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Cyanide Degradation from Mining Effluent Using Two Reagents: Sodium Metabisulphite and the Metabisulphite Mixture with Hydrogen Peroxide

Abstract Cyanide ion (CN-) is widely used in different industrial operations, such as jewelry, steel manufacture, gold and silver extraction and electroplating. However, industrial emissions containing the CN- ion have to be treated to comply with environmental regulations. This research aimed to degrade free cyanide (CNL) present in the tailing of a metallurgical plant that processes gold-bearing ores and uses sodium cyanide (NaCN) as a leaching reagent. Sodium metabisulfite (Na2S2O5) and sodium metabisulfite with hydrogen peroxide (Na2S2O5 + H2O2) were used as oxidizing agents. To evaluate the effect of the factors, we used a factorial design with three independent variables: stirring time, reagent excess percentage, type of reagent and a dependent variable: CNL degradation (mg/L). According to the analysis of variance (ANPVA), the variables influenced significantly CNL degradation, being the most relevant the reagent excess percentage and according to the results, the maximum CNL degradation was 97.67% when 400% of Na2S2P5 was added with 4 hours of stirring.

Resumen El ion cianuro (CN-) es ampliamente usado en diferentes operaciones industriales, como la joyería, fabricación del acero extracción de oro y plata y galvanoplastia. Sin embargo las emisiones industriales, que contienen el ion CN- tienen que ser tratadas para cumplir con las regulaciones ambientales. Esta investigación tuvo como objetivo degradar el cianuro libre (CNL) presentes en el relave, de una planta metalúrgica que procesa minerales auríferos y utiliza el cianuro de sodio (NaCN) como reactivo lixiviante. Se usó metabisulfito de sodio (Na2S2O5) y metabisulfito de sodio con peróxido de hidrógeno (Na2S2O5 + H2O2) como agentes oxidantes. Para evaluar el efecto de los factores, se utilizó un diseño factorial con tres variables independientes: tiempo de agitación, porcentaje en exceso de reactivo, tipo de reactivo y una variable dependiente: degradación del CNL (mg/L). De acuerdo al análisis de varianza (ANPVA), las variables influyeron significativamente en la degradación del CNL, siendo el más relevante el porcentaje de exceso de reactivo y de acuerdo a los resultados el máximo de degradación de CNL fue 97.67% cuando se adiciona 400% de exceso de Na2S2O5 con 4 horas de agitación.

Development of a Perforated Panel for Acoustic Conditioning Based on Colombian Guadua Fiber (Guadua Angustifolia Kunth)

Abstract The present research is about the practical implementation of a perforated panel for acoustic conditioning, manufactured with guadua, a typical Colombian fiber. The developed panel is checked for its acoustic conditioning properties. Guadua is an attractive natural resource with great potential for renovation and use in sustainable construction. Here, its acoustic absorption coefficient is measured and validated; finally, a physical panel is built for acoustic conditioning purposes.

Resumen La presente investigación trata acerca de la implementación práctica de un panel perforado para acondicionamiento acústico fabricado con guadua, una fibra natural típica colombiana. El panel desarrollado es verificado a través de su propiedad de acondicionamiento acústico. La guadua es un recurso atractivo y con gran potencial de renovación para su uso en la construcción sostenible. Aquí, su coeficiente de absorción acústica es medido y validado; finalmente, un panel físico es construido para propósitos de acondicionamiento acústico.

Biodegradation of Chlorothalonil Fungicide in Coastal Areas of the Colombian Caribbean Suitable for Banana Crops

