Single and combined effects of phosphate, silicate, and natural organic matter on arsenic removal from soft and hard groundwater using ferric chloride

Abstract

In order to assess the effects of phosphate, silicate and natural organic matter (NOM) on arsenic removal by ferric chloride, batch coprecipitation experiments were conducted over a wide pH range using synthetic hard and soft groundwaters, similar to those found in northern Vietnam. The efficiency of arsenic removal from synthetic groundwater by coprecipitation with FeCl₃ was remarkably decreased by the effects of PO₄ ³⁻, SiO₄ ⁴⁻ and NOM. The negative effects of SiO₄ ⁴⁻ and NOM on arsenic removal were not as strong as that of PO₄ ³⁻. Combining PO₄ ³⁻ and SiO₄ ⁴⁻ increased the negative effects on both arsenite (As³⁺) and arsenate (As⁵⁺) removal. The introduction of NOM into the synthetic groundwater containing both PO₄ ³⁻ and SiO₄ ⁴⁻ markedly magnified the negative effects on arsenic removal. In contrast, both Ca²⁺ and Mg²⁺ substantially increased the removal of As³⁺ at pH 8–12 and the removal of As⁵⁺ over the entire pH range. In the presence of Ca²⁺ and Mg²⁺, the interaction of NOM with Fe was either removed or the arsenic binding to Fe−NOM colloidal associations and/or dissolved complexes were flocculated. Removal of arsenic using coprecipitation by FeCl₃ could not sufficiently reduce arsenic contents in the groundwater (350 μg/L) to meet the WHO guideline for drinking water (10 μg/L), especially when the arsenic-rich groundwater also contains co-occurring solutes such as PO₄ ³⁻, SiO₄ ⁴⁻ and NOM; therefore, other remediation processes, such as membrane technology, should be introduced or additionally applied after this coprecipitation process, to ensure the safety of drinking water.

Résumé

Afin d’évaluer les effets du phosphate, du silicate et de la matière organique naturelle (MON) sur l’élimination de l’arsenic par le chlorure ferrique, des expériences de co-précipitation en batch ont été menées sur une large gamme de pH en utilisant des eaux souterraines synthétiques dures et douces, similaires à celles trouvées dans le nord du Vietnam. L’efficacité de l’élimination de l’arsenic des eaux souterraines synthétiques par co-précipitation avec FeCl₃ a été remarquablement diminuée par les effets de PO₄ ³⁻, SiO₄ ⁴⁻ et MON. Les effets négatifs de SiO₄ ⁴⁻ et MON sur l’élimination de l’arsenic n’étaient pas aussi forts que ceux du PO₄ ³⁻. La combinaison de PO₄ ³⁻ et SiO₄ ⁴⁻ a augmenté les effets négatifs sur l’élimination de l’arsénite (As³⁺) et de l’arséniate (As⁵⁺). L’introduction de MON dans les eaux souterraines synthétiques contenant à la fois PO₄ ³⁻ et SiO₄ ⁴⁻ a amplifié de façon marquée les effets négatifs sur l’élimination de l’arsenic. En revanche, Ca²⁺ et Mg²⁺ ont augmenté sensiblement l’élimination de As³⁺ à des pH compris entre 8 et 12 et l’élimination de As⁵⁺ sur toute la gamme de pH. En présence de Ca²⁺ et Mg²⁺, l’interaction de MON avec le Fe a été soit éliminée, soit la liaison de l’arsenic avec des associations colloïdales Fe-MON et/ou des complexes dissous ont floculés. L’élimination de l’arsenic en utilisant par la co-précipitation par FeCl₃ n’a pas permis de réduire de manière suffisante les teneurs en arsenic dans les eaux souterraines (350 μg/L) pour répondre aux recommandations de l’OMS pour l’eau potable (10 μg/L), surtout lorsque l’eau souterraine riche en arsenic contient également des solutés tels que PO₄ ³⁻, SiO₄ ⁴⁻ et MON. Par conséquent, d’autres processus de remédiation, tels que la technologie des membranes, doit être introduite ou ajouté après ce processus de co-précipitation, afin d’assurer la sécurité de l’eau potable.

