UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

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UNIDAD IZTAPAIAPA

'CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

LICENCIATURA EN INGENIERIA QUlMlCA

JDISEÑO DE UNA PLANTA TXATADORA DE LIXIVUDOS DE DESECHOS SOLIDOS

LABORATORIO DE PROCESOS Y DISEÑO

PROYECTO TERMINAL QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

LICENCIATURA EN INGENIERIA QUIMICA

PRESENTAN:

L GAYOU HERNANDEZ JUAN MANUEL *

MORENO COLLADO SAUL SANCHEZ FLORES ANASTASIO

ASESOR: Dr. ALBERTO SORIA LOPEZ

&EXICO. D.F. SEPTIEMBRE 1998 _c

A mis padres, a mis hermanos y a todas aquellas personas que siempre nos apoyaron.

Anastasio.

A Dios, a mis padres, a mis hermanos y a todos mis amigos. que siempre han estado conmigo.

SariL

Gracias a mis padres y hermanos por su gran apoyo.

Juan Manuel.

Con admiración y respeto al Dr. Alberto Soria Lopez, que con su apoyo y estimulación nos hizo cada dia mejores.

Anastacio, Saúí y Juan Manuel.

INDICE

PAGINA

I. INTRODUCCION 1

II. ANTECEDENTES 2.1 Tiradero de Santa Catarina

2. l . 1 Aspectos hstoricos 2. l . 2 Aspectos geologicos

2.2.1 Formación 2.2.2 Generalidades

2.3 Tratamientos de lisiviados 2.3.1 Fisicoquimico-biologic0 2.3.2 Fisicoquímico 2.3.3 Reactor anaerobio 2.3.4 Biologico 2.3.5 Por evaporación 2.3.6 Fisicoquímico-fotocatalítico 2.3.7 Electrodepositación

2.4 Precipitación química 2.4.1 Definición 2.4.2 Agentes precipitantes 2.4.3 Factores que la afectan 2.2.4 Reacciones

2.5.1 Fundamento 2.5.2 Reaciones redox

2.6.1 Reacciones 2.6.2 Fotocatalizador 2.6.3 Regeneración

2.2 Lixiviados

2.5 Electrolísis

2.6 Fotocatalísis

3

3 4

5 8

9 9

10 11 11 11 12

12 13 14 14

15 16

17 18 19

III PARTE EXPERIMENTAL 3.1 Desinfección 3.2 Método Fisicoquímico

3.2.1 Selección de agentes 3.2.2 Remoción de metales

3.3 Método Electroquímico 3.4 Método Fotocatalítico

IV RESULTADOS 4.1 Método Fisicoquímico 4.2 Método Electroquimico 4.3 Método Fotocatalítico

V DISEÑO DE LA PLANTA 5.1 Antecedentes

5. l . 1 Cantidad maxima de lixiviado 5.1.2 Canales de recolección

5.2 Localización 5.3 Distribución 5.4 Diagrama de flujo 5.5 Operación 5.6 Diseño de equipo

5.6.1 Red de canales 5.6.2 Fosas 5.6.3 Sedimentadores 5.6.4 Reactores

VI COSTOS 6.1 Red de canales recolectores 6.2 Fosas 6.3 Sedimentadores 6.4 Mantenimiento 6.5 Terreno 6.6 Servicios generales 6.7 Materia prima 6.8 Reactores 6.9 Resumen de costos

21 21 22 23 24 25

26 30 31

34 34 34 36 37 38 39 40 40 41 42 49

51 51 52 52 53 53 53 53 54

VII CONCLUSIONES

VIII BIBLIOGRAFIA

IX APENDICES

APENDICE A PROPIEDADES DEL LIXNIADO APENDICE B GRAFICAS DE PRECIPITACION APENDICE C GRAFICAS DE ELECTROLISIS APENDICE D GRAFICAS DE FOTOCATALISIS APENDICE E TECNICAS UTILIZADAS APENDICE F GRAFICAS DE DISEÑO DEL

SEDIMENTADOR

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58 61 69 72 74

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I. INTRODUCCI~N

El hombre a través del tiempo ha usado los recursos de la tierra para sustentar su desarrollo, llevando consigo una generación importante de desechos sólidos de diferentes tipos y características.

