor del pH fue medido y monitoreado con un potenciómetro Orion 720A+, el cual fue calibrado consoluciones buffer estándar de 4.00 y 7.00±0.02. El grado de mineralización del colorante textil AR69fue determinado por mediciones de carbono orgánico total (COT), para lo cual se empleó unAnalizador TOC-V-CSN Shimadzu.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Primera etapa experimentalLos resultados de la caracterización de los nano-fotocatalizadores Fe/SiO2, TiO2/SiO2 y Fe/TiO2/SiO2,sintetizados en la primera etapa, fueron reportados en Orozco y colaboradores (2010). Los resultadosde la caracterización óptica de fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 demostraron un desplazamiento de labanda de absorción a la región visible de espectro solar de =400-600 nm (Orozco et al., 2010).
En la Figura 2 se muestran los resultados del proceso de decoloración del AM, empleando losfotocatalizadores Fe/SiO2, TiO2/SiO2 y Fe/TiO2/SiO2, sintetizados en la primera etapa. La línea verticalcontinua indica la separación entre las etapas de adsorción y reacción fotocatalítica. En la Figura 2a sepresentan los perfiles de decoloración del AM, empleando los nano-fotocatalizadores Fe/SiO2 yTiO2/SiO2 y bajo iluminación UVA. De acuerdo con los resultados el proceso de decoloración secompleta después de 120 minutos de reacción fotocatalítica.
46
Los perfiles de decoloración de AM con el nano-fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2, bajo condiciones deradiación Visible y UVA se presentan en la Figura 2b. Bajo condiciones de iluminación UVA, laremoción de color se logra en los primeros 60 minutos de reacción. El fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2
presenta efectos sinérgicos e incrementan la velocidad de reacción. La presencia de las especies dehierro actúa como aceptores de los electrones disponibles generados en la etapa de activación del TiO2
bajo radiación UVA. Las presencia de especies de hierro conducen a la disminución de la velocidad derecombinación de cargas e--h+, incrementando la actividad catalítica (Mazille et al., 2009a,b).
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 60 120 180 240
[AM
]/[A
M] 0
Tiempo, min
SP
SGS
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 60 120 180 240
[AM
]/[A
M] 0
Tiempo, min
FeS
TiS
Fe/SiO2
UVA
TiO2/SiO2
UVA
Fe/TiO2/SiO2
UVA
Fe/TiO2/SiO2
Vis
(a) (b)
Figura 2. Perfiles de decoloración del AM empleando los nano-fotocatalizadores (a) Fe/SiO2 yTiO2/SiO2, bajo iluminación UVA, y (b) Fe/TiO2/SiO2, bajo condiciones de iluminación visible y UVA
Bajo condiciones de iluminación visible, el perfil de decoloración del AM, con el fotocatalizadorFe/TiO2/SiO2, se completa después de 240 minutos de reacción (ver Figura 2b). Los resultadosdemuestran que nano-fotocatalizador presenta actividad fotocatalítica en la región visible del espectrosolar. La introducción de especies de Fe permite la inyección de electrones al TiO2, disminuyendo elvalor de la banda de energía prohibida (Ebg).
Para analizar la estabilidad de los fotocatalizadores Fe/SiO2 y Fe/TiO2/SiO2, se analizó la desorción deespecies de Fe. De acuerdo con los resultados, la concentración de iones de hierro en solución es de0.533±0.039 y 0.492±0.022 mg L-1, respectivamente. En relación al consumo de H2O2, se encontró queeste fue despreciable durante el proceso de decoloración, para los catalizadores Fe/SiO2, TiO2/SiO2 yFe/TiO2/SiO2.
Segunda etapa experimentalLos nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 10 % en masa de Fe), sintetizados empleando elalcóxido de Titanio fueron caracterizados física y ópticamente. Los espectros de reflectancia difusa
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UV-Vis de los nano-fotocatalizadores presentan bandas de absorción de 200 a 400 nm. La presencia dela banda en 300-350 nm se atribuye al TiO2 tipo anatasa. Al incrementarse el contenido de Fe, la bandade absorción aumenta debido a que las especies de Fe llevan a cabo reacciones redox. Los patrones dedifracción de rayos X presentan picos ascritos al TiO2 Anatasa, la intensidad de estos picos dismuyecon el incremento del contenido de Fe. Los resultados de la caracterización de los nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 1.0% en masa de Fe), sintetizados empleando la sal detitanio fueron reportados por Barrera y colaboradores (2011).
En la Figura 3a se muestran los perfiles de decoloración de AR69 para los fotocatalizadoresFe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 1.0% de Fe), sintetizados con el alcóxido de Titanio y bajo condiciones deiluminación UVA. Para un contenido de Fe de 0.5%, la remoción de color alcanza un 70% después de240 minutos de reacción. Para los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 con un contenido en Fe de 0, 0.7 y1.0 %, la velocidad de decoloración disminuye. Es importante destacar que la introducción de especiesde Fe en la matriz TiO2/SiO2 mejora las propiedades catalíticas.
De acuerdo con los resultados, el proceso de decoloración sigue una cinética de orden cero respecto a laconcentración de colorante AR69. En la Figura 3b se presentan los valores de la constante cinéticaaparente de orden cero apk en función del contenido de Fe en los diferentes fotocatalizadores
Fe/TiO2/SiO2. Para un contenido de Fe de 0.5%, la apk alcanza el valor máximo. Lo que indica que el
contenido óptimo de Fe en los nano-fotocatalizadores es de 0.5%.
Figura 3. Perfiles de decoloración del AR69 empleando los nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 conun contenido de Fe de 0, 0.5, 0.7 y 1.0% en masa (sintetizados con un alcóxido de Ti), bajo condiciones
de iluminación UVA, y (b) Constante cinética aparente de orden cero en función del contenido de Fe
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Para los catalizadores sintetizados con el alcóxido de titanio, no se analizó la actividad catalítica bajocondiciones de iluminación visible, ya que no se observó un desplazamiento considerable de la bandade absorción a la región visible del espectro solar.
En relación con la concentración de especies de Fe desorbidas, en solución se determinó 0.440±0.019,0.458±0.020 y 0.470±0.046 mg L-1 de Fe para los catalizadores de Fe/TiO2/SiO2 con un contenido deFe de 0.5, 0.7 y 1.0% en masa, respectivamente. El consumo de H2O2 durante el proceso dedecoloración fue muy bajo, una característica que debe estudiarse a futuro.
Los resultados de la caracterización fotocatalítica de los materiales Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 1.0% Femasa), sintetizados con la sal de titanio y bajo iluminación UVA se presentan en la Figura 4. Para uncontenido de Fe de 0%, la remoción de colorante AR69 de un 85% se logra después de 240 minutos(ver Figura 4a). Cuando se introduce especies de Fe en la matriz TiO2/SiO2, el proceso de decoloraciónde AR69 se favorece en forma significativa, logrando la remoción completa de color dentro de losprimeros 120 minutos de reacción.
Figura 4. Perfiles de decoloración del AR69 empleando los nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 conun contenido de Fe de 0, 0.5, 0.7 y 1.0 % en masa (sintetizados con la sal de Ti), bajo condiciones de
iluminación UVA, y (b) Constante cinética aparente de orden cero en función del contenido de Fe
En los primeros 60 minutos de reacción, el proceso de decoloración se comporta de acuerdo con unacinética de orden cero respecto a la concentración de colorante AR69. En la Figura 4b se presentan losvalores de la constante cinética aparente de orden cero, apk como una función de % Fe en masa. apk se
incrementa hasta alcanzar un máximo en 0.7% Fe en masa. El comportamiento que presenta laconstante cinética aparente de orden cero es similar al que observado en el proceso de mineralización.
49
La degradación del colorante textil, con el fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 (0.7% Fe en masa) alcanza sumáximo valor de 60% de remoción de COT.
En relación al consumo de H2O2 durante el proceso de decoloración es importante resaltar que durantelos experimentos de decoloración con los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 1.0% Fe masa)se observó un consumo importante de agente oxidante (ver Figura 5). Para los fotocatalizadorFe/TiO2/SiO2 con un contenido de 0.5, 0.7 y 1.0% de Fe, se logró la descomposición catalítica de un35, 43 y 49% de H2O2. Mientras que, para el catalizador TiO2/SiO2, el porcentaje de descomposiciónfue de 9%. Estos resultados son muy interesantes, la presencia de especies de Fe en los nano-materialesconducen a la descomposición catalítica del agente oxidante, combinando reacciones tipo Foto-Fentony heterogéneas.
Figura 5. Perfiles de concentración normalizada del agente oxidante durante el proceso dedecoloración fotocatalítica del AR69, empleando los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 1.0%
en masa Fe) y bajo condiciones de iluminación UVA
La concentración de Fe desorbida de los nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0.5, 0.7 y 1.0% Femasa), determinada en solución acuosa, en cada experimento fue del orden de 0.4 mg L-1 de Fe.
El nano-fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 con 0.7% en masa de Fe, mostro las mejores propiedadescatalíticas, bajo iluminación UVA. Para analizar su comportamiento en condiciones de iluminaciónvisible, se efectúa el proceso de decoloración del AR69 con las condiciones experimentales descritas enla metodología. Los resultados obtenidos se presentan en la Figura 6. El perfil de decoloración del
50
AR69 empleando el fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 (0.7% Fe masa), bajo iluminación visible presentaactividad fotocatalítica, alcanzando una remoción del 60% de color después de 240 minutos.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 60 120 180 240
[AR
69]/
[AR
69] 0
Tiempo, min
UV-A
VisFe/TiO2/SiO2 Vis
Fe/TiO2/SiO2 UVA
Figura 6. Perfiles de decoloración del AR69, empleando el fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 (0.7% enmasa Fe) y bajo condiciones de iluminación visible y UVA
CONCLUSIONES
Los nano-fotocatalizadores de TiO2 dopados con Fe soportados sobre una matriz de sílice,Fe/TiO2/SiO2 sintetizados en la primera etapa experimental presentan buenas propiedades catalíticas enla región de radiación UVA. Un desplazamiento en la banda de absorción a la región visible fueobservado para el fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 presentando actividad catalítica en la región visible.Esto por la incorporación de la especies de Fe. Además este fotocatalizador presenta estabilidadfotocatalítica, las especies de Fe se adsorben fuertemente sobre la matriz TiO2/SiO2. Bajo iluminaciónUVA, el fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 tiene efectos sinérgicos.
Los nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 1.0% en masa de Fe) sintetizados empleando elalcóxido y la sal de Titanio presentan actividad fotocatalítica en la región UVA. Durante el procesofotocatalítico se logró la remoción del colorante textil azul reactivo 69 (AR69) altamente tóxico yrecalcitrante. De acuerdo con los resultados, el proceso de decoloración sigue una cinética de ordencero respecto a la concentración del colorante. El contenido óptimo de especies de Fe se determinó,para los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 sintetizados con el alcóxido y la sal de titanio fue de 0.5 y0.7%, respectivamente.
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Los nano-fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0, 0.5, 0.7 y 1.0% en masa de Fe) sintetizados con la sal deTitanio (TiCl4) presentaron mejores propiedades físicas, ópticas y catalíticas, respecto a los sintetizadoscon el precursor alcóxido de titanio, Ti(OCH(CH3)2)4.
RECONOCIMIENTOS
Las autoras agradecen a los colegas Óscar Gómez-Daza y José Campos por su colaboración en eltrabajo, así como a la Dra. Ma. Guadalupe Valverde, al Dr. Jorge García-Macedo (IF-UNAM), al Dr.Miguel Ángel Ríos-Enríquez (UV-Coatza), al Dr. Antonio Esteban Jiménez (CIE-UNAM), al Dr.Rodolfo Zanella (CCADET-UNAM) y a los estudiantes de licenciatura y maestría por su valiosacolaboración en las diferentes etapas de la investigación. S.L. Orozco-Cerros agradece el apoyo delPrograma de Becas Posdoctorales de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de laUNAM. Este trabajo fue soportado por el financiamiento a los proyectos de investigación al programadenominado PUNTA del CONACYT y al PAIP (Programa de Apoyo a la Investigación y el Posgrado)de la Facultad de Química de la UNAM.
NOMENCLATURA
AM Colorante azoico anaranjado de metiloAR69 Colorante antraquinónico azul reactivo 69nm Nanometro, 1×10-9 mUVA Siglas para la región A de la luz ultravioletaVis Región visible del espectro solar
LETRAS GRIEGAS
λ Longitud de onda, nm
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M-III-1
OXIDACIÓN DE PIRITA: ESTUDIOS DE CASO EN MÉXICO Y ALEMANIA
PYRITE OXIDATION: CASE STUDIES IN MEXICO AND GERMANY
María-del-Refugio González-Sandoval1*, Liliana G. Lizárraga-Mendiola, Salvador-AlejandroSánchez-Tovar1,2, María-del-Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa3
1 Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo-Área Académica de Ingeniería, Universidad NacionalAutónoma de México (UNAM)/ Autonomous University of the State of Hidalgo-Academic Area of
Engineering, National Autonomous University of Mexico2 Tecnología Intercontinental, S.A. de C.V. / Intercontinental Technology Corp.
3 Laboratorios de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental, Facultad de Química,Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) / Laboratories for Environmental ChemicalEngineering and Chemistry, Faculty of Chemistry, National Autonomous University of Mexico(*Correo-e / e-mail: [email protected], Carretera Pachuca-Tulancingo km. 4.5, Col.
Carboneras, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México)
RESUMENUno de los problemas ambientales ocasionados por la minería es la generación de lixiviados ácidos debidos a la reacción dela pirita, sulfuro de hierro(FeS2), con agua y oxígeno disuelto formando ácido sulfuric y sulfato férrico, con la consecuentedisolución de otros elementos potencialmente tóxicos que pueden lixiviarse alcanzando cuerpos de agua. Este proceso seconoce como drenaje ácido de mina (DAM). El DAM se caracteriza por sus valores de pH, entre 2.5 y 5 o menores y altasconcentraciones de metales. El objetivo de este trabajo es presentar un panorama general del DAM ocasionado por laoxidación de la pirita en sitios mineros de México y Alemania y de cómo las particularidades de cada sitio ocasionanefectos distintos. En los yacimientos subterráneos de sulfuros en México, los principales residuos que causan el DAM sonlos jales o colas y, además de hierro liberan elementos como zinc, cadmio y arsénico a los ríos, suelos y aguas subterráneascercanos. En el caso de las minas de lignita a cielo abierto en Alemania, la acidez y altas concentraciones de hierro,aluminio y manganeso afectan las aguas subterráneas y los lagos de mina.