Resumen

Para evaluar los efectos del fosfato, del silicato y de la materia orgánica natural (NOM) sobre la eliminación de arsénico por cloruro férrico, se realizaron experimentos de co-precipitación en batch en un amplio rango de pH utilizando aguas subterráneas sintéticas duras y blandas, similares a las encontradas en el norte de Vietnam. La eficacia de la eliminación del arsénico del agua subterránea sintética por co-precipitación con FeCl₃ se redujo notablemente por los efectos de PO₄ ³⁻, SiO₄ ⁴⁻ y NOM. Los efectos negativos de SiO₄ ⁴ y NOM sobre la eliminación de arsénico no fueron tan fuertes como la de PO₄ ³⁻. La combinación de PO₄ ³⁻ y SiO₄ ⁴ aumentó los efectos negativos sobre la remoción de arsenito (As³⁺) y arsenato (As⁵⁺). La introducción de NOM en el agua subterránea sintética que contenía PO₄ ³⁻ y SiO₄ ⁴⁻ amplió notablemente los efectos negativos sobre la eliminación de arsénico. En contraste, tanto el Ca²⁺ como Mg²⁺ aumentaron sustancialmente la eliminación de As³⁺ a pH 8–12 y la eliminación de As⁵⁺ sobre todo el rango de pH. En presencia de Ca²⁺ y Mg²⁺, se eliminó la interacción de NOM con Fe o se floculó la unión de arsénico a asociaciones coloidales Fe−NOM y/o complejos disueltos. La eliminación del arsénico mediante la co-precipitación con FeCl₃ no pudo reducir suficientemente el contenido de arsénico en las aguas subterráneas (350 μg/L) para cumplir con la directiva de la OMS para el agua potable (10 μg/L), especialmente cuando el agua subterránea rica en arsénico también contiene solutos coexistentes, tales como PO₄ ³⁻, SiO₄ ⁴⁻ y NOM. Por lo tanto, otros procesos de remediación, como la tecnología de membranas, deben ser introducidos o aplicados adicionalmente después de este proceso de co-precipitación, para garantizar la seguridad del agua potable.

摘要

为了评价磷酸盐、硅酸盐 及天然有机物对利用氯化铁除砷的效应,利用类似于在越南北部发现的合成的硬地下水和软地下水在很宽的pH范围内进行了一批共沉淀实验。由于受到磷酸盐、硅酸盐及天然有机物的影响,与FeCl₃共同沉淀除去合成地下水中的砷效能大大降低。硅酸盐及天然有机物对除砷的副作用不象磷酸盐的那么**烈。磷酸盐和硅酸盐组合增加了对除去亚砷酸盐和砷酸盐的副作用。引入天然有机物到含有磷酸盐和硅酸盐的地下水中大大放大了除砷的副作用。与此相反,Ca²⁺和 Mg²⁺大幅度增加了pH为8–12时除亚砷酸盐及整个pH范围内除砷酸盐的效果。在有Ca²⁺ 和 Mg²⁺的情况下,天然有机物与Fe的相互作用要么除去砷,要么砷凝固在Fe⁻天然有机物的交替上,及/或者溶解的复合物凝聚。用FeCl₃共同沉淀除砷不能有效地降低地下水中的砷含量 (350 μg/L)以满足WHO的饮用水指南(10 μg/L),特别是在富砷地下水也含有共同出现的溶质诸如磷酸盐、硅酸盐 及天然有机物的情况下更是如此。因此,其他修复过程,如膜技术应当引进或者在共同沉淀过程之后应用膜技术以确保饮用水的安全。.

Resumo

Para de avaliar o efeito do fosfato, silicato e matéria orgânica natural (MON) na remoção de arsênio por cloreto férrico, as experiências de coprecipitação em lote foram conduzidas durante uma larga variação de pH, utilizando águas subterrâneas sintéticas moles e duras, similar aquelas encontradas no norte do Vietnã. A eficiência da remoção de arsênio das águas sintéticas por coprecipitação com FeCl₃ foi notavelmente menor pelos efeitos do PO₄ ³⁻, SiO₄ ⁴⁻ e MON. Os efeitos negativos da SiO₄ ⁴⁻ e da NOM na remoção do arsênio não foram tão fortes quanto do PO₄ ³⁻. Combinando PO₄ ³⁻ e SiO₄ ⁴⁻, aumentaram os efeitos negativos de remoção tanto no arsenito (As³⁺) quanto no arseniato (As⁵⁺). A introdução de MON nas águas subterrâneas sintéticas contendo PO₄ ³⁻ e SiO₄ ⁴⁻ acentuam significativamente o efeito negativo na remoção do arsênio. Em contraste, tanto Ca²⁺ quanto Mg²⁺ aumentaram significativamente a remoção de As³⁺ a pH 8–12 e a remoção de As⁵⁺ em toda variação de pH. Na presença de Ca²⁺ e Mg²⁺, a interação da MON com Fe foi removida, ou a ligação coloidal entre Fe-MON associada e/ou a complexos dissolvidos que foram floculados. A remoção de arsênio usando co-preciptação por FeCl₃ não poderia reduzir suficientemente o conteúdo de arsênio nas águas subterrâneas (350 μg/L) para atingir o indicado pela OMS para águas potáveis (10 μg/L), especialmente quando a água subterrânea é rica em arsênio e também contém solutos co-ocorrentes, tais como PO₄ ³⁻, SiO₄ ⁴⁻ e MON. Entretanto, outro processo de remediação, tal como tecnologia de membranas, deve ser introduzida ou adicionalmente aplicada após este processo de coprecipitação, para garantir a segurança da água potável.