Debido a la explosión demográfica existente, se ve reflejado significativamente en un incremento de la cantidad de desechos sólidos: en tiempos anteriores, la disposición de los desechos sólidos no presentaba problema alguno, debido a que la población era pequeña, así como lugares suficientes para su posible disposición final.

El hombre en la actualidad se enfrenta con el reto de atacar este problema de la forma más inteligente y razonablemente posible, y de este modo seguir evitando el deterioro ambiental; La escasez de sitios de deposición final en el D.F. hace que la basura sea enviada a la zona conurbada, se estima que los habitantes de la Ciudad de México producen 700 gramos de basura diarios por persona. Hoy en día se producen cerca de 12000 toneladas de basurddiarias.

Los residuos pueden ser de categorías muy variables. así se tienen desechos domésticos, comerciales, industriales, hospitalarios. escombros, residuos voluminosos etc: El problema a solucionar en este trabajo, se encuentra íntimamente relacionado con el agua potable de la Ciudad de México, ya que puede ser contaminada con los lixiviados de éstos desechos.

El suministro aproximado de agua potable de la Ciudad de México es de 60 m’ / S; el cual se abastece, mediante diferentes fuentes : 70 ?6 se extrae de pozos ubicados en la cuenca del Valle de México, 25% proviene de cuencas externas, 1.66 % de captaciones superficiales y 3.33 % por rehuso de aguas residuales. La principal aportación viene de fuentes subterráneas, por tal motivo es importante s,u calidad y disponibilidad para uso potable.

Existen pozos de abastecimiento de agua localizados en las cercanías de uno de los depósitos de residuos sólidos más grandes de la zona metropolitana de la Ciudad de México “el tiradero de Santa Catarha”, que se encuentra sobre la falda del Volcán de la Caldera. Su ubicación representa una fuente potencial de contaminación.

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Los lixiviados se forman por medio de la infiltración del agua a través de los desechos depositados en el tiradero. El lixiviado se infiltra por el suelo y puede llegar al acuífero a través del material volcánico de la sierra de Santa Catarina; en donde existen intercalaciones de colados “sanos” y fracturados que facilitan su circulación.

Es importante señalar que la constitución de los residuos sólidos es uno de los factores que más influyen en la composición del lixiviado. Generalmente están constituidos por desechos orghicos, materiales ferrosos y sustancias tóxicas como metales pesados. Debido a las características contaminantes del lixiviado. se propone diseñar una planta que pueda tratar la cantidad de materia contaminante que existe en el mismo. Se proponen diferentes métodos con los cuales se disminuyan de manera sustancial gran parte de material contaminante. Los métodos desarrollados en la fase experimental fueron analizados anteriormente. con el fin de determinar su efectividad. Los métodos empleados fueron. el proceso fisicoquímico, el proceso de fotocatalísis y el de electrodepositación: finalmente se procedió al diseño de la planta basandose en ésta fase.

11. ANTECEDENTES

2.1 TIRADERO DE SANTA CATARINA

2. l . 1 ASPECTOS HISTóRICOS Y SOCIOLOGICOS.

El sitio de disposición"' final denominado Santa Catarina se encuentra ubicado al Oriente de la Ciudad de México, colindando con la Autopista México - Puebla. éste sitio inicio sus operaciones en 198 1 aproximadamente a raíz de la clausura de los tiraderos de Santa Cruz Meyehualco: utilizándose unas depresiones originadas por la explotación de material tepetatoso en esa zona que se fueron agotando por la aparicibn en el fondo de material pétreo.

El predio de forma irregular, ocupa una superficie de aproximadamente 34 hectáreas, colindando al Norte con la falda del volcán la Caldera y al Suroeste con la autopista México - Puebla.

Inicialmente se recibieron en este lugar residuos sólidos provenientes de las delegaciones de Milpa Alta, Venustiano Carranza y Gustavo A.Madero; depositándose en el sitio formado bordos y llenando oquedades naturales o las provocadas por la extracción de materiales de construcción. Es conveniente mencionar que en la parte poniente del relleno sanitario fueron depositados residuos industriales, práctica que fue eliminada cuatro años después.

A partir de Junio de 1985 la Dirección General de Servicios Urbanos (DGSU), se involucra en la operación del sitio de disposición colocándose una cerca perimetral e iniciando las primeras operaciones tendientes a cubrir los desechos con material inerte.

