Simulation of breakthrough curves of selenium absorbed in two biomass filters using a dispersion and sorption model. Use for a hypothetical case
C. E. Alvarado-Rodrígueza,b, E. Rodríguez-Martínezb, J. Klapp-Escribanoa,c, R. Duarte-Pérezª, M. Teresa-Olguínª, A. F. Aguilera-Alvaradob, I. Cano-Aguilerab, and Z. González-Acevedoª
ª Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Carretera México-Toluca S/N, La Marquesa, Ocoyoacac, 52750, Estado de México, México.
b Universidad de Guanajuato, División de Ciencias Naturales y Exactas, Campus Guanajuato, Noria Alta S/N, Guanajuato, Gto.
c Departamento de Matemáticas, Cinvestav del I.P.N., México, D.F., 07360, México.
]]>Received 26 October 2012;
Accepted 5 December 2012
Abstract
A fixed bed study was carried out using the non-living biomasses Eichhornia crassipes and Lemna minor as a biosorbent for the removal of selenium from an aqueous solution. A 3D model, capable to represent the real system, was configured using the Navier Stokes, Brinkman and mass transport equations. Experimental and numerical results were compared to validate the model. Correlation factors up to R2=0.95 were obtained in the validation model. Using the model, different systems were simulated obtaining relations between feed concentration and sorption capacity which increases when the inlet selenium concentration increases. A serial system of columns was configured with a flow rate of 2500 L/day and an inlet selenium concentration of 100 ppm capable of keeping an outlet concentration below 10 ppb during 27 days.
Keywords: Selenium; sorption capacity; inactive biomasses; breakthrough curves; modeling; simulation.
Resumen
Un estudio de lecho fijo fue realizado utilizando biomasas no vivas de Eichhornia crassipes y Lemna minor como biosorbentes para remover selenio de soluciones acuosas. Un modelo 3D capaz de representar el sistema real fue configurado utilizando las ecuaciones de Navier Stokes, Brinkman y de transporte de masa. Resultados experimentales y numéricos fueron comparados para validar el modelo. Factores de correlación superiores a R2=0.95 fueron obtenidos en la validación del modelo. Utilizando el modelo, diferentes sistemas fueron simulados obteniendo relaciones entre la concentración inicial y la capacidad de sorción, los cuales aumentan cuando la concentración de selenio alimentada aumenta. Un sistema serial de columnas fue configurado con un flujo de 2500 L/día, con una concentración inicial de selenio de 100 ppm, y capaz de mantener una concentración de salida debajo de 10 ppb durante 27 días.
]]> Descriptores: Selenio; capacidad de sorción; biomasa no activa; curvas de rompimiento; modelado; simulación.
PACS: 91.62.Ty; 68.43.-h; 02.60.-x; 47.ll.Fg
DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF
Acknowledgements
This work has been partially supported by ABACUS, CONACyT grant EDOMEX-2011-C01-165873.
References
]]>1. A.D. Lemly, Ecotoxicol. Environ. Saf. 59 (2004) 44-56. [ Links ]
2. A.D. Lemly, Ecotoxicol. Environ. Saf. 5 (1985) 465-486. [ Links ]
3. D. Peak, U.K. Saha, P.M. Huang, SoilSci. Soc. Am. J. 70 (2006) 192-203. [ Links ]
4. N. Zhang, L.S. Lin, and D.C. Gang, Water Res. 42 (2008) 38093816. [ Links ]
5. OMS (Organizacion Mundial de la Salud), Guidelines for drinking water quality. Second edition. Volume. (Recommendations. WHO. Geneva 2003). [ Links ]
]]>6. D.G. Barceloux, Selenium, J. Toxicol. Clin. Toxicol. 37 (1999) 145-172. [ Links ]
7. G. Nützman, S. Maciejewski, and K. Joswig, Adv. Water Re-sour. 25 (2002) 565-576. [ Links ]
8. P. Gaganis, E.D. Skouras, M.A. Theodoropoulou, C.D. Tsakiroglou, and V.N. Burganos, J. Hydrol. 307 (2005) 79-91. [ Links ]
9. M.E. Argun and S. Dursun, Bioresour. Technol. (99) (2008) 2516-2527. [ Links ]
10. K. Vijayaraghavan and D. Prabu, J. Hazard. Mater. B 137 (2006) 558-564. [ Links ]
]]>11. D.P. Mungasavalli, T. Viraraghavan, and Y.C. Jin, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects 301 (2007) 214-223. [ Links ]
12. B. Preetha and T. Viruthagiri, Sep. Purif. Technol. 57 (2007) 126-133. [ Links ]
13. K. Naddafia et al., J. Hazard. Mater. 147 (2007) 785-791. [ Links ]
14. Z. Aksu and F. Gönen, Process Biochem. (39) (2004) 599-613. [ Links ]
15. C. Brunori, M.B. de la Calle-Guntin, R. Morabito, Fresenius J.Anal. Chem. 360 (1998) 26-30. [ Links ]
]]>16. O.L. Sisca, F. Novie, E.S. Felycia, S. Jaka, I. Suryadi, Biochem.Eng. J. 44 (2009) 19-41. [ Links ]
17. J.L. Vázquez, La ecuación de Navier Stokes, un reto físico matemático para el siglo XXI, Monogr. R. Acad. Cienc. Zaragoza. 26 (2004) 31-56. [ Links ]
18. R.B. Bird, W.E. Stewart, and E.N. Lightfoot, Fenómenos de transporte Ed, Reverte, (Barcelona, 2003). pp. 4-29. [ Links ]
19. J. Walter, Jr. Wener, M. Paul, Mcginley, and E.K. Lynn, Wat. Res. 25 (1990) 499-528. [ Links ]
20. M. J. Marín, Remoción de Arsénico en solución empleando biomasas no vivas de malezas acuáticas. Master's thesis. (Autonomous University of Mexico State 2010). [ Links ]
]]>21. WHO, Selenium in drinking-water. Background document for preparation of WHO Guidelines for Drinking Water Quality. Geneva (Switzerland), WHO (WHO/SDE/WSH/03.04/13) 2003. [ Links ]
22. S.H. Hasan, D. Ranjan, and M. Talat, J. Hazard. Mater. 181 (2010)1134-1142 [ Links ]
23. K.S. Hul, C.Y.H. Chao, and S.C. Kot, J Hazard Mater B 127 (2005) 89. [ Links ]
]]>