Palabras clave: Pirita, drenaje ácido de mina (DAM), yacimientos de sulfuros, lignita
ABSTRACTOne of the environmental problems associated with mining is the generation of acid leachates due to the oxidation of pyrite,iron sulfide (FeS2), by dissolved oxygen in water into sulfuric acid and ferric sulfate with the consequent release of otherpotentially toxic elements which can leach to water bodies. This process is known as acid mine drainage (AMD). It ischaracterized by pH values 2.5 to 5 or lower and, high metals concentration. The aim of this paper is to show a generaloverview of acid mine drainage caused by the oxidation of pyrite in mining sites of Mexico and Germany and how theparticular characteristics of each site cause different impacts. In Mexican sulfide underground mining areas, AMD sourcesare mainly superficial tailings, and besides iron, elements as zinc, cadmium and arsenic are released into rivers, soils andground water. In the case of open-pit lignite mining sites in Germany, acidity and high iron, aluminum and manganeseconcentrations affect groundwater and the resulting mining lakes.
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Keywords: Pyrite, acid mine drainage (AMD), sulfide ores, lignite
INTRODUCTION
Technological advances in modern societies would be unthinkable without the existence of miningindustry. Steel in construction, gold, silver, titanium and many other valuable metals in electronics andadvanced materials, a high percentage of power generation, could not be available without theexploitation of metal and coal ores. However, there is also a historical legacy of damage to theenvironment associated with mining activities.
One of the environmental problems associated with mining is the generation of acid leachates due tothe oxidation of pyrite, iron sulfide (FeS2), by dissolved oxygen in water into sulfuric acid and ferricsulfate with the consequent release of other potentially toxic elements which can leach to water bodies.This process is known as acid mine drainage. This process is accelerated when bacteria able tocatalyze this reaction are present, causing further dissolution of heavy metals and metalloids from thesurrounding minerals and pyrite.
Acid mine drainage (AMD) is characterized by pH values 2.5 to 5 (although zero pH values or lowerhave been reported), high metals concentration, i.e. como Fe (10–2000 mg L−1), Zn (2–1000 mg L−1),Cu (0–100 mg L−1), Pb (0–50 mg L−1) and Al (0–200 mg L−1) associated with sulfate anion (Aubé yPayant, 1997; Lee y Lee, 2004).
Acid mine drainage can be caused by the wastes of leaching operation, tailings (the Official MexicanStandard NOM-141-SEMARNAT-2003 defines tailings as “solid wastes generated in the primaryoperations of minerals separation and concentration”) and waste rock units; open-pit mine walls andgalleries in underground on mines have also potential to generate AMD (EPA, 1994). Acid leachatesare also related with the proportion of minerals with acid generation capacity and minerals withneutralizing capacity, being calcium carbonate the most representative. If the acid generated isneutralized with carbonates, pH values remain steady and the environmental impact is limited(Elberling et al., 2003).
Acid mine drainage is a worldwide environmental problem. Geochemical and hydrochemicalcharacterization of mine sites and monitoring the surrounding environment are important fordetermining remediation possibilities. The aim of this paper is to show a very general overview of acidmine drainage caused by the oxidation of pyrite in mining sites in some mine sites in Mexico andGermany and how the particular characteristics of each site cause different impacts which requireparticular strategies for control. In the following section the general reactions that cause AMD arepresented.
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SULFIDES OXIDATION AND THE GENERATION OF ACID MINE DRAINAGE
Iron is a relatively abundant element in the universe and it is the fourth most abundant element of theearth crust. Iron minerals are mainly present as oxides (hematite, Fe2O3, magnetite Fe3O4 y limoniteFe2O3.H2O, from which it commercially obtained), sulfides (mainly as pyrite, FeS2) and carbonates(siderite, FeCO3) (Pilchin and Eppelbaum, 2006).On the other hand, sphalerite, galena andcalcopyrite from sulfide ores are the main sources of base metals in the world (zinc, lead and copper,respectively) and pyrite is virtually an ubicuitious mineral in sulfides ores (Craig y Vaughan, 1994).
Sulfides are characterized by their reactivity with water and dissolved oxygen. This instability is due tosulfide ion, which presents the lowest oxidation state of sulfur, -2, oxidizing easily to 0, +2, +4 y +6depending on the strength of the oxidizing agents of the system.
In the case of iron, only Fe(II) sulfides are stable over a wide range of pH and redox potentialconditions (in contrast with iron oxides, present as Fe(II) and Fe(III) oxides), since Fe3+ is thedominating species only at highly oxidizing and acid conditions. The main iron sulfides found innatural environments are amorphous sulfide iron (FeS), pirrotite, mackinawite, troillite, pyrite andmarcasite. However, pirrotite (Fe0.95S) and pyrite (FeS2) are the most stable (Faure, 1998).
The oxidation of iron sulfides takes place in a series of reactions, with different kinetics depending onthe sulfide mineral. Pyrite oxidation reactions will be described in the following paragraphs (Bullock yBell, 1994; EPA, 1994).
The first step is the reaction of pyrite with water and oxygen:
2FeS2 (s) + 2H2O + 7O2 → 4H+ + 4SO42- + 2Fe+2...................... ..........................................(1)
At this stage, sulfur oxidizes producing sulfate ions and protons, the dissociation products of sulfuricacid dissolution and Fe2+ ion is released in solution for further reactions. There is evidence thatmicrobial catalysis can increase 25 to 34 times the reaction speed (Younger et al., 2002). Theoxidation from ferrous ion to ferric ion occurs at lower pH values:
4Fe2+ + O2 + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2………………………………………………………..(2)
If ferric ion is in contact with pyrite, the following pyrite dissolution reaction can take place:
FeS2(s) + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+ .......................................................(3)
This reaction generates more acid. The dissolution of pyrite by ferric ion along the oxidation of ferrousion to ferric ion forms the dissolution cycle of pyrite. Ferric ion also precipites as iron hydroxide asindicated following:
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Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3(s) + 3H+ ......................................................................................(4)
This precipitate can be identified at the bottom of water currents as an amorphous, yellow depositknown as “yellow boy” or “ochre”. This reaction takes place mainly at pH values above 4.5 (Martín etal., 2008).
The former reactions can be summarized, at pH values before 6.4 as follows (Mendoza-Amézquita etal., 2006):
FeS2(s) + 15/2 O2 + 7/2 H2O → Fe(OH)3(s) + 4H+ + 2SO42- ……………………………..(5)
Due to the low solubility of ferric ion, most iron at pH values above 3.5 is present as ferrous ion.
Other factors affecting the kinetics of pyrite oxidation are temperature and long drought periodsfollowed by short intense rains. The crystalline structure of pyrite is also important, for instance,framboidal pyrite and marcasite, which are less crystalline than cubic pyrite oxide faster due to theirlarger specific area (Weber et al., 2004). The presence of bacteria like Thiobacillus ferrooxidans(currently known as Acidithiobacillus ferrooxidans), Leptospirillum ferrooxidans y Thiobacillusthiooxidans, accelerates the oxidation, as stated before.
Finally, regarding other metal sulfides, they dissolve releasing only their metallic ions and sulfate but,in the presence of high ferric ion concentrations, the reaction causes further acid production(Malström et al., 2006). This also applies for chalcopyrite (CuFeS2) and arsenopyrite (FeAsS). Thegeneral ecuation of this reaction is (Ritchie, 1994):
MS + Fe2(SO4)3 + 3/2 O2 + H2O → MSO4 + 2FeSO4 + H2SO4 …………………..…..(6)
In the following sections three case studies from sulfide mining areas in Mexico and two from differentlignite mining districts will be presented to see how the composition of the ore influences the result ofpyrite oxidation.
ACID MINE DRAINAGE IN SULFIDE MINING AREAS IN MEXICO
Mining is one of the most traditional economical activities in Mexico. The metallic mining producesmainly iron, silver, zinc, copper and lead. In this section, data of the tailings characteristics andpotential environmental impact from three metallic mining sites are discussed: The El Fraile tailingsdeposited between 1940 and 1976, near Taxco, Guerrero; Zimapán mining district tailingsaccumulated since 1960 to recent years, in the State of Hidalgo and Tizapa mine (currently inoperation) tailings being deposited since 1994, near Zacazonapan, State of Mexico.
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El Fraile tailings deposit (Taxco, State of Guerrero)The Taxco mining district in southern Mexico was one of the richest producers of precious metals (Agand Au) in the Americas during colonial (1523–1810) times. Throughout much of the 20th century,Taxco mines were reknowned for their production of base metals (Cu, Pb and Zn) and Ag. More than450 years of intensive mining activity has resulted in the discharge of large quantities of tailings andmining wastes into surrounding areas. Most of the colonial waste was re-extracted or buried duringthe 20th century and, consequently, there is little evidence left of the earliest mining activities. Incontrast, rock wastes and mill tailings generated during modern (1920 to present) times are easilyrecognizable through the Taxco district, and because some of these tailings are located withincommunities, they have become a matter of both environmental and health concern (Talavera et al.,2006).
Talavera et al. (2006) reported the geochemical characteristics and seasonal variations for leachatesfrom the El Fraile tailings deposit located in Taxco, Guerrero, southern Mexico. The El Fraile tailingsimpoundment is located approximately 12 km SW of Taxco City and contains tailings producedbetween 1940 and 1970 (Figure 1). The tailings are in two accumulations that are settled on the shoresof adjacent tributaries of the Cacalotenango Creek. They lie directly on low permeability calcareoussandstones and shales that facilitate drainage of tailings leachates into the creek. Mineralogicalcharacterization shows that the major primary phases are dominated by quartz with minor amounts offeldspars and ferromagnesian minerals. Calcite is present in the non-oxidized tailings. Sulfides includepyrite, sphalerite, galena, chalcopyrite, bornite and minor Ag-sulfosalts and appear preferentially innonoxidized tailings. The secondary phases include gypsum, jarosite, bernalite, hematite, magnetite,epsomite, basanite, smithsonite and clay minerals (Talavera et al., 2006).
Figure 1. Location of Zimapán mining district (Espinoza et al., 2009)
The presence of dissolved metals in most of the leachates studied suggests the potential for El Frailetailings to release metals to the environment. The high metal content measured in the acid site samplesindicates that significant amounts of metals are mobilized from tailings by a simple interaction with
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meteoric water during rainfall events. However, subsequent precipitation and adsorption processesconsiderably reduce the metal load from leachates. Near-neutral leachates contain lowerconcentrations of metals, but they are still high enough to be an easily available source of toxic metal.
Zimapán, State of HidalgoSince the seventeenth century the obtainment of lead, silver and zinc has been an important economicactivity in the mining district of Zimapán, Hidalgo, located at 200 km north of Mexico City(20_44.120N latitude, 99_23.500W longitude, and 1,780 m above sea level) (Figure 1). The maineconomical minerals exploited are massive sulfides (sphalerite, chalcopyrite, galena), silver, lead andantimony sulphosalts; besides, other gangue minerals like pyrite, pyrrhotite, chalcopyrite,arsenopyrite, calcite, quartz and magnetite are present. Since the middle of the twentieth century, theore has been processed in Zimapán by selective flotation in various facilities.
The generated tailings were transported and deposited in the vicinity of Zimapán town, close to theriverbed of the Tolimán River. The tailing particulates have been dispersed by different means(windblow and gravity) to the surroundings. As a result of these processes the river system hasreceived this contaminant load (arsenic and heavy metals as cadmium, lead and zinc) which isdelivered into the aqueous and mainly to the solid phases (sediments). The oldest red tailings (RT),deposited about 60 years ago are oxidized and generate leachates, that flow directly to the river. Therecent mine wastes called San Miguel Nuevo (SMN) and San Miguel Viejo (SMV) have not undergoneextensive oxidation (Espinoza et al., 2009).
Tizapa mine tailings dam (San Juan Zacazonapan, State of Mexico)Tizapa mine is located southwest of Mexico City, in the State of Mexico (Figure 2a, near the town ofSan Juan Zacazonapan and approximately at 120 km from the city of Toluca, the capital of the state. Itoperates since 1994 exploiting a sui generis volcanogenic massive sulfide ore for its high pyritecontent. The mine produces concentrates of zinc, lead and copper sulfides by flotation, and the remnantmaterials, around 95% of the mineral extracted (rich in pyrite, FeS2), are pumped as water slurry tothe tailings pile. The mineralogy of these tailings indicates high contents of potentially acidic drainagegenerating minerals: Pyrite (55-71%), sphalerite (2%), galena (0.7%), and chalcopyrite (0.6%).Studies have been made on the generation of acid leachates of these tailings, which confirmed thepotential of acid drainage generation due to its high pyrite content and the absence of neutralizingmaterial (González-Sandoval, et al., 2009; Lizárraga-Mendiola et al., 2009).
The mining area is divided in two zones, considering the topographic location of sampling points withrespect to the tailings pile: (a) outer zone, out of the probable influence of acid mine drainage (AMD)pollution, and (b) inner zone, probably influenced by AMD pollution. Maximum total ionsconcentrations (mg/L) measured in superficial waters found were, in the outer zone: As (0.2), Cd (0.9),Fe (19), Mn (39), Pb (5.02), SO4
2- (4,650), Zn (107.67), and in the inner zone, where the El Ahogadoriver is located, are As (0.1), Cd (0.2), Fe (88), Mn (13), Pb (6), SO4
2- (4,880), Zn (46). The presence of
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these ions that exceed the permissible maximum limits for human consume, could be associated totailings mineralogy and acid leachates generated in tailings pile.
Figure 2. (a) Location of the Tizapa mine in the State of Mexico, (b) hydrological basin and sedimentsampling location through El Ahogado River (P1-P5) and (c) Water (PJMA-#) and tailinigs (PJJ-#)
sampling locations in and around the tailings pile (González-Sandoval, et al., 2009; Lizárraga-Mendiola et al., 2009)
In summary, the common aspects in the three cases are that the studied mining areas correspond tometallic sulfide ores and all of them release potentially toxic elements in high concentrations and canaffect the neighboring river basins and soils and, in consequence, the human health in the communitieslocated by the mining areas.
In contrast with the cases above, lignite mining wastes have a pyrite content ranging between 1-2% orless. The following section presents the scenario of acid mine drainage resulting from lignite, alsonamed brown coal, in Eastern Germany.
ACID MINE DRAINAGE IN LIGNITE MINING AREAS IN EASTERN GERMANY
Lignite mining in Germany fuels 23.7% of the power generation industry; therefore, it is anindispensable energy source for Germany because it is abundantly available for long-term use andcompetitive. Furthermore, the lignite industry is an important employer and investor, adding majoreconomic value to the mining regions (Euracoal, 2010). Some environmental aspects in Lusatia andCentral Germany mining districts are presented below.
60
Lusatia mining DistrictThe lignite mine district Lusatia (LD), is located in the eastern part of Germany, about 100 km south ofBerlin (south-eastern Brandenburg and north-eastern Saxony) (Figure 3). Extensive brown coal andlignite mining was carried out during the last century, mainly between 1920 and 1990, with a climaxin the 1980s.
During the Tertiary period the geochemical characteristics of the Lusatian mining district werecontrolled by marine conditions in the north and brackish conditions in the south. However, conditionswere altered during the Quaternary period by glacial erosion whereby the lateral continuity of thelignite seams was interrupted by post-depositional valleys, which divided the district into mining fields.In total, 5 coal seams were found in the district.