El sitio'3) fue originalmente desarrollado por un grupo de pepenadores que realizaban sus actividades en el tiradero de Santa C m Meyehualco; continuando con esta práctica de recuperación de subproductos y comercialización de los mismos en este lugar. Es así mismo conveniente destacar que existe una organización bien desarrollada entre las personas que aprovechan los recursos contenidos en la basura desde la separación de materiales de comercialización factible hasta el aprovechamiento de materia orgánica en la alimentación de cerdos. Práctica que si bien entorpece algunas condiciones operativas, representa un beneficio importante por el aprovechamiento de estos subproductos.

Bajo este mismo marco, el sitio ha continuado su operación hasta la fecha incrementando continuamente su área de influencia provocando en 1988 la reubicación de una tubería de conducción de agua potable que por encontrarse alojada en el subsuelo del área de influencia fue localizada al norte del tiradero en el camino que actualmente se identifica como limite fisico.

La basura se ha venido acumulando en plataformas sucesiyas elevando la altura del sitio de operación hasta los niveles que actualmente se pueden observar y que establece profundidades superiores a los 40 mts.

2.1.2 ASPECTOS GEOLOGICOS

En la zona(3) de Santa Catarina Yecahuizolt se encuentra el acuífero que abastece la delegación de TIáhuac, Chalco, Los Reyes La Paz. San Miguel Teotongo y parte de Ciudad Netzahualcoyotl. Desafortunadamente también en esta zona, por las características geológicas que presentaba el cráter del volcán de La Caldera, se escogió como tiradero de basura, convirtiéndose en uno de los más grandes de la zona metropolitana de la Ciudad de México. En este tiradero llegan todo tipo de desperdicios municipales, industriales y de hospitales; propiciando la generación de lixiviados que han llegado a contaminar, con su infiltración en el manto acuífero que se encuentra en la zona. Las fuentes de abastecimiento de agua potable más importantes en la zona

metropolitana de la Ciudad de México son los mantos acuíferos subterráneos.

La subcuenca de Chalco se localiza al sur de la cuenca de México y de la zona urbana de la ciudad de Mexico, que queda limitada al norte por las estribaciones de la sierra de Santa Catarina, constituida principalmente por las lavas fenobasálticas y tobas del Plioceno y del Cuaternario, ubicándose también el Cerro El Pino, caracterizado por las rocas más antiguas de la sierra de Santa Catarina, presenta sucesiones de lava basaltico-andesiticas, con intercalaciones de piroclastos. También se observan a l p o s depósitos calcáreos en las partes altas. Forman parte de esta formación los conos cineréticos de San Nicolás y Xaltepec, y el volcán con dos conos anidados conocidos como La Caldera, que constituye una prominente estructura que se eleva directamente del piso antiguo lago.

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Estos conos parecen ser morfológicamente intermedios entre conos de escoria y anillos de tefra, pero parecen estar Constituidos por material piroclástico con muchas de las características de los anillos de tefra.

La permeabilidad de las formaciones de Santa Catarina es de media a alta. Al sur encontramos algunas estructuras constituidas por tobas, andesitas, dasitas y riolitas , pertenecientes al grupo Chichináutzin. Al Oeste se encuentra el área chmampera de Tláhuac, sobre depósitos lacustres y aluviales, este paquete sedimentario se encuentra constituido principalmente por cenizas volcánicas, material piróclasticos, tobas, brechas y arcillas. Al Este, se encuentra limitada por la Sierra Nevada. En su parte central se encontraba el antiguo Lago de Chalco. Debido al tipo de terreno en esta zona el lixiviado se infiltra y contamina los pozos que se encuentran cerca de Santa Catarina. El conocimiento que se tiene en la actualidad de la contaminación de los pozos es demasiada es decir que se monitorea diariamente con el fin de recabar información, y de tomar conciencia de una contaminación mas grave.

2.2 LIXIVIADOS

2.2.1 PROCESO DE DESCOMPOSICIóN DE LA BASURA Y FORMACION DE LIXIVIADOS.

Se sabe que la basura sufre una descomposición y fermentación después de ser depositada en un tiradero. Sin embargo es muy dificil predecir tal descomposición debido a la heterogeneidad del material y al poco conocimiento que existe sobre los mecanismos de descomposición que operan en la basura. Algunos de los cambios fisicos, químicos y biológicos más importantes que sufie la basura durante su descomposición son los siguientes:

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Decaimiento biológico de compuestos orgánicos con Seneración de gases y líquidos. Oxidación química de materiales. Escape y difusión de gases a través del relleno. Disolución (lixiviado) de materiales orgánicos e inorgánicos por el agua y por el propio lixiviado. Movimiento de líquidos durante y después del relleno. Asentamientos causados por consolidación del material en los huecos creados por la descomposición. lixiviado y paso de gas.