Abstract Chlorothalonil (CHT) is a chlorinated-nitrogen fungicide used in the control of black sigatoka, a disease that affects banana and plantain, has adverse effects on the environment and its metabolites can be toxic. The CHT has been the object of several studies related to its behavior and degradation in the environment; however, few works have been developed in tropical areas, such as the case of the banana zone of Magdalena - Colombia. In addition, it is unknown if the microbial diversity existing in these soils can transform compounds such as CHT, thus these microorganisms can be the basis for the implementation of remediation strategies based on bioaugmentation. In this sense, the present study aims to evaluate the degradation of CHT in soils of a tropical coastal zone, under conditions of natural attenuation and bioaugmentation with native microorganisms. For this purpose, microorganisms capable of growing with CHT as their sole carbon source (10.8 mg.l-1) and tolerating a concentration up to 25 mg.l-1 were isolated and selected from soils in the Magdalena-Colombia banana zone. Subsequently, CHT degradation tests (2000 ng.g-1) were performed on experimental plots, with bioaugmentation of native microorganisms and natural attenuation during 35 days, evaluating the growth of microbial populations and the degradation of CHT by gas chromatography associated with a mass spectrometry detector (GC/MS). Because of the microbial selection process, 8 morphotypes were obtained with the ability to grow in CHT as the sole carbon source and tolerate concentrations up to 25 g.l-1. The isolates were identified by sequencing the 16S rDNA gene as belonging to the genera Enterobacter, Klebsiella, Pseudomonas and Citrobacter. The CHT degradation tests showed that under bioaugmentation conditions with the native microorganisms selected in the study, a 100% reduction was achieved after 21 days; while under natural attenuation conditions after 35 days the degradation reached values of 98.5%. The application of bioaugmentation of selected and enhanced bacteria increased the rate of pesticide degradation by ~2.5 times, reducing the half-life from 6.2 to 2.5 days. The results demonstrated the effectiveness of the bioaugmentation treatment and that the selected consortium may be useful for bioremediation of banana crops soils contaminated with the fungicide.

Resumen El Clorotalonil (CHT) es un fungicida clorado-nitrogenado usado en el control de la Sigatoka negra, enfermedad que afecta al banano y el plátano, tiene efectos adversos en el ambiente y sus metabolitos pueden ser tóxicos. El CHT ha sido objeto de diversos estudios relacionados con su comportamiento y degradación en el ambiente, sin embargo, pocos han sido los trabajos desarrollados en áreas tropicales, tal es el caso de la zona bananera de Magdalena - Colombia. Adicionalmente, se desconoce si la diversidad microbiana existente en estos suelos, tienen la capacidad de transformar compuestos como el CHT, de tal manera que puedan ser base para la implementación estrategias de remediación basadas en la bioaumentación. En este sentido, el presente estudio tiene como objetivo evaluar la degradación del CHT en suelos de una zona tropical costera, bajo condiciones de atenuación natural y bioaumentación con microorganismos nativos. Para esto, se aislaron y seleccionaron a partir de suelos de la zona bananera del Magdalena-Colombia, microorganismos con capacidad de crecer con CHT como única fuente de carbono (10.8 mg.l-1) y tolerar una concentración hasta 25 mg.l-1. Posteriormente, se realizaron ensayos de degradación del CHT (2000 ng.g-1) en parcelas experimentales, con bioaumentación de microorganismos nativos y con atenuación natural durante 35 días, evaluando el crecimiento de las poblaciones microbianas y la degradación del CHT por cromatografía de gases asociada a un detector de espectrometría de masas (GC/MS). Del proceso de selección microbiana se obtuvieron 8 morfotipos con capacidad de crecer en CHT como única fuente de carbono y tolerar concentraciones hasta 25 g.l-1. Los aislamientos fueron identificados por secuenciación del gen 16S rDNA como pertenecientes a los géneros Enterobacter, Klebsiella, Pseudomonas y Citrobacter. Los ensayos de degradación del CHT mostraron que bajo condiciones de bioaumentación con los microorganismos nativos seleccionados en el estudio, se logró una reducción del 100 % tras 21 días; mientras que bajo condiciones de atenuación natural después de 35 días la degradación alcanzó valores del 98.5%. La aplicación de la bioaumentación de las bacterias seleccionadas y potenciadas aumentó la velocidad de degradación del plaguicida en ~2.5 veces reduciendo el tiempo de vida media de 6.2 a 2.5 días. Los resultados demostraron la efectividad del tratamiento de bioaumentación y que el consorcio seleccionado puede resultar útil para la biorremediación de suelos de plantaciones bananeras contaminados con el fungicida.