Figure 3. Lignite mining districts in Germany: RD – Rhineland district, HeD – district of Hessen, HsD– district of Helmstedt, OD – district of Oberpfalz, CDG – Central German district, LD – Lusatian
district (modified from Schultze et al., 2010)
Conveyer bridge technology was predominantly used for the open pit mines to excavate lignite (Figure4). For instance, the second Lusatian seam is the main lignite source of the district with an averagethickness of between 8 and 12 m. Most of the mines were closed after Germany's reunification in 1990and currently only four mines remain operating. Overall more than 40 mining dumps of different sizesare located within an area of about 2500 km2. Typically observed pH values in the groundwater of theLusatian lignite mining district currently range between 5 and 6. As a result of oxidation of pyrite instrip mine dumps of this region, numerous mine drainage lakes (Figure 5) have pH values < 3 and arecharacterized by high concentrations of dissolved sulfate and ferrous iron (Fauville et al., 2003).
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Figure 4. Open-pit lignite mine in the Lusatian Mining District near Cottbus, Brandenburg, Germany(González-Sandoval, 2005)
Figure 5. Mining Lake in Brandenburg, Germany (González-Sandoval, 2005)
The Central Germany mining district (CGD) (south-east of Saxony-Anhalt and in northwest Saxony(Figure 3) is an area described by circles around Leipzig and Halle/Saale of about 150 km in diameterand is poor in natural lakes. Surface mining has changed this situation, mainly within the last 120years. About 140 pit lakes exist in Central Germany. Their water quality is mainly influenced by theconsequences of pyrite oxidation, i.e., acidification or results of natural or artificial neutralization.
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In the 19th century or in some cases even earlier, lignite mining began where lignite seams reached thesurface. The exploitation was performed by hand with very simple technical devices. Accordingly, thefirst surface mines were very small. The same applies for the first pit lakes forming in such abandonedmines at the end of the 19th or at the beginning of the 20th century, e.g. the Gniester lakes south ofLake Bergwitz. The surface areas of these lakes are in the range of some 100 m2 only and the depthsare in the range of 10 m or less. The pressure of Pleistocene glaciation resulted in folding of Tertiarylayers including lignite seams in the region of the Gniester lakes. The tops of the lignite folds reachedthe surface. Larger excavators and improved dewatering technology resulted in larger mines and,consequently, larger pit lakes. However, relatively small lakes may form due to technical reasons andefficient overburden handling even today (Schultze et al., 2010).
Mining dumps are usually the most important sources of pollutants like sulfate, iron and aluminum informer open pit coal or lignite mining districts. The pore water emitting from the mining dumps ishighly mineralised acid mine drainage (AMD) and its release has a major effect on downstreamgroundwater quality. Discharge is often expected to occur over decades and typically affects areas thatare considerably larger than the area occupied by the dumps.
ACID MINE DRAINAGE REMEDIATION STRATEGIES
While the impact of AMD to the environment can be characterised by monitoring data, its futuredevelopment depends, among other aspects, strongly on the size and specifically the geochemicalcomposition of the mining dumps. Thus, the prediction of the long-term water pollution in mining areasrequires a detailed characterisation of the pollutant sources. In the case of lignite districts in Germany,especially in regions with a long mining history detailed data that allow to characterize thecomposition of the mining dumps are typically not available and appropriate approaches andinformation to predict the overall emission potential from the whole mining district are absent. Thislack of information prevents robust predictions of both the time-scale as well as the spatial extent andseverity of the future mining-related groundwater impact that are needed for implementing regulatoryframeworks such as the EU Water Framework Directive (EU-WFD, 2000). (Graupner et al., 2011).
In the case of mining lakes the major way of filling as well as a cheap and successful measure againstacidification was the diversion of river water into the lakes or their filling with neutral water frommines still operating; Chemical neutralization, predominantly by suspended lime powder, is applied inaddition to flooding or as the sole technology in smaller lakes, where flooding would be too expensive(Lessmann et al., 2003, Schultze et al., 2009).
Another approach is biogenic alkalinization, which aims at the reversal of pyrite oxidation. Bystimulation of primary production and/or addition of organic material the necessary conditions forsulphate reducing bacteria can be provided. A general presupposition for sustainable sulphatereduction and pH increase is the irreversibility of the biochemical processes, which means the
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formation and release of hydrogen sulphide or the formation of iron sulphides and their permanentbinding in the sediment. This ecotechnological approach is still more or less in an experimental stage.Mesocosm experiments were able to show the importance of the sediment for the neutralizationprocess. Without sediment, the addition of nutrients and organic carbon do not cause any changes inpH and acidity. With sediment, the addition of organic carbon enables an increase in pH into theneutral range, iron concentrations decrease. Unfortunately, these effects could not be repeated in aone-time lake enclosure experiment, which shows the need for further research (Lessmann, 2011).
Among the different options studied for acid mine drainage remediation in surface waters, constructedwetlands have shown to be efficient in the removal of metals and acidity. Ruiz-López et al. (2010)experimented with Typha latifolia, an aquatic plant or hydrophyte under laboratory conditions fortreating the effluent of flotation circuit, particularly to remove zinc and cadmium. The results showremoval values of 90% in systems with plants and 40% in systems without plants for both metals.
In the case of soils remediation, current research has demonstrated that phytoremediation is feasibletechnology. For instance, Armienta et al. (2008) reported the presence of plants, Prosopis laevigata L.y Acacia farnesiana L. Willd in arsenic rich soils in Zimapán, Hidalgo, Mexico, opening the possibilityof using phytostabilization in this site. Gómez-Bernal et al. (2010) reported 15 plant species in the ElFraile tailings deposit and suggest to continue the study of vegetal succession in order to implementrestoration projects in the zone.
CONCLUSIONS
Pyrite oxidation can cause acid mine drainage regardless of the percentage in the composition ofmining wastes. The only natural mechanism of prevention or attenuation of AMD is theneutralization with calcium carbonate or aluminumsilicates occurring in the same wastes, as longas their concentration is higher than the pyrite capacity to generate acid. When neutralizationcapacity is overcome, the leachates will present pH values below five. This acidity causes thedissolution of other minerals and consequent release of metals. In the case of Mexico, heavy metalssuch as arsenic, zinc, cadmium, lead and copper characterize AMD, whereas in lignite miningdistricts in Germany low pH values, high iron and sulfates concentrations are the main componentsof AMD. Although there is a more systematic characterization of AMD in the german lignite miningareas than in metallic mining sites in Mexico, further research and financial resources are requiredto remediate or control the effects of AMD in both countries.
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M-III-3
Photoelectrochemical properties of ZnO porous electrodes modified with non-stoichiometric Ag-In-S semiconductor nanoparticles
Propiedades fotoelectroquímicas de electrodos porosos de ZnO modificados connanopartículas de semiconductores no estequiométricos de Ag-In-S
Dr. Víctor Manuel Menéndez-Flores
Japón
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MIV-1
EMPLEO DE PROCESOS FENTON COMO PRETRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES INDUSTRIALES
PHOTO-FENTON PROCESSES AS PRE-TREATMENT OF INDUSTRIALWASTEWATERS
Dr. Miguel Ángel Ríos-EnríquezDavid Osorio-González
María del Carmen Cuevas-Díaz
Universidad Veracruzana Campus Coatzacoalcos Facultad De Ciencias QuímicasMéxico
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Galería de fotos
Photographs gallery
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De izquierda a derecha, el Dr. Peter Kuschk del Helmholz Zentrum für Umweltforschung, UfZ,conferencista magistral del Seminario, el Prof. Dr. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, becario de la AvH y ex-Director de la Facultad de Química de la UNAM, la Sra. Nadiana Zieger, en representación del Dr. Hanns
Sylvester, Director Regional del DAAD para México y América Central y la Profa. Dra.-Ing. María delCarmen Durán-Domínguez-de-Bazúa, por el Comité Organizador del Seminario Internacional del DAADcomo Alumna y académica de la Facultad de Química de la UNAM, entidad anfitriona del evento, durante
la inauguración del IV Seminario de Ingeniería Verde /From left to right, Dr. Peter Kuschk from the Helmholz Zentrum für Umweltforschung, UfZ, key note
speaker of the Seminar, Prof. Dr. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, AvH acholar, and former Director of theFacultad de Química, UNAM, Mrs. Nadiana Zieger, in representation of Dr. Hanns Sylvester, Regional
Director of the DAAD for Mexico and Central America, and Mrs. Prof. Dr.-Ing. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa, on behalf of the Organizer Comittee of the DAAD Alumni International Seminar, as
academic personnel of the UNAM, Faculty of Chemistry, the host institution, during the opening ceremony ofthe 4th Seminar on Green Engineering
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El Prof. Enrique Bazúa, Ph.D., dirigiendo algunas palabras de bienvenida a la UNAM durante laceremonia de inauguración /
Prof. Enrique Bazúa, Ph.D., addressing his welcoming message to UNAM during the openingceremony
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Al finalizar la ceremonia de inauguración, la Profa. Dra.-Ing. María del Carmen Durán-de-Bazúa (derecha), Presidenta del Comité Organizador del Seminario recibiendo un obsequio por
parte del DAAD, a nombre del Dr. Hanns Sylvester, por su participación en el Seminario porparte de la Sra. Nadiana Zieger /
At the end of the opening ceremony, Prof. Dr.-Ing. María del Carmen Durán-de-Bazúa, Presidentof the Organizer Committee of the Seminar, receiving a recognition on behalf of Dr. Hanns
Sylvester for her participation in the Seminar by Mrs. Nadiana Zieger
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El Dr. Peter Kuschk al final de su conferencia magistral respondiendo preguntas del auditorio /Dr. Peter Kuschk at the end of his key note conference answering some questions from the public
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Durante la Primera Mesa Redonda, el Prof. Dr. Felipe Lara-Rosano, DAAD Alumnus y ex-Director delCentro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico de la UNAM, presentando su interesante
conferencia /During the First Round Table, Prof. Dr. Felipe Lara-Rosano, DAAD Alumnus and former Director of the
Center for Applied Sciences and Technological Research of delivering his interesting conference
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El segundo conferencista, el investigador invitado del Instituto Nacional de Ecología y CambioClimático, INECC, M. en C. Miguel Ángel Martínez-Cordero, quien presentó el libro Inventarionacional de sustancias químicas: Base 2009./ The second speaker, an invited researcher from the
National Institute for Ecology and Climatic Change (INECC, in Spanish), Mr. Miguel ÁngelMartínez-Cordero, M.S., who presented the book National inventory of chemical substances: 2009
Basis
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El tercer conferencista fue el Dr. Simón González-Martínez, DAAD Alumnus, del Instituto deIngeniería de la UNAM, quien envió la conferencia Influencia de la tasa de carga orgánica y
retrolavado sobre la remoción de un colorante azoico en un reactor biológico aerado. Laconferencia fue impartida por una de sus alumnas de posgrado /
The third speaker was Dr. Simón González-Martínez, DAAD Alumnus, from the UNAM, Instituteof Engineering, and his conference was Influence of the organic loading rate and backwashing onthe azo-dye removal in a biological aerated filter (BAF). The conference was delivered by one of his
graduate studients
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Dr. Jaime A. Moreno, del Instituto de Ingeniería, UNAM, y DAAD Alumnus, dando los pormenores de suconferencia / Dr. Jaime A. Moreno, from UNAM, Institute of Engineering, and DAAD Alumnus, explaining
the topic of his conference
La Profa. Dra.-Ing. Carmen Durán señalando la importancia de la fotocatálisis en la ingeniería verde /Mrs. Prof. Dr.-Ing. Carmen Durán emphasizing the importante of photocatalysis in green engineering
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El Prof. Dr. Miguel Ángel Ríos-Enríquez, DAAD Alumnus, de la Universidad Veracruzana y elM. en I. José Manuel Barrera-Andrade, quien presentó la conferencia del Dr. Víctor Manuel
Menéndez-Flores, DAAD Alumnus, actualmente en Japón durante la comida /Prof. Dr. Miguel Ángel Ríos-Enríquez, DAAD Alumnus, from the Universidad Veracruzana, and M.en I. José Manuel Barrera-Andrade, who presented the conference of Dr. Víctor Manuel Menéndez-
Flores, DAAD Alumnus, presently in Japan, during the lunch
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Charla ingenieril de sobremesa, al frente, de izquierda a derecha, el estudiante de posgrado delInstituto de Ecología de la UNAM, Gerardo Aguiñaga-Torres, la Profa. Dra. Irina Salgado-Bernal, de la Universidad de La Habana, el Dr. Jaime Alberto Moreno, DAAD Alumnus del
Instituto de Ingeniería de la UNAM y el estudiante doctoral Otoniel Carranza, de la Universidadde Leipzig, un DAAD Alumnus. Atrás, de izquierda a derecha, los colegas DAAD Alumni: Ing.
Sergio Tirado, FI-UNAM, Dr. Gabriel Echávez, FI-UNAM, Ing. Otto Plettner y los colegas de laFQ-UNAM, M. en A.I. Landy Irene Ramírez-Burgos, Rolando S. García-Gómez y Dra.-Ing.
