Use of Electrooxidation as a Polishing Step for the Residual Water Obtained in a Solar Wastewater Treatment

Authors

  • Eva Carina Tarango-Brito Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM
  • Anabel Ramos-García Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM
  • Liliana Ivette Ávila-Córdoba Universidad Autónoma del Estado de México
  • Carlos Barrera-Díaz Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM

DOI:

https://doi.org/10.29356/jmcs.v67i4.1976

Keywords:

Carmine red, degradation of dyes, solar distillation, electrooxidation

Abstract

Abstract. Dyes are widely used in many industrial operations for a variety of products; however, when wastewater is discharged without a treatment in rivers and lakes, severe environmental impacts are observed. In this work, the results of a solar wastewater treatment are presented. The solar treatment consists in parabolic heater coupled with a solar distiller which contains a ZnO plate that works as photocatalyst. Distilled water presents good characteristics; nevertheless, a residue that contains dye and intermediate products is also obtained. An electrooxidation treatment using boron-doped diamond electrodes (BDD), is applied at the residue as a polishing step. It was observed that wastewater quality improves when using an aqueous solution of pH 2.7 and a current density of 22.2 mA cm-2. Physicochemical test such as COD, and UV-Vis were used to evaluate the wastewater quality. It was found that 40 minutes are required to attain the improvement. This technology is environmental friendly since low energy is required (5 kW h L-1).

 

Resumen. Los colorantes son ampliamente utilizados en la industria para una gran variedad de productos; cuando se descargan aguas residuales con dichos compuestos en ríos o lagos, ocasionan severas afectaciones al medio ambiente. Este trabajo presenta los resultados obtenidos al someter agua sintética a un proceso consistente en un calentador acoplado a un destilador solar que contiene un fotocatalizador. En dicho procedimiento se obtiene agua destilada de buena calidad, sin embargo, también se genera un agua residual concentrada con presencia de colorante y productos intermediarios. A manera de pulimento se aplica la electrooxidación empleando electrodos de diamante dopados con boro. Con las mejores condiciones: pH 2.7 y densidad de corriente de 22.2 mA cm-2, se encuentra que el agua residual presenta una notable mejoría en características fisicoquímicas de DQO y espectroscopia UV-Vis. Se encontró que es necesario un periodo de tiempo de 40 minutos para mejorar las características del agua concentrada, lo cual hace que este proceso sea ambientalmente amigable, ya que requiere la aplicación de poca energía (5kW h L-1).

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Author Biography

Liliana Ivette Ávila-Córdoba, Universidad Autónoma del Estado de México

Facultad de Ingeniería

References

Zaruma, A.; Proal, P.; Nájera, J.; Chaires, I.; Salas, H. Rev. Fac. Cienc. Quím. 2018, 19, 38-47. DOI: https://publicaciones.ucuenca.edu.ec/ojs/index.php/quimica/article/view/2216/1506.

Yonny, F.; Fasoli, H.; Giai, M.; Álvarez, H. Hig. Sanid. Ambient. 2008, 8, 331-334. DOI: https://www.researchgate.net/publication/273425011.

Salazar Gámez, L., Marti Crespi, R., Salazar, R. Ingeniería y desarrollo. 2009, 26, 83-99. DOI: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=85212233007.

Nava, J. L.; Quiroz, M. A.; Martínez-Huitle, C. A. J. Mex. Chem. Soc. 2008, 52, 249-255 DOI: https://doi.org/10.29356/jmcs.v52i4.1076.

García-Montoya, M. F.; Gutiérrez-Granados, S.; Alatorre-Ordaz S.; Galindo, R.; Ornelas, R.; Peralta-Hernández, J. M. J. Ind. Eng. Chem. 2015. 31, 238-243. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.06.030.

Kumar, V.; Singh, V.; Shah, M. P., in: Advanced Oxidation Processes for Effluent Treatment Plants. 2020, Ed. Elsevier, 1–31. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821011-6.00001-3.

Yoshida, J.; Hayashi, R.; Shimizu, A., in: Green Oxidation in Organic Synthesis. Ed. Wiley Online Library, 2019, 409-437. DOI: https://doi.org/10.1002/9781119304197.ch15.

Garcia-Segura, S.; Ocon, J. D.; Chong, M. N. Process Saf. Environ. Prot. 2018, 113, 48-67. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2017.09.014.

Kothari, M.S.; Aly Hassan, A.; Shah, K. A. Water. 2021, 13, 1-13. DOI: https://doi.org/10.3390/w13141925.

Cornejo, O. M.; Murrieta, M. E.; Castañeda, L. F.; Nava, J. L. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2021, 25, 100935. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cossms.2021.100935.

Einaga, Y. Acc. Chem. Res. 2022, 55, 24, 3605–3615 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.accounts.2c00597.

Kapalka, A.; Foti, G.; Comninellis, C. Electrochim. Acta. 2009 54, 2018-2023. DOI: https://10.1016/j.electacta.2008.06.045.

Counihan, M. J.; Setwipatanachai, W; Rodríguez-López J. ChemElectroChem. 2019, 6, 3507-3515 DOI: https://doi.org/10.1002/celc.201900659.

Abidi, J.; Samet, Y.; Panizza, M.; Martinez-Huitle C.A.; Carpanese M.P.; Clematis D. ChemElectroChem. 2019, 7, 314-319 DOI: https://doi.org/10.1002/celc.201901909.