Comparison of ATCOR Atmospheric and ELM Linear Empirical Correction Models Applied to WorldView-2 Images

Abstract The use of remote sensing images for the characterization of the coastal marine ecosystems requires the prior removal of the atmospheric effects, which can be done in a semi-automated manner, by the use of algorithms based on alternative assumptions contained in the processing tools for different software packages. The main objective of this study was to statistically compare the spectral behavior of the coverages contained in a high-resolution WorldView-2 image atmospherically corrected according to the ATCOR and empirical linear models (ELM), using field spectroradiometry conducted in the insular areas of the archipelago of San Andres and Providence. The ATCOR correction model was applied through the PCI 2015 Geomatics software; regarding the ELM model, the ENVI 5.2 software was used. For the spectral comparison four (4) types of coverage were selected (vegetation, reef formations, beach sand and submerged sandbank), with twenty (20) replicas each, for a total of eighty (80) sampling points distributed in a stratified way in the image. The statistical results showed a linear correlation greater than 0.9 between the reflectance values for each of the bands (Blue, Green, Red and NIR-1) and indicate that both models of the atmospheric correction have a high capacity to eliminate the atmospheric effects present in this type of images. However, there are minor significant differences between the middle quadratic errors in the reflectance values for each band of the corrected images.

Resumen El uso de imágenes de sensores remotos para la caracterización de los ecosistemas marinos costeros requiere de la eliminación previa de los efectos atmosféricos, lo cual puede realizarse de forma semiautomatizada, mediante la utilización de algoritmos basados en supuestos alternativos contenidos en las herramientas de procesamiento para diferentes paquetes de softwares. El objetivo central de este estudio fue comparar estadísticamente el comportamiento espectral de las coberturas contenidas en una imagen de alta resolución WorldView-2 corregida atmosféricamente en función de los modelos ATCOR y empírico lineal (ELM), mediante espectrorradiometría de campo realizada en las zonas insulares del archipiélago de San Andrés y Providencia. El modelo de corrección ATCOR se aplicó a través del software Geomática PCI 2015; en cuanto al modelo ELM, se utilizó el software ENVI. 5.2. Para la comparación espectral se seleccionaron cuatro (4) tipos de coberturas (vegetación, formaciones arrecifales, arena de playa y banco de arena sumergido), con veinte (20) réplicas cada una, para un total de ochenta (80) puntos de muestreo distribuidos de manera estratificada en la imagen. Los resultados estadísticos muestran una correlación lineal mayor a 0.9 entre los valores de reflectancia para cada una de las bandas (Blue, Green, Red y NIR-1) e indican que ambos modelos de corrección atmosférica tienen una alta capacidad para eliminar los efectos atmosféricos presentes en este tipo de imágenes. No obstante, se presentan diferencias poco significativas entre los errores medio cuadráticos en los valores de reflectancia para cada banda de las imágenes corregidas.

Programming of Job Shop Production Systems with Fuzzy Logic

Abstract This article proposes a decision-making algorithm based on the "fuzzy logic" as an optimization technique, which allows to find a good solution to the problem of determining the priority (sequencing) of service or manufacture of jobs in the programming of intermittent production systems, Job Shop. The combinatorial nature and complexity of the problem motivates the exploration of other alternatives solutions to the traditionally used. Initially, the fuzzy logic controller structure (number of input variables, rules and output) is determined in accordance with the objective functions to be optimized. Triangular membership functions are selected for the batch size, the delivery date, the processing time, the number of tools required in each operation, and the priority of the processing the jobs. The fuzzy rules base is defined, and the controller model is formulated (fuzzification, evaluation and defuzzification). The algorithm is developed in Matlab's ®Simulink ®Fuzzy logic toolbox, achieving better results than those obtained with other methods.

Resumen Este artículo propone un algoritmo de toma de decisiones con base en la lógica difusa (fuzzy logic) como técnica de optimización, que permita encontrar una buena solución al problema de determinar la prioridad (secuenciación) de servicio o fabricación de trabajos en la programación de sistemas de producción intermitente (Job Shop). La naturaleza combinatoria y complejidad del problema motiva la exploración de otras alternativas de solución a las tradicionalmente usadas. Inicialmente se determina la estructura del controlador difuso (número de variables de entrada, reglas y salida) en concordancia con las funciones objetivo a optimizar. Se seleccionan funciones de membresía triangulares para el tamaño de lote, la fecha de entrega, el tiempo de procesamiento, el número de herramientas necesarias en cada operación y la prioridad de procesamiento de los trabajos. Se define la base de reglas difusas y se formula el modelo del controlador (fuzzificación, evaluación y defuzzificación). El algoritmo es desarrollado en ®Simulink y ®Fuzzy logic toolbox de Matlab, alcanzando mejores resultados que los obtenidos con otros métodos.