Marisela Bernal-González (de espaldas) /Engineering discusión during the lunch, from left to right, the graduate student from the UNAMInstitute of Ecology, Gerardo Aguiñaga-Torres, Mrs. Prof. Dr. Irina Salgado-Bernal, from the
Universidad de La Habana, Dr. Jaime Alberto Moreno, DAAD Alumnus from the UNAM Institutode Ingeniería, and the doctoral student Otoniel Carranza, of the University of Leipzig, a DAADAlumnus. In the back table, from Leith to right, the DAAD Alumni: Ing. Sergio Tirado, FI-
UNAM, Dr. Gabriel Echávez, FI-UNAM, Ing. Otto Plettner, and the colleagues of FQ-UNAM,Mrs. M. en A.I. Landy Irene Ramírez-Burgos, Mr. Dipl.-Chem. Rolando S. García-Gómez, and
Mrs. Dr.-Ing. Marisela Bernal-González (from back)
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Detalles de la comida (brindando con agua de jamaica) / Lunch details (toasting with hibiscus iced tea)
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La Dra. María del Refugio González-Sandoval, DAAD Alumna, presentando su conferencia /Mrs. Dr. María del Refugio González-Sandoval, DAAD Alumna, delivering her conference
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El Prof. Dr. Gabriel Echávez, DAAD Alumnus, presentando su conferencia / Prof. Dr. GabrielEchávez, DAAD Alumnus, delivering his conference
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El M. en I. José Manuel Barrera-Andrade presentando la conferencia del DAAD Alumnus Víctor ManuelMenéndez-Flores, quien estaba en Japón presentándola durante la celebración del 80º Aniversario de laFundación de la Sociedad Electroquímica del Japón / Mr. José Manuel Barrera-Andrade, M.I., presentingthe conference of DAAD Alumnus Víctor Manuel Menéndez-Flores, who was in Japan, presenting it during
the celebration of the 80th Anniversary of the Foundation of the Electrochemical Society of Japan
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Prof. Dr. Miguel Ángel Ríos-Enríquez, DAAD Alumnus, dando ideas sobre las reacciones de Fenton y laingeniería verde / Prof. Dr. Miguel Ángel Ríos-Enríquez, DAAD Alumnus, living some insight on the Fenton
reactions approach to green engineering
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Prof. Dr. Antonio Esteban Jiménez, DAAD Alumnus, aplicando energías renovables para fortalecer laingeniería verde / Prof. Dr. Miguel Ángel Ríos-Enríquez, DAAD Alumnus, applying renewable energies to
strenghten green engineering
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Prof. Dr. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, recipiendario AvH, presentando la conferencia magistral declausura / Prof. Dr. Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, AvH acholar, presenting the closing key note conferece
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Ceremonia de clausura del IV Seminario de DAAD Alumni sobre Ingeniería Verde. Presidium: Prof. Dr.Enrique Rodolfo Bazúa-Rueda, a nombre de la Facultad de Química de la UNAM, Sr. Hubertus von
Römer, Agregado Científico de la Embajada de Alemania en México y Profa. Dra.-Ing. María delCarmen Durán-Domínguez-de-Bazúa, por parte del Comité Organizador /
Closing ceremony for the IV Seminar DAAD Alumni on Green Engineering. Presidium: Prof. Dr. EnriqueRodolfo Bazúa-Rueda, on behalf of the host institution, the Facultad de Química, UNAM, Mr. Hubertus von
Römer, Scientific Attaché, Embassy of Germany in Mexico, and Mrs. Prof. Dr.-Ing. María del CarmenDurán-Domínguez-de-Bazúa, on behalf of the Organizing Committee
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Después de la ceremonia de clausura teniendo una conversación amigable /After the closing ceremony having some friendly chats
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Otoniel Carranza, estudiante doctoral del DAAD en Leipzig con un colega estudiante y el Dr. PeterKuschk del UfZ /
Otoniel Carranza, DAAD doctoral student in Leipzig with a colleague student and Dr. Peter Kuschkfrom UfZ
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Al terminar el seminario, una reunión amigable entre los seminaristas /Upon closing the seminar, a friendly gathering among seminarists
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El Dr. Antonio Jiménez del Instituto de Energías Renovables de la UNAM con el Sr. Hubertus vonRömer de la Embajada /
Dr. Antonio Jiménez from UNAM, Institute of Renewable Energy with Mr. Hubertus von Römer from theGerman Embassy
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Information / Informes
REGISTRATION / REGISTRO
UNAM, Facultad de Química
Profa. Dra.-Ing. Carmen Durán
M. en A.I. Landy Ramírez
Phones / Teléfonos: (+55) 5622-5300, 01, 02, 04
Fax (+55) 5622-5303
E-mail / Correo-e: [email protected]@unam.mx
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Deutscher Akademischer Austausch DienstServicio Alemán de Intercambio Académico
Los programas del DAADpara académicos mexicanos y
Deutschland Alumni
Mtra. Nadiana Zieger-SarmientoCoordinadora de Becas
Encargada de ex becarios
Deutscher Akademischer Austausch DienstServicio Alemán de Intercambio Académico
DAAD-Servicio Alemán de Intercambio Académico
• es una ONG, una asociación de lasuniversidades alemanas
• no tiene fondos propios• puerta de entrada al mundo académico
alemán• principales tareas: información, asesoría y
consultoría, manejo de programas debecas
Deutscher Akademischer Austausch DienstServicio Alemán de Intercambio Académico
Ofertas para académicos mexicanos en general
Becas de doctorado y posdoctorado• Beca larga de investigación• Beca DLR – DAAD• Beca CONACYT - DAADBecas de estancias cortas• Beca corta de investigación• Estancias de investigación para científicosBecas de especialización• Beca para artistas• Beca de ampliación de estudios• Becas “Public Policy and Good Governance”
Programas de cooperación institucional
Deutscher Akademischer Austausch DienstServicio Alemán de Intercambio Académico
Servicios para Ex Becarios
• Reinvitaciones (DAAD)• Seminarios de alumni (DAAD, todos)• Programa de equipamiento del Ministerio para la Cooperación Económica
(DAAD, todos)• Programa de literatura especializada (DAAD)• Revista DAAD-Letter (DAAD)• Alumni-Foro (DAAD)• Alumniportal Deutschland (DAAD, todos)
www.alumniportal-deutschland.de
Deutscher Akademischer Austausch DienstServicio Alemán de Intercambio Académico
¡Les agradezco su interés!Para información adicional
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EVALUACIEVALUACIÓÓN DE LA INNOVACIN DE LA INNOVACIÓÓNNSOCIOAMBIENTAL EN ZONAS DE ALTASOCIOAMBIENTAL EN ZONAS DE ALTA
POBREZA Y BIODIVERSIDAD EN LAPOBREZA Y BIODIVERSIDAD EN LAFRONTERA SUR DE MFRONTERA SUR DE MÉÉXICOXICO
Felipe Lara-Rosano* & Adriana Quiroga Carapia***Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico
Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) UNAM)**El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR)
1
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Contenido de la exposición
INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN
El proyecto "Innovación Socioambiental para el Desarrollo en Zonasde Alta Pobreza y Biodiversidad en la Frontera Sur de México" deECOSUR se organizó estableciendo la Red de Espacios deInnovación Socioambiental (REDISA), para trabajar hacia suobjetivo central: Generar sistemas regionales de innovación social yambiental en la frontera sur de México, buscando fortalecer lascapacidades locales para el manejo sustentable de los recursosnaturales y el bienestar de sus habitantes.
Con base en lo anterior, de acuerdo con la Coordinación de REDISA,se planteó:
Analizar el concepto de Innovación Socioambiental para definircriterios e indicadores para evaluarla, como resultado de losproyectos específicos de los diecisiete grupos de investigacióntransdisciplinaria que integran REDISA.
3
Desarrollar una metodología para evaluar la innovaciónsocioambiental generada, según los resultados prácticos obtenidos.
Aplicar la metodología desarrollada a la evaluación ex post delproyecto, en los diferentes nodos de la red.
En el presente trabajo se presenta la Metodología de evaluación dela Innovación Socioambiental generada, tomando en cuenta actoressociales tales como comunidades indígenas, ejidos, organizacionesde productores, organizaciones no gubernamentales, e instancias
de gobierno municipales, estatales y federales.
4
FASES DE LA INNOVACION SOCIOAMBIENTAL
De acuerdo con REDISA, la Innovación Socioambiental esun proceso de Investigación-Acción para plantear y resolver problemasespecíficos en territorios localizados, donde usuarios e investigadoresparticipan con sus percepciones y actividades productivas, científicas,tecnológicas, financieras y organizacionales en el desarrollo de soluciones adichos problemas, a través de un proceso de aprendizaje social.
De acuerdo con la discusión anterior, la Innovación Socioambiental debecumplir con las siguiente condiciones:
a) Debe ser el instrumento para identificar y resolver problemas reales de lasociedad usuaria.b) Debe ser óptima en términos de costos directos, de oportunidad yambientales de largo plazo para la gente afectada por ella.c) Debe tomar en cuenta y utilizar los recursos renovables de la región.
5
El enfoque de InnovaciónSocioambiental tiene cinco fases:
1. Análisis de la sociedad usuaria y de suambiente, incluyendo problemas,recursos, valores y restricciones, desdediferentes puntos de vista. Esto requiereactividades participativas y deinvestigación (talleres comunitarios)
2. Definición de un escenario deseado porla comunidad, a través de un enfoqueprospectivo participativo, para ladefinición de objetivos de corto, medianoy largo plazo. Esta actividad demandatambién talleres participativos.
Como resultado se produce un documentopor la comunidad para guiar la planeaciónde su desarrollo.
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3. Asignación de prioridades a objetivos,restricciones y recursos por parte de lacomunidad y una jerarquía de problemas a serresueltos en el proceso de desarrollo, paracalendarizar las acciones a tomar.
4. Identificación de los recursos apropiadospara resolver los problemas, incluyendo trabajocomunitario, fuentes de recursos financieros,ubicación de fuerza de trabajo e identificaciónde tecnologías alternativas.
5. Programación, implantación y seguimientode las acciones concretas para resolver losproblemas definidos.
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MODELO DE EVALUACIMODELO DE EVALUACIÓÓNN
El proceso de Innovación Socioambiental en REDISA tiene :
••Efectos directosEfectos directos, cuando la innovación tiene lugar en la comunidad y afectasu dinámica de desarrollo.
Por ejemplo, un proyecto sobre mejoramiento de la apicultura en unacomunidad, puede incidir en la baja productividad de ese sistema,mejorando cuantitativa y cualitativamente su producción y su ingreso.
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MODELO DE EVALUACIMODELO DE EVALUACIÓÓNN
La evaluación de efectos directos en la dinámica de la comunidadenfocada se realiza conceptualizando la comunidad como un sistemacomplejo en interacción con su entorno.
Cada sistema tiene propiedades que lo describen en el marco de uCada sistema tiene propiedades que lo describen en el marco de unnproblema. Estas propiedades se pueden referir al sistema mismo oproblema. Estas propiedades se pueden referir al sistema mismo o al tipoal tipode interrelaciones que establece con otros sistemas del entorno.de interrelaciones que establece con otros sistemas del entorno.
Estas propiedades individuales, que pueden ser emergentes,Estas propiedades individuales, que pueden ser emergentes,constituyen lasconstituyen las variablesvariables que se expresan como un atributo cualitativo alque se expresan como un atributo cualitativo alque se le asocia un valor que puede cambiar.que se le asocia un valor que puede cambiar.
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MODELO DE EVALUACIMODELO DE EVALUACIÓÓNN
Existen tres tipos de variables:
a) Las variables de entrada son aquéllas que provienen del entorno yafectan el funcionamiento del sistema.
b) Las variables de estado son aquéllas cuyos valores determinan elestado interno del sistema en un momento dado y su dinámica, y lamanera en que el sistema responde a las variables de entrada. Enellas va comprendida la historia del propio sistema.
c) Las variables de salida son aquéllas que generadas en el sistema,son proyectadas al entorno como resultado de la acción de lasvariables de entrada sobre el estado del sistema.
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Sistema complejoSistema complejo
Variables de EstadoVariables de EstadoEntradasEntradas SalidasSalidas
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Por lo anterior, el análisis de la dinámicade un sistema se basa en elcomportamiento de sus variables deestado.
Una vez identificadas las variables deestado relevantes, la evaluación de laInnovación Socioambiental en lacomunidad tiene tres fases:
1) La determinación de los valores inicialesde las variables de estado relevantes alproblema, antes de comenzar elproyecto.
2) La definición de los valores futurosdeseables de las variables de estado alfinalizar el proceso de innovación.
3) La medición de los valores reales dedichas variables en el momentopresente en que se hace la evaluación,para valorar los cambios alcanzados conrespecto a los objetivos. 12
Reuniones de equipo (al inicio)
Validación en campo
Espacio y trayectoria de estados en una comunidad sujeta a unaInnovación Socioambiental.
Variable de estado V1
Variable deestado V2
t1t2
t4
t5
t6
t3 Evaluación inicial
Valor final deseable
Valor actual
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Además de una evaluación del valor presente de las variables deestado, se realiza una evaluación prospectiva en la que se informasi existen o no planes para cambiar el valor de la variable de estadoen cuestión, cuál es la magnitud de ese cambio planeado en casodado o si dicho cambio ya está en proceso.
Los efectos directos de la innovación socioambiental sobre ladinámica de la comunidad se clasifican en tres dimensiones:
1. Efectos de aprendizaje social.2. Efectos de organización productiva.3. Efectos de impacto social.
14
MODELO DE EVALUACIMODELO DE EVALUACIÓÓNN
1. EFECTOS DIRECTOS DEAPRENDIZAJE SOCIAL
Resultan cuando hay un incremento enlos procesos de aprendizaje socialde la comunidad en cuestión. Losefectos pueden ser:
1.1 RECURSOS DE CONOCIMIENTO,1.1 RECURSOS DE CONOCIMIENTO,cuando se generan conocimientoso información suficientes pararesolver el problema. Entre ellosestán:
a) Recursos de información, tales comobases de datos; colecciones científicas,inventarios de flora y fauna, así como fichasdescriptivas.
b) Espacios de investigación empírica, comositios experimentales, sitios de muestreo yparcelas de decisión.
15
Colección de maíz en Teopisca
Vivero en Nueva Palestina, Ocosingo
1.2 DE DEMOSTRACI1.2 DE DEMOSTRACIÓÓNN,, cuando el proyecto genera espacios de innovaciónsocioambiental que pueden servir de modelo para extender su influencia,tales como: fincas agroecológicas demostrativas, fincasagroecoturísticas, módulos demostrativos (parcelas con tecnologíasagroecológicas, explotaciones agrícolas piloto, huertos diversificados,módulos-explotaciones silvopastoriles), parcelas escuela, viveroscomunitarios, museos rurales.
16Parcela demostrativa (al inicio) Parcela demostrativa (con
intercambio de experiencias)
1.3 DE INTERACCION EDUCATIVA1.3 DE INTERACCION EDUCATIVA, cuando a través de una interaccióneducativa de tipo construccionista, se generan recursos humanos cuyoconocimiento social es clave en la solución del problema. Estos efectos seevalúan por los productos generados como:
a) Documentos para el trabajo colaborativo (diagnósticos, análisis yrecomendaciones, propuestas de trabajo-proyectos, planes de manejo,planes de negocios, planes municipales, estudios de mercado);b) Los recursos humanos emergidos de la interacción (especialistas
técnicos, emprendedores, especialistas administrativos, promotorescomunitarios) y
c) Los espacios formativos implementados (cursos de capacitación, cursosde formación, cursos de inducción, talleres y seminarios).
17Aspecto de curso-taller paraintegrantes del Tianguis
Aspecto de curso-taller paraintegrantes del Tianguis
2. EFECTOS DIRECTOS EN LA ORGANIZACIÓN PRODUCTIVA
Resultan cuando la innovación provoca cambios fundamentales en la forma cómo se organiza unacomunidad para mejorar su producción y en los beneficios económicos que obtiene, así como ensus valores sociales orientados hacia la colaboración y en los apoyos que recibe de los diferentesniveles de gobierno. Los efectos en la organización productiva pueden ser:
2.1 ORGANIZATIVOS2.1 ORGANIZATIVOS, cuando la innovación genera nuevas organizaciones, mecanismos ycapacidades administrativas para aprovechar la innovación, tales como:
a) Grupos y organizaciones comunitarias (grupos campesinos, grupos de acción local,grupos interinstitucionales, consejos, comités), unidades de manejo ambiental y sociedadescooperativas;
b) Mecanismos autónomos de innovación socioambiental implementados (redes deproductores, tianguis) y eventos interinstitucionales;
c)c) Mecanismos administrativos creados para la innovación.