Actualmente se distinguen cuatro etapas en la descomposición de la basura:

Aerobia. Anaerobia no metanogénica.

e Anaerobia metanogénica inestable. Anaerobia metanogénica estable.

Los residuos en el relleno sanitario tradicional se descomponen de forma anaerobia, y existe fermentación aerobia sólo en la capa superior. Como se sabe la descomposición aerobia es más rápida, pero se requiere una proporción adecuada de aire y agua dentro de la basura. Las condiciones anaerobias en un relleno se producen aproximadamente

un mes después de que se colocó el material. La descomposición anaerobia produce gran cantidad de gases, lo que crea mayor presión en el relleno y mayor velocidad de difusión de los gases. Un relleno es una masa en movimiento constante con importantes cantidades de material biológico.

Si los lixiviados se colectan en una laguna anaerobia se puede regular la proporción de liquido en el relleno y estimular el crecimiento de microorganismos en el líquido.

Diversos estudios concuerdan con la descomposición en que los principales gases presentes en un relleno sanitario son el hidrógeno (Hl). oxígeno (02), nitrógeno ( N 2 ) > metano ( C h ) y bióxido de carbono (CO?). También se detectaron trazas de ácido sulfhídrico (H2S) J. . en los casos en que el pH es altamente alcalino, se descubrió la presencia de amoniaco N:).

Los primeros gases que se producen en la descomposición son COZ y HI. que aparecen a los pocos dias de haber depositado y cubierto los residuos. Después de dos semanas. aproximadamente. la concentración de CO2 es superior al 8O%, nivel que tiende a bajar más o menos a la mitad una vez

transcurridos dos meses y después se estabiliza. El rápido aumento de COZ se acompaña de una veloz descomposición de 02.

El hidrógeno alcanza su máxima concentración, que es aproximadamente del 20% entre la primera y la segunda semanas y luego disminuye constantemente: de modo que después de un año su concentración es alrededor del 1%. En la etapa anaerobia no metanogénica. la materia orgánica se descompone en ácidos orgánicos mediante organismos facultativos y anaerobios.

En la etapa metanogénica inestable el gas metano, presente en trazas desde la segunda semana, alcanza valores significativos, rebasa el 5%: y se mantiene con tendencia aumentar durante la etapa, hasta llegar. finalmente, a concentraciones de 40% a 509’0 si son óptimas las condiciones de fermentación anaerobia.

Los gases que se encuentran en el relleno se estratifican y en la parte más baja quedan el COZ, CH4 y HZ. En la parte superior se localiza el N2 y Oz.En esta etapa el nitrógeno orgánico ya se convirtió en nitratos y el hidrógeno, el fósforo y el azufre orgánico formaron agua, fosfatos y sulfatos. Al mismo tiempo, se liberan trazas de minerales disueltos o arrastrados en el lixiviado.

En la etapa metanogénica estable se producen metano y bióxido de carbono a partir de los ácidos orgánicos procedentes de la descomposición de la materia orgánica. Esta etapa dura mientras existe materia orgánica susceptible de descomponerse. Los gases en su mayor parte son el metano y bióxido de carbono, y se cree que se producen de forma equimolar.

El tiempo para lograr la fase metanogénica estable varía, ya que depende considerablemente de la humedad y composición de la basura. Este tiempo varía de acuerdo a que tipo de relleno sanitario se refiera. Para estimar la cantidad de agua que un relleno puede admitir sin producir lixiviado, algunos estudios consideran que una libra de carbono convertida en COZ aerobicamente, producirá en la oxidación calor suficiente para calentar 12 libras de agua de O a 100°C y evaporarla.

De tal forma, como conclusión, que debido a la descomposición de la basura se producen líquidos percolados o lixiviados así como una cantidad apreciable de gases como COZ y CH4; que al desalojar el relleno sanitario por algunos de sus alrededores pueden afectar de manera perjudicial contaminando redes de agua potable, que es el principal problema que se presenta en la Subcuenca de Chalco, en el cuál se tienen estudios de forma ampliamente detallada. Hay que enfatizar finalmente que para la producción del lixiviado se relacionan ciertos factores fisicamente como son el contenido de la humedad, el tamaño de los trozos de basura la circulación

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del aire y temperatura que estos mismos determinan la evaporación y la cantidad de lixiviado presente.