Pulse Width Prediction Control Technique Applied to a Half-Bridge Boost

Abstract The pulse width prediction control technique has been widely used in AC-DC converters with power factor correction in boost topology, where satisfactory results have been reported without the need to use classic control laws. However, this technique has not been explored for other types of ACDC converters with power factor correction. In this work, the use of this technique is proposed in an AC-DC converter with power factor correction in a half-bridge boost topology. This topology presents high efficiency because it uses the least number of semiconductors compared to other topologies. In this technique the duty cycle is predicted by processing the average values of state and input variables of the converter in half bridge boost topology, using only four multiplications and five additions, which implies less complexity in its implementation. For its validation simulations were performed using MATLAB R Simulink, where it was possible to observe values of power factor and THD comparable with other control methods such as non-linear carrier control, and conventional analog control, both reported in the literature.

Resumen La técnica de control de predicción de ancho de pulsos ha sido ampliamente utilizada en convertidores AC-DC con corrección de factor de potencia en topología boost, donde se han reportado resultados satisfactorios sin necesidad de usar leyes clásicas de control. Sin embargo, ésta técnica no ha sido explorada para otros tipos de convertidores AC-DC con corrección de factor de potencia. En este trabajo, proponemos el uso de ésta técnica en un convertidor AC-DC con corrección de factor de potencia en una topología de boost medio puente. Esta topología presenta una alta eficiencia dado que usa el menor número de semiconductores comparada con otras topologías. En ésta técnica el ciclo de trabajo es predicho al procesar los valores promedio de las variables de entrada y estado del convertidor en topología boost medio puente, usando únicamente cuatro multiplicaciones y cinco adiciones, lo que implica menos complejidad en su implementación. Para su validación, se realizaron simulaciones usando MATLAB R Simulink, donde fue posible observar valores de factor de potencia y THD comprables con otros métodos de control como control de portador no lineal y control convencional análogo, ambos reportados en la literatura.

Hydrogen Production and Purification by Bioethanol Steam Reforming and Preferential Oxidation of CO

Abstract Hydrogen production and purification was studied in a combined system including double catalytic bed reaction system. Steam Reforming of Ethanol (SRE) was performed in Ni/CeO2-ZrO2 catalyst and, subsequently, the reforming products gases passed through a second fixed bed containing Au/CeO2-ZrO2 catalyst in order to carry out the preferential CO oxidation (PROX-CO). Initially, the effect of temperature and the initial water concentration in the fed ethanol were evaluated to determine the conditions that maximize the H2/CO ratio while maintaining 100% conversion of ethanol. These requirements were accomplished when 25 mole% H2O and 4 mole% C2H5OH (steam/ethanol molar ratio = 7) were used. The catalyst stability was assessed under these reaction conditions at 600°C, during more than 160 h on stream, obtaining ethanol conversions above 99% during the entire test and H2 productivity close to ideal. In the second part of the work, in order to obtain H2 grade PEM, the effect of O2 concentration in the feed stream on the selective CO oxidation using Au-CZ catalysts was investigated in the temperature range of 50-250°C. Catalytic stability test was also performed. Characterization techniques: Temperature Programmed Reduction (TPR), X-Ray Diffraction (XRD), SEM-EDX, which confirmed the presence of a strong interaction between the mixed oxide support and the metal. In this study, we show a reaction system with double catalytic fixed bed in which hydrogen is obtained with the specifications required by PEM fuel cell. The tested materials exhibit high activity and selectivity towards hydrogen production and CO selective oxidation in the range of temperature studied.