18Toma de protesta paraconformar una Cooperativa
Tianguis de productosorgánicos
Firma de convenio conAyuntamiento Municipal
2.2 SOCIALES2.2 SOCIALES, cuando la innovación genera o refuerza valoressociales para estimular el desarrollo en una comunidad, comomayor autonomía, sentido de colaboración, cohesión social,educación, equidad y responsabilidad social.
•Estos efectos se evalúan por el número y tipo de comunidadesinvolucradas y prácticas sociales estimuladas para elempoderamiento y la equidad, tales como gestión autónoma delagua, co-manejo de áreas naturales de protección, reunionescomunitarias de diagnóstico y planeación, redes y vínculosintracomunitarios, cuerpos colegiados de decisión autónoma,presencia de grupos vulnerables y minorías y redes decomunidades.
19
2.3 MICROECON2.3 MICROECONÓÓMICOSMICOS, cuando la innovación incide en la disminución decostos o en el aumento de beneficios, utilidades o participación en elmercado de productos relacionados con el problema.
Estos efectos se evalúan por:a) Número y tipo de mejoras productivas como el aumento en la producción,el aumento en la calidad de los productos, la mejora en la eficiencia de lasprácticas y los insumos.
b) Las mejoras en la comercialización como las mejoras en la definición demarcas, envasado y etiquetado.
c) Las mejoras en el consumo, tales como la producción, consumo ycomercialización de cultivos básicos, la producción para autoconsumo y lamejora en la salud local.
20
2.4 MACROECON2.4 MACROECONÓÓMICOSMICOS, cuando la innovacióngenera directamente transformaciones en laestructura productiva de la comunidad,creación de empleo, nuevas inversionesproductivas y/o equidad distributiva. Estosefectos se evalúan por los cambiosestructurales inducidos, tales como la mejoríadel ingreso a nivel comunidad, los tianguisorganizados y los trámites de certificaciónparticipativa llevados a cabo.
2.5 POL2.5 POLÍÍTICOS,TICOS, cuando la innovaciónincrementa el apoyo de uno o varios niveles degobierno a la comunidad. Estos efectos seevalúan por la participación de la comunidad enórganos de toma de decisiones, como losplanes municipales agropecuarios en los que haparticipado la comunidad y los programas dedesarrollo territorial orientados a la comunidady su entorno.
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Tienda de artesanías
Firma de convenio
Certificación orgánica
3. EFECTOS DIRECTOS DE IMPACTOSOCIAL
Resultan cuando la innovación provocacambios fundamentales en el rescate yconservación de los recursos locales,difundiéndose a la sociedad yconvirtiéndola en un modelo a seguir.
Los efectos de impacto social pueden ser:
3.1 ECOLOGICOS3.1 ECOLOGICOS, cuando la innovaciónrepercute en el rescate o la conservaciónde los recursos naturales y la biodiversidadde su región (Se puede medir por elnúmero y tipo de prácticas ecológicas desustentabilidad, rescate de variedadesnativas, mejoras en la diversificación deactividades productivas, uso de abonosorgánicos y biofertilizantes, establecimientode plantaciones de restauración).
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3.2 DE IMAGEN3.2 DE IMAGEN, cuando la innovación sedifunde a la sociedad, a través de los mediosmasivos de comunicación, construyendo unaimagen colectiva de la innovaciónsocioambiental. Estos efectos se evalúan por elnúmero y tipo de referencias que la innovaciónrecibe en los medios de comunicación tantooficiales como privados (reportajes, programasde radio y televisión, entrevistas, mesasredondas).
3.3 PARADIGMATICOS3.3 PARADIGMATICOS, cuando la innovación seconvierte en un modelo a seguir por parte deotras comunidades, municipios, estados oregiones del país y/o del extranjero. Estosefectos se evalúan por el interés de otrosgrupos de productores, por el interés de lasautoridades locales por reproducir el modelo ypor el incremento en el número debeneficiarios.
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27
28
29
30
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
Este trabajoEste trabajo describió el marco para comprender el conceptode innovación socioambiental y relaciona este concepto conlos procesos sociales de definición y solución del problema enuna comunidad, tomando en consideraci, tomando en consideracióón sus recursos renovables.n sus recursos renovables.
Bajo este esquemaBajo este esquema se propuso una metodologse propuso una metodologíía para evaluar laa para evaluar lainnovaciinnovacióón socioambiental, a travn socioambiental, a travéés de la definicis de la definicióón den devariables de estado de la comunidadvariables de estado de la comunidad.. Una vez identificadas lasvariables de estado relevantes, la evaluación de la InnovaciónSocioambiental en la comunidad tiene tres fases:
1) La determinación de los valores iniciales de las variables deestado, antes de comenzar el proyecto.
2) La definición de los valores futuros deseables de las variables deestado al finalizar el proceso de innovación.
3) La medición de los valores reales de dichas variables en elmomento presente en que se hace la evaluación, para valorar loscambios alcanzados con respecto a los objetivos. 31
Además de una evaluación del valor presente de las variables deestado, se realiza una evaluación prospectiva en la que seinforma si existen o no planes para cambiar el valor de las variablesde estado en cuestión, cuál es la magnitud de ese cambio planeadoen caso dado o si dicho cambio ya está en proceso.
Los efectos directos de un proyecto sobre la dinámica de lacomunidad se clasifican en tres dimensiones:
1. Efectos de aprendizaje social.2. Efectos de organización productiva.3. Efectos de impacto social.
La evaluación de desarrolla de manera participativa con lacomunidad.
32
¡¡¡¡Muchas Gracias !!Muchas Gracias !!
33
Miguel Ángel Martínez-Cordero
DGICUR – INECC8 de abril de 2013
El Inventario Nacional deSustancias Químicas (INSQ)
Instrumento indispensable en el marco de unapolítica integral para controlar las sustancias
químicas en México
INSTITUTO NACIONAL DEECOLOGÍA Y CAMBIO CLIMÁTICO
1CAS homepage
Las sustancias químicas en el mundo• El “Chemical Abstract Service” (CAS),
contiene 70 millones de sustancias químicas1.
• Son parte de nuestras vidas. Sólo 295 milestán inventariadas, registradas o reguladas
• La exposición a ellas también es fuente deenfermedades.
• Prüss-Ustün et al. estimó que durante 2004,a nivel global pueden ser atribuibles a laexposición ambiental y manejo de ciertassustancias químicas
• 4.9 millones de muertes
• 86 millones de años de vida saludablesperdidos (DALYs)
Reciclaje
Producción
Tratamiento ydisposición final
AlmacenamientoImportación
Transporte
Comercialización
Exportación
Uso
Sustancias en comercio
Residuos electrónicos
Accidentes en transportepor ductos
Liberación decontaminantes
Contaminaciónambiental porCOP y metales
pesados
Las sustancias químicas y susliberaciones durante su ciclo de vida
Toxic Substance report (1971)
• Alerta sobre las deficiencias en la gestión de las SQ (origen de la TSCA)Consejo sobre Calidad Ambiental de los E.U. (US Councilon Environmental Quality)
• Enfocarse en el contaminante más que en el medio queserá contaminado
• Regular sustancias permite:– Un enfoque preventivo, evitar que personas o el ambiente se expongan a tóxicos
– Eficientar las alternativas de control desde la fuente
– Alentar el desarrollo de verdaderas estrategias de control de la cuna a la tumba
– El enfoque basado en medios contaminados, crea el peligro de solo cambiar lacontaminación de un medio a otro
– Habría beneficios para los sujetos regulados (industrias), regular por medioscontaminados fue considerado que se podría interpretar como regular portriplicado (agua, aire, rellenos sanitarios)
Toxic Substances Control Act:TSCA 1976
• El Congreso de los Estados Unidos promulgó la TSCA ydesignó a la Agencia de Protección Ambiental (EPA)como la agencia responsable de su cumplimiento
• “Toxic Substances” identificó una gran variedad deproblemas relacionados con el control, o falta delmismo, de los peligros de la industria química
• Será la industria química el objeto de la regulación delTSCA, con excepción de algunos subsectores biencontrolados (alimentos, drogas, cosméticos,insecticidas, fungicida, rodenticidas, etc)
…TSCA• El estándar a cumplir es: no generar “riesgos inaceptables”
– El estándar de riesgo debe considerar que las sustancias,brindan beneficios a la sociedad y a la economía, así que debeencontrarse un balance adecuado, tomando en cuenta ladisponibilidad de alternativas
• Sustancias nuevas y existentes
– Es más fácil regular las sustancias de nueva incorporación almercado que las existentes
– Con las nuevas se puede ser más exigente (Notificación de pre-manufactura)
– Aunque las sustancias existentes son el 99% en volumen encomercio
• La carga de la prueba en la Agencia de Protección Ambiental (EPA)
– Todas las sustancias son inocuas para la salud y el ambiente …a menos que la EPA demuestre lo contrario
Inventarios de sustancias químicas* AICS--Australian Inventory of Chemical Substances* DSL--Canadian Domestic Substances List
* NDSL--Canadian Non-Domestic Substances List* EINECS--European Inventory of Existing Commercial Chemical Substances
* ELINCS--European List of Notified Chemical Substances* NLP--No-Longer Polymers (Europe)
* ECL--Korean Existing Chemicals List
* ENCS--Japanese Existing and New Chemical Substances* NZIOC--New Zealand Inventory of Chemicals
* PICCS--Philippines Inventory of Chemicals and Chemical Substances* SWISS--Giftliste 1
* SWISS--Inventory of Notified New Substances
* TSCA--US Toxic Substances Control Acthttp://www.cas.org/products/cd/nci/sources.html
Datos de las sustancias• Toxicity testing, (1984)
– Elaborado por la Academia Nacional de Ciencias US
– En una muestra el 80% de las sustancias en comercio no tenían datos depruebas toxicológicas
– Solo un pequeño conjunto de datos estaba disponible al público para el 22%de las sustancias de altos volúmenes (HPV > un millón de libras/año)
• EPA, (1998)– La información tóxica básica disponible al público correspondía al 43% de los
HPV fabricados en el país
– Información toxicológica completa estaba disponible solo para el 7% de esassustancias
• La Comisión Europea, (1999)– 14% de los HPV cuentan con información para realizar una evaluación de
riesgo
– 65% tienen datos incompletos y 21% no tienen
– Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de sustancias (REACH)....máxima protección a la salud y al ambiente
Antecedentes
• En 2007, las agencias de medio ambiente de la región deNorteamérica reconocieron la necesidad de que Méxicotuviera un inventario homologo a los existentes en EUA yCanadá
• Existe el compromiso (2020) de cumplir con la metaestablecida en el enfoque estratégico para la gestión de losproductos químicos en el nivel internacional (SAICM): “lassustancias químicas se utilizaran de tal forma que sus riesgospara el medio ambiente y la salud serán minimizados”
• El inventario constituirá para México una herramienta queapoyará el cumplimiento de todos los compromisosinternacionales en materia de sustancias químicas
En que consiste• El Inventario Nacional de Sustancias Químicas es
– Una lista consolidada de las sustancias químicas encomercio en México, que incluye información sobre susvolúmenes de importación y producción, así como suscaracterísticas ecotoxicológicas
– El inventario tiene como objetivo apoyar la gestiónintegral de las sustancias químicas en México para laprotección del medio ambiente y la salud, por tratarsede un listado exhaustivo
• Ha sido posible gracias a la colaboración y financiamiento dela Comisión para la Cooperación Ambiental de América delNorte (CCA) y del departamento para medio ambiente delReino Unido (DEFRA)
Fuentes de información ydepuración de los listados
ANIQ4,756
DGCARETC3,392
Reguladas5,686
13, 834 registros
7,254 registrosEvidentemente repetidos
6,580Sustancias
3,527 con Número CAS3,053 sin Número CAS
(50%)
6,580Sustancias
4,747Sustancias
(34%)
Confirmar el número CASComparación conotros Inventarios
- TSCA (EUA)- DSL (Canadá)
Otras fuentes
Depuración de los listados
4,747Sustancias
1, 412,224 pedimentos aduanalesRelacionados con sustancias químicas
1312 sustanciascoincidieron
se identificaron1,223 sustancias nuevas
5, 970 sustancias
Fracción arancelaria Registrosencontrados enpedimentosaduanales (2009)
Registrosútiles
Sustancias químicas Importadores
25 Sal; azufre; tierras ypiedras; yesos, cales ycementos
2530 Materias mineralesno expresadas nicomprendidas en otra parte.
253090 - Las demás.25309099 Las demás.
2122 96 8
14987-04-3 silicato de magnesio1317-33-5 disulfuro demolibdeno1344-95-2 silicato de calcio7757-82-6 sulfato de sodio12068-56-3 silicato de aluminio14798-03-9 amonio10101-52-7 silicato de circonio14542-23-5 fluorita
8
Fuentes de información sobre volúmenes de importación yproducción
Fuente Registrosencontrados(2009)
Registrosútiles
Sustancias químicas(de las que serecuperó información)
Cédula de Operación Anual Aprox. 120,000 Aprox. 10,000 Aprox. 400
Programa de Industria Limpia de PROFEPA Aprox. 22,500 5,100 Aprox. 750
Producción – COAs y Programa de Industria Limpia
También se extrajo información de PEMEX y de INEGI (La industria química en México) en menor número (20 aprox.). La industria no aportó nada.
Importaciones - Pedimentos aduanales
Estructura de la Base de datos delINSQ
Estructura de la Base de datos delINSQ
INSQ• Una publicación impresa con un CD que
contiene la base de datos del inventario• Un sistema de consultas en línea
– http://www2.ine.gob.mx/sistemas/inventarioNSQ/
• 5,852 sustancias identificadas defuentes de información disponibles
– Identidad química, nomenclatura TSCA,Número CAS, estructura y formula molecular
– Cantidades importadas o producidas porfuente de información
– Datos de persistencia, bioacumulación ytoxicidad a organismos acuáticos (del ejerciciode categorización de Canadá)
INSQ
INSQ
¿Qué se requiere para suactualización?
• Convertir al INSQ en:– Una herramienta resultado de un mandato legislativo
orientado a prevenir los riesgos derivados por el usode sustancias químicas, las cuales:
• No están destinadas al contacto primario con los sereshumanos (medicamentos, cosméticos, aditivos alimentarios,etc.)
• No fueron diseñadas para ser distribuirlas en el medioambiente (plaguicidas, nutrientes vegetales, fertilizantes)
• No son de seguridad nacional, explosivos, radiactivas,precursores químicos, etc.
¿Qué se requiere para suactualización?
– Se requiere un período de notificación obligatoriapor parte de productores e importadores y unaconstante actualización
– Poner al día a México en materia de sustanciasquímicas
• Somos los únicos miembros sin regulación alguna en lamateria en los foros de:
– CCA y OCDE
• En la APEC– Cada vez más países están respondiendo al reto del SAICM
con legislaciones equivalentes
Inventarios de Sustancias Químicas
• Características comunes• Notificación por parte de los productores e
importadores
• Por ley, para comercializar cualquier sustanciadebe estar incluida en el inventario
• Sustancias existentes: si están en el inventario
• Sustancias nuevas: aquellas que se deseacomercializar por primera vez, son sujetas a“mayor” escrutinio por la autoridad
País Observaciones
JapónEn 1973 es promulgada el “Actade evaluación de sustanciasquímicas y regulación de sumanufactura, etc.”, derivadaepisodios ambientales porcontaminación de BPC ymercurio
Primera regulación en su tipo a nivel mundial.Involucra la participación de los ministerios de Salud,Ambiente, Economía (como líder) y Trabajo.Última actualización de la Ley en 2009
• Necesidad de evaluar constantemente los riesgos ymejorar el control estricto de las sustancias químicas.