2.2.2 GENERALIDADES DE LOS LIXIVIADOS DE DESECHOS SOLIDOS

Las características del lixiviado varían ampliamente y es dificil de predecir la composición exacta del lixiviado, asociada con determinado relleno de cierto tiempo. Las características del lixiviado no están determinadas únicamente por los materiales depositados en el sitio, sino también por la etapa de descomposición (estabilización ) y l a s características fisicas del agua del agua de percolación y el suelo utilizado para la cubierta o el suelo adyacente al lugar.

Se ha reportado el intervalo de color de lixiviados de verde a café y los olores similares aquellos de basura , aceite y gasa ( hidrocarburos).

Los resultados muestran extraordinaria variabilidad en los constituyentes del lixiviado. Lo que determina su composición es la cantidad y tipo de desperdicio sólido , así como las prácticas de almacenamiento y disposición.

En general, un lixiviado tomado directamente de la base de un tiradero puede tener los siguientes constituyentes principalmente:

Hierro (férrico y ferroso ). Nitrógeno orgánico. Dureza.

0 DBQ ( demanda bioquímica de oxigeno ). Fosfatos.

0 Sulfatos. Sólidos totales @isueltos/suspendidos). DQO ( demanda química de oxígeno ).

0 Compuestos orgánicos.

La composición del lixiviado con mas componentes se puede apreciar el apéndice A. En donde se puede observar con detenimiento la variación existe en el lixiviado.

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2.3 TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS.

2.3.1 PROCESO FISICO-QUTMICO-BIOLOGIC0

Podrirnos pensar que éste proceso para el tratamiento de lixiviados, está compuesto por tres procesos independientes, sin embargo no es así, mas bien es la combinación de éstos los cuales hacen que el proceso en sí sea más eficiente. De ésta manera podríamos lograr una mayor separación de los componentes del lixiviado.

Este proceso consta principalmente de una homogeneización, la cual nos ayuda a evitar la sedimentación de los sólidos en el reactor, posteriormente se lleva acabo una precipitación, en éste fenómeno se separan los metales pesados principalmente, así como también una parte de materia orgánica, cabe destacar que para lograr tal precipitación es necesario "provocarla" añadiendo una solución de cal, la cual provoca una reacción de ionización y finalmente la precipitación, sobre la marcha del proceso se tiene que eliminar el amoniaco éste es tratado en un tanque en donde el amoniaco es "agotado" , los desechos de la precipitación se conducen a una laguna aquí el proceso es mediante absorción.

Posteriormente se lleva acabo una neutralización en donde adicionamos ácido sulfürico y ácido fosfórico al a p a proveniente de la laguna con algunas trazas de amoniaco, esto con el fin de reducir el ph antes de que la comente entre al proceso biológico el cual consiste básicamente de dos tanques (reactores) de aereación y dos tanques (reactores) secundarios, éstos pueden operar en serie o en paralelo, es éstos tanques se lleva acabo la separación de algunas trazas de líquidos volátiles.

La última parte de éste proceso es la cloración, en esta última etapa se lleva acabo una desinfección del lixiviado tratado, el cual es llevado a una "laguna" en donde finalmente se pone a disposición del subsuelo.

2.3.2 PROCESO FISICO -- QUIMICO (REMOCION DE METALES)

La aplicación de éste proceso'" requiere conocer el tipo de lixiviado que se va a tratar, es decir, su composición química principalmente, este proceso se basa principalmente en la regulación del ph de los lixiviados, para esto se pueden oxigenar l a s corrientes del lixiviado, cabe destacar que los metales que se pueden remover son: Ba, Ni. Zn, Cr, Cu, Cd,Pb.

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Sin lugar a dudas todos los metales son tóxicos cuando las aguas rebasan sus estándares permitidos. A veces en éste proceso se requiere un pretratamiento, en donde se provoca una oxidación de hierro y magnesio los cuales forman sólidos insolubles.

El orden de etapas que se llevan acabo en este proceso es: -- Aireación. -- Ajuste de ph. -- Post-aireación. -- Coagulación floculación. -- Precipitación por gravedad.