Resumen La producción y purificación de hidrógeno fue estudiada en un sistema combinado incluyendo un doble lecho catalítico. El reformado de etanol con vapor de agua (SER) fue realizado con un catalizador de Ni/CeO2-ZrO2 y, posteriormente, los productos gaseosos del reformado pasaron por un segundo lecho catalítico que contiene un catalizador de Au/CeO2-ZrO2, para llevar a cabo la oxidación preferencial de CO (PROX-CO). Inicialmente, el efecto de la temperatura y la concentración inicial de agua en el alimento de etanol fueron evaluados para determinar las condiciones que maximizan la relación H2/CO mientras se mantiene una conversión del 100% de etanol. Estos requerimientos se lograron con 25 mol% H2O y 4 mol% C2H5OH (vapor de agua/etanol relación molar = 7). La estabilidad catalítica fue evaluada a esas condiciones de reacción a 600°C, durante más de 160 h, obteniendo conversiones por encima de 99% en todo el ensayo y una productividad de H2 cercana a la ideal. En la segunda parte del trabajo, para obtener H2 grado PEM, se estudió el efecto de la concentración de O2 en la corriente de alimento a la oxidación selectiva de CO usando el catalizador Au-CZ en el rango de 50-250°C. La prueba de estabilidad también fue realizada. Técnicas de caracterización: Reducción a Temperatura Programada (TPR), Difracción de Rayos X (XRD), SEM-EDX, las cuales confirmaron la presencia de una fuerte interacción entre el soporte de óxido mixto y el metal. En este estudio, se presenta un sistema de reacción con doble lecho catalítico en el cual el hidrógeno es obtenido con las especificaciones requeridas por las celdas de combustible PEM. Los materiales ensayados exhibieron una alta actividad y selectividad hacia la producción de hidrógeno y oxidación selectiva de CO en el rango de temperatura evaluado.

Comparative Analysis of the Weibull Model and Observed Wind Data in the City of Floridablanca, Colombia

Abstract The main objective of this article is to evaluate the wind resource in the city of Floridablanca, Colombia. In Colombia, the supply of electrical energy comes mainly from hydroelectric mega-power stations, presenting generation problems in times of drought. The wind resource is an adequate alternative to diversify the electricity supply in the country. To analyze the characteristics of the wind, recorded measurements were carried out, every 15 minutes at a height of 30 m, throughout the year 2016, at a meteorological station located in Floridablanca, Colombia. In this study we present a statistical analysis of the wind characteristics in Floridablanca, Colombia, we applied a Weibull distribution of two parameters to model the wind speed and thus determine the wind potential. The average annual speed was 0.72 m/s with a standard deviation of 0.61 m/s. The monthly Weibull scale parameter varied from 0.52 m/s to 0.91 m/s, the monthly parameter varied from 0.98 to 1.37. The highest power density observed was 0.35 w/m2 in the months of February and August, the monthly average power density was 0.23 w/m2 which indicates a very poor wind potential considering that they are considered good wind potentials greater than 500 w/m2. This study contributes to evaluate the wind potential of Floridablanca, Colombia, and can be used, methodologically, to quantify the wind potential with possibilities of generating electric power in any part of the country.

Resumen El principal objetivo de este artículo es evaluar el recurso eólico en la ciudad de Floridablanca, Colombia. En Colombia el suministro de energía eléctrica proviene fundamentalmente de las Megacentrales hidráulicas, presentando problemas de generación en épocas de sequía. El recurso eólico es una adecuada alternativa para diversificar el suministro de electricidad en el país. Para analizar las características del viento se llevaron a cabo mediciones registradas, cada 15 minutos a 30 m de altura, durante todo el año 2016, en una estación meteorológica ubicada en Floridablanca, Colombia. En este estudio se presenta un análisis estadístico de las características del viento en Floridablanca, Colombia, se aplicó una distribución de Weibull de dos parámetros para modelar la velocidad del viento y así determinar el potencial eólico. La velocidad promedio anual fue 0.72 m/s con una desviación estándar de 0.61 m/s. El parámetro de escala de Weibull mensual varió desde 0.52 m/s a 0.91 m/ s, el parámetro de forma mensual varió desde 0.98 a 1.37. La mayor densidad de potencia observada fue de 0.35 w/m2 en los meses de febrero y agosto, la densidad de potencia promedio mensual fue 0.23 w/m2 lo que indica un potencial eólico muy pobre teniendo en cuenta que se consideran buenos potenciales eólicos mayores a 500 w/m2. Este estudio contribuye a evaluar el potencial eólico de Floridablanca, Colombia, y se puede usar, metodológicamente, para cuantificar el potencial eólico con posibilidades de generar potencia eléctrica en cualquier parte del país.