• Obliga a los productores e importadores de lassustancias químicas existentes a reportar lascantidades que manejan en cada año fiscal yrequerirles información toxicológica si es necesario.
EE. UU.El Acta de control de sustanciastóxicas (TSCA) fue promulgadaen 1976. Es responsabilidad de laAgencia de Protección Ambiental(EPA) su cumplimiento.
Su objetivo es evitar riesgos inaceptables a la salud y elambiente.La Oficina de Responsabilidad Gubernamental en su reporte alcongreso del 2010 señaló que:
• La EPA carece de la adecuada información sobre latoxicidad de muchas sustancias que están o podríanestar en el medio ambiente.
Y recomienda:• Fortalecer la autoridad de la EPA para obtener
información adicional de la industria química• Asegurar que las empresas químicas demuestren la
seguridad de sus productos
País Observaciones
CanadáActa Canadiense de ProtecciónAmbiental (CEPA) de 1999.Tiene mandato para conocer yreducir los riesgos debidos a lassustancias químicas.El principio precautorio es suherramienta principal para laevaluación de riesgos (Sección3.3)
Los ministerios de Ambiente y Salud comparten la tarea deevaluar peligrosidad y riesgo de todas las sustancias.
• Confiere autoridad para prevenir, controlar oprescribir los riesgos en todos los aspectosrelevantes del ciclo de vida de las sustancias
En 2006, bajo el mandato de la CEPA se creo el Plan deManejo de Sustancias Químicas:
• Canadá fue el primer país en el mundo en evaluar demanera sistemática todas las sustancias químicas desu inventario (¡es decir las existentes!)
• 4.000 sustancias requieren mayor atención, de ellas500 son de “alta prioridad”, posteriormente, 200 seetiquetaron como ''de alta prioridad para la acción''.
• Ambiente y Salud realizarán las evaluaciones deriesgo de este grupo de sustancias. La industria estáobligada a proporcionar datos sobre su uso ypropiedades.
• Se estima que el proceso concluya en 2020 y asícumplir con los compromisos del SAICM
País Observaciones
Unión EuropeaRegistro, Evaluación,Autorización y Restricción de lassustancias y preparadosquímicos (REACH)En vigor desde 2007
Administrado por la Agencia Europea de Sustancias Químicas.• Su objetivo es brindar la máxima protección a la
salud y al medio ambiente contra los riesgosasociados a sustancias químicas.
• Es responsabilidad de los productores eimportadores (incluso sino son miembros de laUnión) demostrar que sus productos son segurospara la salud y el ambiente.
• “No hay comercialización sin registro”. Se calculóque aproximadamente 30,000 sustancias seránregistradas (>1 ton) (actualmente sonaproximadamente 6000).
• Una sustancia, un registro. Diferentesrequerimientos de información y costo por elregistro por toneladas/anuales/empresa, criteriosambientales y de salud
• Cancerígenas, mutagénicas, toxicas a lareproducción
• Persistentes, bioacumulables, toxicas• Muy persistentes, muy bioacumulables
• Ficha de datos de seguridad (>1ton), Informe sobrela seguridad química, Evaluación de seguridad(>10ton)
• El proceso de registro terminará en 2018 y asícumplir con los compromisos del SAICM
Próximos pasos del INSQ
• Contribuir a la mejora regulatoria en materia desustancias químicas
• Elaborar una lista de sustancias de atenciónprioritaria– Retomando la experiencia internacional en el tema– Consultando con los sectores involucrados en la
problemática• Elaborar un diagnóstico inicial de las sustancias
de atención inmediata• Contar con elementos para integrar una política
nacional sobre sustancias químicas
WINTERTemplate
Environmental Engineering Laboratory
INTRODUCTIONINTRODUCTION
Source: Van der Zee et al, 2005
NNR R*
NNR R*
NH2 NH2
R R*+
NH2
RNH2
R
4[H]
O2
Autoxidación
CO2 + H2O + NH3
Fase Anaerobia Fase Aerobia
Colorante azo
Aminas aromáticas
Anaerobic phase Aerobic phase
Azo dye
Aromatic amines
Oxidation
• Fixed-film processes have proven to be more efficient to removexenobiotics than suspended growth systems.
• Aerobic biofilms can provide both aerobic and deep anaerobic zoneswhich allow a better mineralization of the dyes.
• The main problem is clogging when the biofilm develops fast or afterlong operation periods. As a result of biofilm growth, a fraction of thereactor volume becomes idle as "dead volume" when the liquid flowsthrough “preferential” pathways.
• The hydraulic characteristics of bioreactors are commonly determinedusing tracer studies to obtain the residence time distribution (RTD).
• The aim of this work was to assess the influence of the organic loadingrate and backwashing on the hydraulic behaviour of a biologicalaerated filter (BAF) and the removal of an azo-dye.
METHODMETHODA
erob
ic fi
lter
BAFHeight 1.90 mDiameter 0.15 mWorking volume 9.0 L
TEZONTLEDiameter 4.75 mmPacked bed height 1 mPacked bed volume 17.7 L
TEZONTLE
SO3Na
SO3Na
N
NH2
OH
NN
OH
NH2
NNaO3S
NH2NH2 NH2+
Bencidina 4-aminobifenil
Azul directo 2Direct blue 250 mg/L
Benzidine 4-aminobiphenil
Tracer testBromocresol green(=616 nm)
3.2, 6.1 and 11.9 kgCOD/m3∙dHRT= 3 h
New mediaEroded media
f(Backwashing) daily
Without biofilm With biofilm
RESULTSRESULTS
Without biofilmWithout biofilm
With biofilmWith biofilm
0
0 0
11 11
2 2 L
t tC uLerf
C D t t
Axial dispersion model
% Dead volumeWith biofilm 20 %
% Dead volumeNew media 83 %Eroded media 79 %
Experimental curves
3.4 kgCOD/m3·d 6.0 kgCOD/m3·d 11.9 kgCOD/m3·d
Backwashing procedures cause the reduction of the apparentporosity of the eroded media (50 %) compared with the new one(54 %).
For the three OLR, the dead volume and dispersion coefficient arethe same, 20 % and 0.38, respectively. (=48 %).
The eroded media presented lower dead volumes (79 %) comparedwith the new media (83 %).
Flow patterns of eroded and new media were different becausebackwashing a) causes attrition of the particle surface reducing theedges to a more regular shape, b) decreases the void volume of themedia, and c) improves the particle size distribution and,consequently, a more homogeneous flow through the filter bed isobtained.
CONCLUSIONSCONCLUSIONS
The aerobic biofilm removed up to 50 % the Direct Blue 2 azo dyeand completely the intermediate products benzidine and 4-aminobifenyl under the proposed conditions. The higher the organicload, the better the azo dye is removed.
OLR(kgCOD/m3.d)
CODdremoval (%)
Colourremoval (%)
3.4 88 356 84 55
11.9 75 61
With increasing organic loading rates, the effective volume andhydraulic retention time remain constant. Biofilm growth remainsalmost constant due to continuous backwashing and aeration of thefilter media.
NUEVOS MATERIALESNANOESTRUCTURADOS, MEJORA EN ELAPROVECHAMIENTO DE LA RADIACIÓN
SOLAR PARA EL TRATAMIENTO DECOMPUESTOS RECALCITRANTES EN
AGUAS RESIDUALES
Dra. Sayra Lissette Orozco-CerrosM. En I. José Manuel Barrera-Andrade
Dra. María del Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa
Contaminantes recalcitrantes
CONTAMINACIÓN DEL AGUA
3
CONTAMINACIÓN DEL AGUAPor la actividad humana:Procesos biológicosAdsorción con carbón activado u otros adsorbentesProcesos químicos convencionales (oxidación térmica,cloración, ozonización, permanganato de potasio, etc.)En algunos casos estos procedimientos resultaninadecuados para alcanzar el grado de pureza requeridopor ley o por el uso que se le de al efluente tratadoFotocatálisis (TAO, PAO), aplicados a la remediación y“desintoxicación” de aguas especiales, generalmente enpequeña o mediana escala
4
IMPORTANCIA YLIMITACIONES DE LA
FOTOCATÁLISIS
El proceso de fotocatálisis para el tratamiento y/opurificación de aguas es, hoy por hoy, una de lasaplicaciones que más interés ha despertado entre lacomunidad científica internacional La fotocatálisis homogénea permite la fotólisis dehidroxocomplejos de Fe3+, el uso de longitudes de ondadesde 300 nm hasta el visible y concentraciones bajas deFe(II). El proceso se puede emplear para el tratamiento deaguas industriales, suelos y lixiviados. Compuestosnitroaromáticos, fenoles policlorados, herbicidas (2,4-D y2,4,5-T) y plaguicidas La fotocatálisis heterogénea no es selectiva y puedeemplearse para tratar mezclas complejas decontaminantes. La posibilidad de la utilización de laradiación solar como fuente primaria de energía, le otorgaun importante y significativo valor ambiental. El procesoconstituye un claro ejemplo de tecnología sostenible 5
RADIACIÓN GLOBAL
6
México, por su ubicaciónprivilegiada, cuenta con altosíndices de irradiancia solar
• Comparado con los países deAmérica.
RADIACIÓN GLOBAL EUROPA
8
IMPORTANCIA FOTOCATÁLISIS
La fotocatálisis tiene gran importancia por la eficacia en eltratamiento de contaminantes altamente recalcitrantescomo:Compuestos alifáticos y aromáticos clorados, PCBs,nitroaromáticos, colorantes azo, clorobenceno, PCP, fenoles,fenoles clorados, octacloro-p-dioxina y formaldehído.Oxida herbicidas y otros contaminantes de suelos talescomo hexadecano o Dieldrin.Descompone solventes para limpieza a seco y decoloraraguas residuales con distintos tipos de colorantes y otrosresiduos industriales, reduciendo su DQO.
9
IMPORTANCIA FOTOCATÁLISIS
Reducción de DQO de aguas municipales y subterráneasy en el tratamiento de lixiviados.
Pretratamiento de compuestos no biodegradables.
Compuestos no atacados por este reactivo: acetona, ácidoacético, ácido oxálico, parafinas y compuestosorganoclorados.
10
LIMITACIONES DE LAFOTOCATÁLISIS
Uno de los aspectos máscríticos es la altaprobabilidad derecombinación electrón-hueco, que compite con laseparación entre las cargasfotogeneradas.
La baja eficiencia,especialmente con luzvisible, es una de laslimitaciones más severasde la fotocatálisisheterogénea.
Heterogénea Homogénea
11
22
23 OFeOFe
HOHOFeOHFe 322
2
Separación
5%
FOTO-CATALIZADORNANOESTRUCTURADO PROPUESTO
Combina las ventajas de la fotocatálisis homogénea yheterogénea
Disminuye la velocidad de recombinación
Radiación solar
Fe/TiO2/SiO2
12
OB
JETIV
O
Estudiar la remoción decolorantes textiles empleandofoto-catalizadoresnanoestructurados de TiO2dopados con iones de hierrosoportados sobre una matriz desílice (Fe/TiO2/SiO2)
Hipótesis:
Los nuevos materialesaprovecharán lacomponente visible deespectro solar
13
METODOLOGÍAS
PR
IME
RA
ETA
PA
Síntesis y caracterización física,óptica y catalítica fotocatalizadornanoestructurado deFe/TiO2/SiO2 (0.01:0.03:1)
Caracterización catalítica bajoiluminación artificial visible yUV
15
PREPARACIÓN DEL FOTOCATALIZADORNANOESTRUCTURADOFe/TiO2/SiO2 (0.01:0.03:1)
Método: sol-gel Soporte: sílice pirogénica Fuente de Fe: Fe(NO3)3 Fuente Ti: Tetra-isopropóxido de titanio Ti(OCH(CH3)2)4
Contaminante: Anaranjado de Metilo
16
Sílice pirogénica
Síntesis Envejecimiento Secado 120°C Tratamientotérmico a 550°C
Preparación
PR
IME
RA
ETA
PA
SEG
UN
DA
ETA
PA
: AN
ÁLISIS D
E LA
INFLU
EN
CIA
DE
L CO
NTE
NID
O D
EFeSíntesis y caracterización física,óptica y catalítica fotocatalizadornanoestructurado deFe/TiO2/SiO2 (0.1:x:0.9-x)
Empleo de dos precursores detitanio
Variación del contenido de Fe(0, 0.5, 0.7, 1.0 % en masa)
17
PREPARACIÓN DEL FOTOCATALIZADORNANOESTRUCTURADOFe/TiO2/SiO2 (0.10:X:0.9-X)
Método sol-gelSoporte: sílice pirogénicaFuente de Fe: Fe(NO3)3Fuente Ti: Tetra-isopropóxido de titanio
Ti(OCH(CH3)2)4 y Tetracloruro de titanioTiCl4
Contaminante: Azul Reactivo 69
18
Sílice pirogénica
SEG
UN
DA
ETA
PA
: AN
ÁLISIS D
E LA
INFLU
EN
CIA
DE
L CO
NTE
NID
O D
E Fe
19
4.19 TiCl4
41.9 ml H2O
Ajustar el pH=7.0con NH4OH al 10%Vol. (gota a gota)
Mantener enagitación 10 horasa 0°C
Formación ppdoblanco (coloides)
Agitaciónvigorosa30minutos
Lavar (eliminacaciónCl- por el método Mohr)
Agregar 40 ml H2O
(1:20)
Ajustar pH=2.0 conHNO3 1.6 M
Agitaciónvigorosa24 horas
En H2O a pH=2.0agregar la sal de Fe
Ajustar el pH=8.5con NH4OH
Formación gel
Envejecimiento(1 semana)
Secado a 120°C12 horas
Tratamiento térmico550°C por 3 horas
Calentar a bañomaría 70°C por 24horas
Agregar la SiO2 Sol modificado
Agregar gota a gotala sol de Fe
4.19 TiCl4
41.9 ml H2O
Ajustar el pH=7.0con NH4OH al 10%Vol. (gota a gota)
Mantener enagitación 10 horasa 0°C
Formación ppdoblanco (coloides)
Agitaciónvigorosa30minutos
Lavar (eliminacaciónCl- por el método Mohr)
Agregar 40 ml H2O
(1:20)
Ajustar pH=2.0 conHNO3 1.6 M
Agitaciónvigorosa24 horas
En H2O a pH=2.0agregar la sal de Fe
Ajustar el pH=8.5con NH4OH
Formación gel
Envejecimiento(1 semana)
Secado a 120°C12 horas
Tratamiento térmico550°C por 3 horas
Calentar a bañomaría 70°C por 24horas
Agregar la SiO2 Sol modificado
Agregar gota a gotala sol de Fe
PROCEDIMIENTO (EJEMPLO)SE
GU
ND
A E
TAP
A: A
NÁ
LISIS DE
LAIN
FLUE
NC
IA D
EL C
ON
TEN
IDO
DE
Fe
CARACTERIZACIÓN FÍSICA YÓPTICA• Espectroscopía óptica UV-Vis-IR-Cercano en modo
de espectroscopía de reflectancia difusa(Espectrofotómetro Shimadzu Mod. UV-3101 PCequipado con esfera integradora UV-3100/UV-3100S, enel intervalo de longitud de onda e 190-2500 nm, comoreferencia BaSO4).