Este tipo de tratamiento resulta ser muy viable para reducir la concentración de metales insolubles en los lixiviados, al mismo tiempo que ocurre un cambio en la composición orgánica en los valores del COD. Para evitar esta acción secundaria contraproducente, podemos acoplar este proceso con un proceso en serie de tipo biológico.

Cabe destacar que existen una variedad de opciones para el pretratamiento químico del lixiviado, en general para remover los metales del lixiviado se eleva el ph a valores entre 9 - 10. La aireación puede ser usada para reducir la cantidad de base requerida. Los sólidos producidos de los lixiviados que no son aereados previo a un ajuste de ph, tienen mejores características de asentamiento que aquellos lixiviados aereados.

2.3.3 PROCESO MEDIANTE UN REACTOR ANAEROBIO

En éste tipo de proceso y como su nombre lo dice, el tratamiento del lixiviado se lleva acabo en un reactor el cual puede ser de tipo batch o de flujo pistón, las dimensiones del reactor son de acuerdo a la cantidad de materia prima que se vaya a tratar. El reactor puede tener los componentes necesarios para que desempeñe las reacciones requeridas de interés, tales como catalizadores, recirculaciones, filtros, etc. Así, éste puede combinarse con algún otro proceso, lo cual aumentaría el costo del equipo, pero que a su vez se obtendrán mejores resultados.

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2.3.4 PROCESO BIOLOGIC0 DE LECHO FLUIDIZADO ( con carbón activado )

Este reactor usa como catalizador carbón activado, el cual sirve como un medio de soporte para reactores de biopelícula, es la adsorción el fenómeno que ocurre en éste reactor. El reactor es de tipo aeróbio de lecho fluidizado. Esta fluidización se logra a través de la recirculación del efluente con una bomba centrifkga en la parte baja.

El lixiviado se decanta y posteriormente se filtra y se le regula el DOC. Para que posteriormente sea depositado en un tanque o laguna para darle la "disposición fmal".

2.3.5 PROCESO POR EVAPORACION

Este proceso, como su nombre lo dice se apoya en la evaporación de los lixiviados para obtener una solución concentrada de ellos, básicamente de lo que se trata este proceso es de obtener soluciones muy concentradas para que luego se les de un tratamiento.

Con el fin de obtener un mejor destilado sin incrementar mucho el costo de este tratamiento, nos apoyamos en el lavado de quimisorción con vapor, el cual reemplaza la bidestilación, para luego tratar finalmente los lodos residuales y darles la chsposición adecuada.

2.3.6 PROCESO FISICO -- QUIMICO -- FOTOCATALITICO

Este proceso(4) es nuevamente una combinación de dos procesos, este tipo de combinaciones se debe mas que nada a la ineficiencia que resulta el apoyamos sólo en uno debido a que cada uno de los procesos presenta una ventaja muy particular.

En este caso, la fotocatalísis es un proceso "económico" operando de manera precisa, podemos evitar la generación de subproductos complicados. Podemos obtener alta mineralización de los compuestos orgánicos presentes en el lixiviado, este proceso trabaja principalmente con un reactor el cual requiere de un catalizador ( Ti02 ), este catalizador lo podemos activar mediante alguna lampara o aprovechando la luz solar, para obtener mejores resultados en éste proceso debemos evitar la existencia de metales pesados para que no se contamine el catalizador.

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La generación de lodos requerirá un tratamiento posterior a partir de un proceso fisico-químico, en resumen ? éste proceso requiere primeramente de:

a) precipitación de metales pesados. b) proceso fotocatalítico. c ) regeneración del catalizador.

2.3.7 PROCESO DE ELECTRODEPOSITACION DE METALES

El pr~ceso"~' de electrodepositación de metales es en la actualidad de importancia, ya que se recupera en su forma total gran parte de los iones metálicos. que se encuentran en solución. El lixiviado contiene un porcentaje en su composición de iones metálicos en solución. El proceso de electrodepositar en muy eficiente, pero el elevado costo del equipo que emplea es alto. Debido a que requiere de electrodos, y de una fuente de poder para llevarse a cabo.

2.4 PRECIPITACION QUIMICA

2.4.1 DEFNCION

La precipitación química") es un proceso en el cual una sustancia soluble es convertida a una forma insoluble.