Bravo-Yumi, N. P.; Espinoza-Montero, P.; Brillas, E.; Peralta-Hernández, J. M. J. Mex. Chem. Soc. 2018, 62, 295-304 DOI: https://doi.org/10.29356/jmcs.v62i2.367.

Durkaieswaran, P.; Kalidasa Murugavel, K. Renew. Sustain. Energ. Rev. 2015, 49, 1048–1060. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.111.

Manikandan, V.; Shanmugasundaram, K.; Shanmugan, S.; Janarthanan, B.; Chandrasekaran, J. Renew. Sustain. Energ. Rev. 2013, 20, 322– 335. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.11.046.

Kumar, A., Sharma, M., Thakur, P., Kumar-Thakur, V., Rahatekar, S. S., Solar Energy. 2020. 197, 411–432. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.01.025.

Tarango, C.; Barrera, C.; Ávila, L.; Balderas, P.; Solís, D. Env. Chall. 2023, 11, 1-10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envc.2023.100691. 11.

Ballesteros, M.; Roa, G.; Vilchis, A. R.; Castrejón, V. H.; Vigueras, E.; Balderas, P.; Barrera, C.; Camacho, S.; Camacho, M. Mater. Chem. Phys. 2022, 427, 1-7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131762.

Rego, E.; Marto, J.; Sao P.; Labrincha J. Appl. Catal. 2009, 355, 109-114. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.12.005.

Ramírez, I. O., Acondicionamiento térmico doméstico mediante concentración solar por direccionamiento automático este-oeste. Tesis profesional, Universidad Autónoma del Estado de México, 2020.

Tarango, C., Estudio de la fotodegradación de rojo carmín a alta temperature mediante un Sistema de calentamiento-destilación solar. Tesis profesional, Universidad Autónoma del Estado de México, 2022.

Barrera, H.; Roa, G.; Balderas, P.; Barrera, C.; Frontana, B. ChemElectroChem. 2019, 6, 2264–2272. DOI: https://doi.org/10.1002/celc.201900174.

Thiam A.; Sirés I.; Garrido, J.; Rodríguez, M.; Brillas E. J. Hazard. Mater. 2015, 290, 34-42. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.02.050.

Titchou F. E.; Zazou H.; Afanga H.; El Gaayda J.; Akbour R. A.; Lesage G.; Rivallin M.; Cretin M.; Hamdani M. Sep. Sci. Technol. 2022, 57, 1501-1520. DOI: 10.1080/01496395.2021.1982978.

García-Montoya M. F.; Gutiérrez-Granados S.; Alatorre-Ordaz A.; Galindo, R.; Ornelas R.; Peralta-Hernández J. M. J. Ind. Eng. Chem. 2015, 31, 238-243, https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.06.030.

NMX-AA-008-SCFI-2016 “Análisis de agua. - medición del pH en aguas naturales, residuales y residuales tratadas. - método de prueba”. Diario Oficial de la Federación, México, Retrieved from: https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/166767/NMX-AA-008-SCFI-2016.pdf, accessed in January 2023.

NMX-AA-093-SCFI-2000 “Determinación de la conductividad electrolítica - método de prueba”. Diario Oficial de la Federación, México, Retrieved from: https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/166800/NMX-AA-093-SCFI-2000.pdf, accessed in January 2023.

NMX-AA-030/2-SCFI-2011 “Determinación de la demanda química de oxígeno en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba - parte 2 - determinación del índice de la demanda química de oxígeno – método de tubo sellado a pequeña escala”. Diario Oficial de la Federación, México. Retrieved from: https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/166775/NMX-AA-030-2-SCFI-2011.pdf, accessed in January 2023.

NMX-AA-038-SCFI-2001 “Análisis de agua – determinación de turbiedad en aguas naturales, residuales y residuales tratadas – método de prueba “. Diario Oficial de la Federación, México. Retrieved from: https://biblioteca.semarnat.gob.mx/janium/Documentos/Ciga/agenda/DOFsr/NMX-AA-038-SCFI-2001.pdf, accessed in January 2023.

Rubinson, K. A.; Rubinson, J. F., in: Instrumental Analysis. Ed. Practice Hall, 2001

Dhawle, R.; Frontistis, Z.; Mantzavinos, D. Novel Electrochemica Technologies for Energy Applications an Wastewater Treatment. 2022, 10, 2391. DOI: https://doi.org/10.3390/pr10112391.

Tang Y.; He, D.; Guo, Y.; Qu, W.; Shang, J.; Zhou, L.; Pan, R.; Dong, W. Chemosphere. 2020, 258, 127368. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127368.

Thiam, A.; Sirés, I.; Garrido J.A.; Rodríguez R. M.; Brillas E. J. Hazard. Mater. 2015, 290, 34-42. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.02.050.

dos Santos, A. J.; Martínez-Huitle, C.A.; Sirés, I.; Brillas, E. ChemElectroChem. 2018, 5, 685 – 693 DOI: https://doi.org/10.1002/celc.201701238.

GilPavas, E.; Dobrosz-Gómez; I.; Gómez-García M. A. Inf. Tecnol. 2014, 25, 163-174. DOI: 10.4067/S0718-07642014000400018

Liu Z.; Li H.; Li M.; Li C., Qian L.; Su L.; Yang B. Electrochim. Acta. 2018, 290, 109-117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.09.058.

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Published

2023-09-19

Issue

Section

Special Issue. Tribute to the electrochemical emeritus researchers of SNI