• Espectroscopía óptica FTIR (Espectrofotómetro FT-IRBruker Tensor 27, como referencia KBr a una razónKBr:catalizador=1:0.01
• Mediciones de difracción de rayos X (DifractómetroBruker AXS D8, CuK). 20
Prim
era y Segunda Etapas
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
300 400 500 600 700
λ, nm
Irra
dian
cia,
W m
-2nm
-1
Esquema experimental
Espectros de emisión deirradiancia de las lámparas
21
VisibleUV
Prim
era y Segunda Etapas
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA El decremento de las concentraciones de los colorantes
Anaranjado de Metilo (AM) y Azul Reactivo 69(AR69) fue determinado por su pico de absorcióncaracterístico en λ=490 y λ=600 nm a pH=3.0,respectivamente. Los espectros de absorción de lamuestras en la región UV-Vis fueron medidos con unEspectrofotómetro UV-Vis Cintra 5 en el rango de laregión de 200-700 nm, usando un intervalo espectral de1 nm
Las mediciones de pH fueron realizadas con unpotenciómetro Orion 720A+, calibrado con solucionesamortiguadoras estándar de 4.00 y 7.00±0.02
22
Prim
era y Segunda Etapas
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA
La concentración de peróxido de hidrógeno fueanalizada por titulación con KMnO4 bajo condicionesácidas
La concentración de hierro total desorbida de losfotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2, en soluciones irradiadas,fue determinada por el complejo con o-fenantrolina enpresencia de clorhidrato de hidroxilamina y unasolución buffer de acetato (pH = 4.65)
El grado de mineralización de los colorantes fuedeterminado por mediciones de Carbono Orgánico Totalcon TOC-V-CSN Shimadzu.
También se determinaba usando la Demanda Química deOxígeno (DQO) fue determinada por el método estándar(APHA, 1992)
23
Prim
era y Segunda Etapas
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
PR
IME
RA
ETA
PA
Resultados
Síntesis y caracterización física,óptica y catalítica fotocatalizadornanoestructurado deFe/TiO2/SiO2 (0.01:0.03:1)
Caracterización catalítica bajoiluminación artificial visible yUV
25
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICABAJO ILUMINACIÓN UV
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 60 120 180 240Tiempo, min
C/C
0
S(P)
FS(P)
TS(P)
FTS(P)
Perfiles de decoloración de AM, bajocondiciones de iluminación UV-A,empleando los diferentes foto-catalizadores
Efectos sinérgicos
FTS(P)
Ccat=2g L-1
CAM=20mg L-1
CH2O2=42 mM
pH=3.0
PR
IME
RA
ETA
PA
26
Nomenclatura:TS: TiO2/SiO2FS: Fe/SiO2FTS:Fe/TiO2/SiO2
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICABAJO ILUMINACIÓN VISIBLE
PR
IME
RA
ETA
PA
27
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 60 120 180 240Tiempo, min
C/C
0
S(P)
FS(P)
TS(P)
FTS(P)
Perfiles de decoloración de AM, bajocondiciones de iluminación Visible, empleandolos diferentes foto-catalizadores
Ccat=2g L-1
CAM=20mg L-1
CH2O2=42 mM
pH=3.0
Por el método depreparación, los gruposhidroxilos presentes en elfotocatalizador TSP losensibilizan
Nomenclatura:TS: TiO2/SiO2FS: Fe/SiO2FTS: Fe/TiO2/SiO2
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICAP
RIM
ER
A E
TAP
A
28
Desorción de iones deFe al final del procesode decoloración, paralos diferentes foto-catalizadores
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
FS(P) FTS(P)
Foto-catalizador
[Fe]
, mg
L-1
UV-A
Visible
Nomenclatura:FS: Fe/SiO2FTS: Fe/TiO2/SiO2
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICAP
RIM
ER
A E
TAP
A
29
Perfiles de ladisminución del H2O2durante el proceso dedecoloración de AM,empleando losdiferentes foto-catalizadores
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 30 60 90 120Tiempo, min
C/C
0
TS(P)
FTS(P)
TS(G)
Nomenclatura:TS: TiO2/SiO2FS: Fe/SiO2FTS:Fe/TiO2/SiO2
FS(P)
SEG
UN
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: AN
ÁLISIS
DE
LA IN
FLUE
NC
IA D
EL
CO
NTE
NID
O D
E Fe
ResultadosSíntesis y caracterización física, óptica ycatalítica fotocatalizadornanoestructurado de Fe/TiO2/SiO2(0.1:x:0.9-x)
Empleando dos precursores de titanio:Tetra-isopropóxido de titanioTi(OCH(CH3)2)4 y tetracloruro de titanioTiCl4
Variando el contenido de Fe (0.0, 0.5,0.7 y 1.0 % en masa)
30
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA BAJOILUMINACIÓN UV, EMPLEANDO ELPRECURSOR Ti(OCH(CH3)2)4
SEG
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: AN
ÁLISIS D
E LA
INFLU
EN
CIA
DE
L CO
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E Fe
31
Perfiles dedecoloración delazul reactivo 69,bajo iluminaciónUV-A, para losfotocatalizadoresFe/TiO2/SiO2
(0.0, 0.5, 0.7 y 1.0% en masa de Fe)
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA BAJOILUMINACIÓN UV, EMPLEANDO ELPRECURSOR Ti(OCH(CH3)2)4
SEG
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32
MODELO CINÉTICO
apk
tAR69AR69 t0 apk
Modelo cinéticoaparente de ordencero
Constante cinéticaaparente de orden cero
Constante cinética aparente deorden cero como función del % enmasa de Fe
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA BAJOILUMINACIÓN UV, EMPLEANDO ELPRECURSOR TiCl4
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33
Perfiles de decoloración del Azul Reactivo 69, bajoiluminación UV-A, para los fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2
(0.0, 0.5, 0.7 y 1.0 % en masa de Fe)
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA BAJOILUMINACIÓN UV, EMPLEANDO ELPRECURSOR TiCl4
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34
% Feen
masamg L-1
min-1
R
0.0 0.109 0.99
0.5 0.253 0.98
0.7 0.298 0.94
1.0 0.256 0.98
apk
MODELO CINÉTICO
tAR69AR69 t0 apk
Modelo cinéticoaparente de orden cero
Constante cinética aparente deorden cero como función del %en masa de Fe
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA BAJOILUMINACIÓN UV, EMPLEANDO ELPRECURSOR TiCl4
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35
PROCESO DE MINERALIZACIÓN
Constantecinética aparentede orden cero yremoción deCOT en funcióndel % en masade Fe
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA BAJOILUMINACIÓN UV, EMPLEANDO ELPRECURSOR TiCl4
SEG
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36
CONSUMO DE H2O2
Disminución de H2O2
durante el proceso dedecoloración para losfotocatalizadoresFe/TiO2/SiO2 (0.0,0.5, 0.7 y 1.0 % enmasa de Fe)
CARACTERIZACIÓN CATALÍTICA BAJOILUMINACIÓN UV, EMPLEANDO ELPRECURSOR TiCl4
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37
DESORCIÓN DE Fe
Porcentaje de Fedesorbido de losfotocatalizadoresFe/TiO2/SiO2 (0.5,0.7 y 1.0 % en masade Fe), durante elproceso dedecoloración
COMPARACIÓN DE LOS FOTOCATALIZADORES,EMPLEANDO LOS PRECURSORESTi(OCH(CH3)2)4 y TiCl4, EN FUNCIÓN DELPROCESO DE DECOLORACIÓN
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38
TiCl4
Ti(OCH(CH3)2)4
CONCLUSIONES EINVESTIGACIÓN EN
CURSO
A MANERA DE CONCLUSIONES
• Los foto-catalizadores preparados Fe/TiO2/SiO2 y suscontroles TiO2/SiO2 y Fe/SiO2 parecen demostrar quelos iones de hierro se adsorben fuertemente sobre elmaterial compuesto TiO2/SiO2 y sobre la SiO2
• Se logró el desplazamiento de la banda de absorcióna la región visible, debido a la incorporación de losiones de hierro, presentando actividad catalítica en laregión visible
• Bajo iluminación UV-A, el foto-catalizadorFe/TiO2/SiO2 tiene efectos sinérgicos
• Se tienen foto-catalizadores que absorben radiaciónsolar en una mayor proporción, haciendo su uso máseficiente
40
PR
IME
RA
ETA
PA
A MANERA DE CONCLUSIONES(CONTINUACIÓN)
Cuando se emplea como precursor al alcóxido detitanio, Ti(OCH(CH3)2)4, los patrones dedifracción de rayos X indican picos de difraccióncorrespondientes al TiO2 tipo anatasa, para elfotocatalizador con un contenido de 0.0 % de Fe.Para los fotocatalizadores con un contenido de Fede 0.5 y 0.7%, sólo se presenta el pico dedifracción (101) de TiO2 anatasa. Contenidos másaltos de Fe inhiben el proceso de cristalización dela estructura del fotocatalizador
41
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E Fe
A MANERA DE CONCLUSIONES(CONTINUACIÓN)
Los espectros de absorción de losfotocatalizadores sintetizados muestran quecuando el contenido de Fe aumenta, la intensidaddel pico de absorción máximo se incrementa y seobserva un desplazamiento en la banda deabsorción
De acuerdo con los resultados, el proceso dedecoración del AR69 alcanza un 80% de remociónde color con lo fotocatalizadores Fe/TiO2/SiO2 con0.5 y 1.0 % en masa de Fe
42
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A MANERA DE CONCLUSIONES(CONTINUACIÓN)
El proceso de decoloración sigue una cinéticaaparente de orden cero. La constante cinéticaaparente de orden cero incrementa con elcontenido de Fe en los fotocatalizadores, para unvalor de 0.5% en masa alcanzando el valor máximoy por encima de este valor (0.7 y 1.0% de Fe), laconstante decrece
Este comportamiento se pudiera atribuir a que elfotocatalizador está sobrecargado, para 0.7 y 1.0%de Fe, actuando cono centros de recombinación decargas
43
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A MANERA DE CONCLUSIONES(CONTINUACIÓN)
El fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 presenta altaestabilidad en solución acuosa, el Fe desorbido esalrededor de 0.5% con respecto de lo introducidoen el fotocatalizador. Esto sugiere que los iones deFe se adsorben fuertemente sobre la matrizTiO2/SiO2
El fotocatalizador Fe/TiO2/SiO2 muestra altaeficacia en la remoción del colorante AR69, el cualno es fácilmente biodegradable sino refractario
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A MANERA DE CONCLUSIONES(CONTINUACIÓN)
Cuando se emplea como precursor de titanio a lasal de tetracloruro de titanio TiCl4:
Los resultados de decoloración del colorante textildemostraron que los fotocatalizadoresFe/TiO2/SiO2 son eficaces para la remoción delcolor
La incorporación de Fe en la matriz TiO2/SiO2mejoran su propiedad catalítica
El proceso de decoloración sigue una cinéticaaparente de orden cero. La constante cinéticaaparente de orden cero alcanza un valor máximopara el catalizador Fe/TiO2/SiO2 con 0.7 % Fe enmasa
45
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A MANERA DE CONCLUSIONES(CONTINUACIÓN)
Con el catalizador Fe/TiO2/SiO2, con 0.7 % Fe enmasa, se alcanzó un 60% de remoción delcolorante medido como carbono orgánico total
Los fotocatalizadores sintetizados con la sal detitanio (TiCl4) presentaron mejores propiedadesfísicas, ópticas y catalíticas, respecto a lossintetizados con el precursor alcóxido de titanio,Ti(OCH(CH3)2)4
46
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INVESTIGACIONES EN CURSO Identificación por métodos analíticos de los
intermediarios y productos finales de la degradacióncatalítica (tesis Maestría en Ciencias Químicas)
Uso de catalizadores mesoporosos de titania sobre sílicedopados con hierro
Uso de reactores solares a escala de banco en el CIE-UNAM en cooperación con el Dr. Antonio EstebanJiménez 47
AGRADECIMIENTOS
Ing. Óscar Gómez-Daza y M. en I. José Campos, por elsoporte técnico
Dra. Ma. Guadalupe Valverde y Dr. Jorge García-Macedo (IF-UNAM), Dr. Miguel Ángel Ríos-Enríquez(UV-Coatza), Dr. Antonio Esteban Jiménez (CIE-UNAM), Dr. Rodolfo Zanella (CCADET-UNAM)
48
AGRADECIMIENTOS S.L. Orozco-Cerros agradece el apoyo del Programa de
Becas Posdoctorales de la UNAM
CONACYT al programa PUNTA
PAIP (Programa de Apoyo a la Investigación y elPosgrado) de la Facultad de Química de la UNAM
Estudiantes de licenciatura y maestría por su valiosacolaboración en las diferentes etapas de lainvestigación 49
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
Photoelectrochemical Properties of ZnO PorousElectrodes Modified with Non-stoichiometric
Ag-In-S Semiconductor Nanoparticles
by
Victor M. Menéndez Flores
Conference of the 80th Anniversary Foundation of theElectrochemical Society of Japan
29 March 2013
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
• Introduction
• Objective
• Synthesis of AgInS2 NP’s
• Synthesis of ZnO rod and particle layers on FTOglass as substrate
• Sensitized solar cells prepared with ZnO porouselectrodes modified with AgInS2 particles
• Posible mechanism of reaction
• Conclusion
Outline
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Introduction
1.8 eV3.6 eV
CB
VB
ZnSAgInS2
(AgIn)xZn2(1-x)S
A. Kudo, et al., J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 13406.
・Tunable Eg by changing the composition
・Bulk particles with size of ca.10 μm
・High photocatalytic activity for H2 generation
・PL only at very low temperatures (liquid N2)
Bulk ZnS-AgInS2 solid solution (ZAIS)
・CuInS2, AgInS2
→ No content of highlytoxic elements
I-III-VI2 chalcopyrite semiconductors・Direct transition
→ Large absorption coefficient・ Formation of solid solutions with
II-VI semiconductors, such as ZnS→ Tunable energy structure
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
Objective
Optimization of a solar cell sandwich-type based on FTO-ZnO substratewith immobilized AgInS2 NP’s and iodide/triiodide redox couple aselectrolyte.
ZnO
AgInS2
AgInS2-
AgInS2NP’s
ZnOcontact
ZnO
FTO glass
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
Diverse synthesis
Synthesis of precursors
Synthesis of AgInS2 NP‘s
Electrodes & Electrolytes
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Synthesis of AgInS2 NP‘s
chloroformCentrifugation
AgxIn(1-x)(S2CNEt2)(3-2x)
x Ag+ + (1-x) In3+ + (3-2x) Et2NCS2- AgxIn(1-x)(S2CNEt2)(3-2x)
(NAg/Nmetal= x = 0.1～ 0.7)
N2 atmosphere
Heated at 180 ºC, 30 min
Precipitatesremoved
Purification
180 ºC, 3 minOctylamine
Supernatant
S M S
NH2
CH3 (CH2)7
Dissolvedin chloroform
octylamine (OCA): CH3 (CH2)7NH2
Precursor
AgInS2 NPs(OCA-AIS)
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AgInS2 composition comparison
Photoelectrochemical propertiesof non-stoichiometric AgInS2
nanoparticles
0 content of Ag (molar ratio) 1
1 content of In (molar ratio) 0
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
Optical properties of AgInS2 NPs
400 600 8000.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
X=0.7
X=0.5
Abs
/ a.
u.
Wavelenght / nm
X=0.4
X=0.3
X=0.2
UV-vis spectra of the fresh prepared AgInS2 NP’s
Under visiblelight
X=0.0 X=0.1 X=0.2 X=0.3 X=0.4 X=0.5 X=0.7 X=0.9
Under UVlight
Composition-dependentoptical properties of
AgInS2 NPs
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TEM study of AgInS2 NP’s
The TEM comparison of the different AgInS2 particles shows an expectedincrement of the particle size as results of the Ag increment quantity.
Ag-In-S (X= 0.1) Ag-In-S (X= 0.3) Ag-In-S (X= 0.9)
particle size 3 nm particle size 5 nm particle size 8 nm
low Ag content high
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XRD patterns of prepared AgInS2
Inte
nsity
/ a.
u.
0.1
0.3
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
Tetragonal AgInS2
Cubic AgIn5S
8
20 25 30 35 40 45 50 55 60
Orthorhombic AgInS2
2 / degree
XRD patterns of the different AgInS2 particles.ref. M. Dai et al., J. Mater. Chem., 2012, 22, 12851–12858
NAg/Nmetal
small
large
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
ExpectedExperimental
NAg
/NM
etal
in p
artic
les
X value in preparation
Stoichimetric AgInS2
Ag content of OCA-AgInS2 was lowerthan that of theoretical value.
The adsorption strength of OCAseemed to have influence on the particlesnucleation and growth process, resultingin the different size and composition.
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Band Gap positions
Determination of non-stoichiometricAgInS2 NP’s
Band Gap positions
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Band Gap positions
Photoelectrochemical characterization of immobilized AgInS2 NP’s on aFTO substrate with a three electrode cell configuration.
Band engineering of solid solutions
Electrolite
LiClO4+ Acetonitrile
+ Triethanolamine
Working electrode
Ag/AgClReference electrode Pt
Counter electrodeAgInS2FTO
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Band Gap positions
-1.5 -1.0 -0.5 0.0-0.2
-0.1
0.0
0.1
Light off-1.43 VCur
rent
[mA/
cm2 ]
Potential [V]
Light on
-1.5 -1.0 -0.5 0.0-0.2
-0.1
0.0
0.1
Light off
Cur
rent
[mA/
cm2 ]
Potential [V]
-1.42V
Light on
Photoelectrochemical flatband potential considered as conduction band ofimmobilized AgInS2 NP’s on a FTO substrate.
-1.5 -1.0 -0.5 0.0
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
Light off
-1.46 V
Cur
rent
[mA/
cm2 ]
Potential [V]
Light on
X= 0.5X= 0.3 X= 0.4
Band engineering of solid solutions
Efficient exciton generation
Tunable optical propertiesand band structure
AgInS2FTO
e-
h+Red
Ox
AgInS2
FTO
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Band Gap positions
Band engineering of solid solutions
It is possible to sensitize ZnO electrodes bythe photoexcited AgInS2 particles.
0.2 0.3 0.4 0.52
1
0
-1
-2
Ene
rgy
Pot
entia
l [eV
]
X AIS NPs
Conduction BandValence Band
BG =2.13
BG =2.10 BG =1.9
BG =2.2ZnOCB
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Sandwich Electrode Type
Sandwich cell electrode performance byusing AgInS2 NP’s
on ZnO rods or layers
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SEM images of ZnO Rod Electrode
The rods-FTO substrate was treated within 3 cycles to increasethe length of the rods.
A typical top (left) and cross-sectional (right) SEM images ofZnO-rod FTO electrode.
Zn(NO3)2, Hexamethylenetetramine aq.
ZnAc2 methanol Solution90˚C
6h×3 times
ZnO nanorodelectrodeAnnealing
Spin coating
(Y.-J. Lee et al., J. Cryst. Growth., 2007, 304, 80.)
ZnO seed crystalthin film
ZnO nanorod electrode(ZnO width:180 nm, length:3.7 m)
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SEM images of ZnO NP Electrode
ZnO Nanotek® NPs (20 nm particle size)
Annealing10 min at 100˚C
dr blade coatingZnO
thin film
FTOAnnealing
30 min at 450˚CAll the process was repeated to obtain the number of ZnO layers or desired thickness.
a)
2.5 μm5 μm
b)
10 μm
c)
15 μm
d)40 μm
Comparison of different ZnO layer thicknessa) 1layer; 2 layers, b) 4 layers, c) 6 layers and d)8 layers.
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Immobilized AgInS2 NPs on ZnO
Immersed for24 h
AgInS2/ nanoparticlesolution
AgInS2 / ZnO nanorods
AgInS2 / ZnO layers
Substrates werewashed in methanol
and annealed for30 min at 180˚C
under N2 or vacuum
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AgInS2 composition comparison
Counter electrode FTOglass sputtered with
platinum
ZnO substrate with diverseimmobilized AgInS2 NP’s on
FTO glass as workingelectrodes.
Sandwich electrode cell configurationmade of ZnO substrate with diverseimmobilized AgInS2 NP’s as working
electrodes.
X = 0.2 X = 0.3 X = 0.4 X = 0.5
AgInS2
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Rods + AgInS2 composition comparison
300 400 500 600 700 800 9000
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0.7
0.40.5
0.3
0.2IP
CE%
Wavelength [nm]
0.1
400 500 600 700 800 900
40
50
60
70
80
90
100
100
-r [%
]
Wavelenght [nm]
0.10.20.30.40.50.7
Reflectance of workingelectrodes prepared with
AgInS2 NP’s on ZnOrods and FTO glass.
IPCE curves of ZnO rodssubstrate with diverse
immobilized AgInS2 NP’s asworking electrodes.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50
10
20
30
40
50
IPC
E %
at 4
25 n
m(m
ax p
eak)
NAg/NMetal in precursor
IPCE % of NP’s at425 nm(max peak)on ZnO rods
X = 0.2 X = 0.3 X = 0.4 X = 0.5 X = 0.7
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
Rods + AgInS2 composition comparison
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-2-10123456789
10X=0.4
T=180°C vacuum
T=180°C under N2
0.9
0.1
0.7
0.0
0.2
0.30.5
X=0.4
Cur
rent
/ m
A c
m2
Voltage / V
1.61%
1.0%
This Ag molar content comparisonshows the X = 0.4 composition as
the compound with the highestphotoelectrochemical properties.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
Under nitrogenUnder vacuum
Pho
tocu
rren
t effi
cien
cy [%
]
NAg/NMetal in precursor
Nitrogen atmosphere enhancedthe photocurrent efficiency up to
1.61%.
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
ZnO layers
Diverse ZnO layers asworking electrode
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
ZnO NP electrode with AgInS2 X = 0.4
5 10 15 20 25 30 35 400
10
20
30
40
50
60
70
80
IPC
E %
at 4
25 n
m(m
ax p
eak)
ZnO Thickness [m]
IPCE values of JSc thesandwich-type electrodeswith different ZnO layers.
400 500 600 700
0
20
40
60
80
100
IPC
E [%
]
Wavelenght [nm]
2 Layers4 Layers6 Layers8 Layers
mmmm
IPCE % of NP’sat 425 nm(max peak)on ZnO layers.
Comparison of UV-visspectra of the different ZnOlayers with immobilizedX = 0.4 AgInS2 composition.
The UV-vis results show an increased absorbance of the layers whileincreasing the thickness of the films.
400 500 600 70020
30
40
50
60
70
80
90
100
100
-r [%
]
Wavelenght [nm]
LAYER1LAYER2LAYER4LAYER6LAYER8RODS 3 CYCLES
mmmmmrods
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
Photocurrent efficiency of AgInS2 X = 0.4
Different ZnO layers thickness withimmobilized X = 0.4
AgInS2 particles.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
5 m ZnO NP's
10 m ZnO NP's
15 m ZnO NP's
40 m ZnO NP's
2.5 m ZnO NP's
Cur
rent
/ m
A cm
2
Voltage / V
1.63%
1.57%
1.12%
1.02%
1.87%
0 5 10 15 20 25 30 35 400.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4
Effi
cien
cy [%
]
ZnO Thickness [m]
ZnO Rods Efficiency
Photocurrent efficiencyof diverse ZnO thickness.
The conversion efficiencies are similar between ZnO rods and particles.
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
Conclusion
•The AgInS2 NP’s show a wide rage of visible light absorption from the UV-visspectra analyses.
•The rods structure was used to identify the most adequate AgInS2composition of X = 0.4 to optimize the obtained results.
•The doctor blade ZnO layers efficiency was enhanced by a heat treatmentunder nitrogen atmosphere.
•Through the open circuit voltage of ca. 0.5 eV was obtained regardless to thekind of AgInS2 particles of NAg/NMetal = 0.4 the highest efficiency of 1.87%.
Nagoya UniversityDepartment of Crystalline Materials Science [email protected]
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Empleo de procesos FentonEmpleo de procesos Fentoncomo pretratamiento de aguascomo pretratamiento de aguas
residuales industrialesresiduales industrialesMIGUELMIGUEL ÁÁNGEL RNGEL RÍÍOS ENROS ENRÍÍQUEZ,QUEZ,
DAVID OSORIO GONZDAVID OSORIO GONZÁÁLEZ,LEZ,MA. DEL CARMEN CUEVAS DMA. DEL CARMEN CUEVAS DÍÍAZAZ
FACULTAD DE CIENCIAS QUFACULTAD DE CIENCIAS QUÍÍMICASMICASUNIVERSIDAD VERACRUZANAUNIVERSIDAD VERACRUZANACAMPUS COATZACOALCOSCAMPUS COATZACOALCOS
Sur de Veracruz zona industrialSur de Veracruz zona industrial
En la región (Coatzacoalcos, Cosoleacaque,Minatitlán) se ubica alrededor del 85% de la industriapetroquímica nacional.Coatzacoalcos, en especial, tiene una gran actividadindustrial debido a que en este municipio seencuentras tres complejos petroquímicos:
•Cangrejera•Morelos•Pajaritos
Normatividad
NOM-001-ECOL-1996 // NOM-001-SEMARNAT-1996 06/ENE/97Límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas
de aguas residuales en aguas y bienes nacionales.(Aclaración D.O.F. 30-abril-1997).
NOM-002-ECOL-1996 // NOM-002-SEMARNAT-1996 03/JUN/98Límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas
de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano omunicipal.
NOM-003-ECOL-1997 // NOM-003-SEMARNAT-1997 21/SEP/98Límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas
residuales tratadas que se reúsen en servicios al público.
Reactivo de FentonReactivo de Fenton
El reactivo de Fenton es una mezcla de una sal dehierro(II) y peróxido de hidrógeno.
Fe2+ + H2O2 ——→ Fe3+ + HO• + HO-
Fe2+ + HO• ——→ Fe3+ + HO-
2 HO• ——→ H2O2
En la variante fotoquímica de la reacción deFenton:
Fe3+ (OH-) ——→ Fe2+ + HO• + HO-
Fe3+ (L) ——→ Fe2+ + L*
H2O2 ——→ 2 HO•
h
h
h
Caso 1Caso 1
ObjetivoObjetivoReducir la carga orgánica (DQO) medianteoxidación avanzada “Reacción de Fenton” ala salida de la planta de tratamiento de aguasresiduales por aireación extendida.
Variación de la concentración de la corriente de salida de laplanta de tratamiento en función del tiempo de reacción, C0 = 1600mgDQO/L.
500mL de agua residual
FeSO4 = 0.5g [Fe(II)]= 3.5mmol/L
[H2O2 ]= 0.1mL (50% peso) [H2O2]=3.5mmol/L
t (min) % dedisminuciónde la DQO
0 030 5460 6690 68
120 69150 70180 72
Determinación de la cinéticade reacción
= 0.0013
k = 1.799
Variación de la concentración de la corriente de entrada de laplanta de tratamiento en función del tiempo de reacción, C0 =10360 mgDQO/L.
500mL de agua residual
FeSO4 = 4.8 g [Fe(II)]= 35 mmol/L
[H2O2 ]= 2.0 mL (50% peso) [H2O2]=70 mmol/L
57% deremoción deDQO en180min dereacción
ParParáámetrometro AntesAntes DespuDespuééss
Temperatura (°C) 30 30
pH 3.0 3.0
DQO0 (mg/L) 1600 10360
DQO180 (mg/L) 450 4430
Disminución de la DQO 1150 5930
% de remoción de DQO 72 57
Caso 2Caso 2
Aplicación de un Proceso de Oxidación Avanzada(Fenton) como pre tratamiento para reducir la cargaorgánica al agua residual que entra directo al reactorbiológico.
Diseño experimentalPunto X1 X2
0 0 01 -0.500 -0.8662 -1.000 0.0003 -0.500 0.8664 0.500 0.8665 1.000 0.0006 0.500 -0.866
y = b0+b1⋅x1+b2⋅x2+b11⋅x12+b22⋅x2
2+b12⋅x1⋅x2
X1 X2 H202 [Fe2+] DQOmg/L
lodos
(mL) (mg) inicio Final %
1 0 0 4 0.32 18225 11112.5 39% NO
2 -0.5 -0.866 3 0.24 18500 9850 47% NO
3 -1 0 2 0.32 18325 8800 52% SI
4 -0.5 0.866 3 0.4 18200 9675 47% SI
5 0.5 0.866 5 0.4 19500 8575 56% NO
6 1 0 6 0.32 19450 12450 36% NO
7 0.5 -0.866 5 0.24 18800 12500 34% NO
Volumen de agua tratada: 200mlTiempo de irradiación 30 min
ConclusionesConclusiones
Se verifico la factibilidad técnica del uso delos procesos tipo Fenton para dos efluentesindustriales.
Se planea hacer un estudio para encontrarcondiciones que permitan el tren procesoFenton-biológico que permita cumplir conla normatividad vigente.
http://www.sociedadpolimerica.mx/