La precipitación química es aplicable al tratamiento de los desechos peligrosos acuosos, por ejemplo el lixiviado de basura, que contienen constituyentes tóxicos que pueden ser convertidos en una forma insoluble. Esto incluyen desechos que contienen metales como arsénico, bario, cadmio, cromo, plomo, mercurio, niquel, selenio, ect.

Las aguas naturales y las aguas residuales adquieren sus características químicas ya sea dentro del ciclo hidrológico, o bien, durante el uso doméstico e industrial. Algunos de los gases, líquidos y sólidos adquiridos, se disuelven pero conservan su naturaleza: otros reaccionan con el agua o con diversos compuestos que existen en el agua para formar nuevas substancias químicas.

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Algunos sólidos pueden permanecer en suspensión, algunos líquidos pueden ser inmiscibles e inactivos, y algunos gases atrapados solo se pueden retener mecánicamente.

La precipitación es esencialmente lo opuesto de la disolución. Por lo que tanto, se comprende la precipitación, como que la solución se pueden basar frecuentemente en la ley de acción de masas y en las constantes de equilibrio disponibles. Sin embargo, la conformación de esta clase no asegura necesariamente que se complete la reacción de precipitación o que las cantidades estequiometricas agregadas sean las adecuadas. Se pueden llegar a requerir cantidades superiores a las calculadas para mantener el comportamiento deseado.

2.4.2 SELECCION DE AGENTES PRECIPTTANTES

Como regla, los precipitantes'" se deben seleccionar entre:

Compuestos quimicos que se encuentran normalmente en las aguas naturales, por ejemplo, los hidróxidos y carbonatos. Cuerpos químicos relativamente insolubles como hierro y aluminio trivalentes; y . en términos generales; Materias químicas que no producen residuos tóxicos, como por ejemplo el Ba2', tóxico que quedaria en solución si se precipitaran los sulfatos del agua potable como Baso4.

Se seleccionó de acuerdo a las características anteriores:

La sosa cáustica que contiene iones hidróxido, los cuales se utilizan para la precipitación de los metales transformandolos en hidróxidos metálicos, para poderlos separar del lixiviado.

La cal sirve para al inicio desinfectar el lixiviado, y poderlo utilizar a su vez como agente precipitante en la eliminación de cantidad del metal que se encuentra en su forma soluble en la solución de lixiviado.

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El EDTA sirve como agente precipitador, es muy eficiente ya que existen complejos en solución los cuales los generan con el fin de depositarlos en el fondo del equipo a utilizar. Pero el problema que esta solución afronta es que es demasiado dañina para poderla utilizar para el proceso subsecuente, ya que podrían elaborar complejos, que podrian de algún modo ser causantes de un posible daño ecológico en su desalojo posterior.

El alumbre se plantea ya que podría de alguna manera ser utilizada en el proceso conjuntado con otro agente precipitador y a su vez se podria analizar sus características como agente precipitante para el proceso de tratamiento.

2.4.3 FACTORES QUE AFECTAN LA PRECIPITACION

Existen varios factores que pueden afectar la solubilidad en el lisiviado. En todo proceso de precipitación, el tamaño final promedio de l a s partículas , su naturaleza cristalina o aforma y el grado de pureza del precipitado depende de varios factores. los más importantes son :

Las condiciones en las cuales se efectúa la precipitación como son la temperatura , Ph, y las concentración del ion común Las características de las sustancias principalmente El tratamiento del precipitado luego de la precipitación.

2.4.4 REACCIONES POSIBLES

Se proponen mecanismos o reacciones que representen la posible secuencia al empleo de la cal para el proceso de precipitación en el liuiviado.

Las siguientes reacciones se llevan a cabo con cal:

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Reacciones t e ó r i E

w2 CA_ Compuesto

Cd" + Ca(@E Cd(OH)2 + Ca'2

CP2 + Ca(O3 -, Cr(OH)2 + Ca'2

Fe+2 + C a ( 0 E , Fe(OH)2 + Ca+2

Ni'2 + Ca(CX -b Ni(OH)? + Ca'2

Pb+2 + Ca(@X Pb(OH)2 + Ca+'

Z d 2 + Ca( @?I Zn( OH)? + Ca"2

C U + ~ + Ca( C1 3 t: pb CU(OH)~ + Ca"2

La concentraxon de efluentes en sus niveles son asequibles por la precipitación del Idróxido: éstas dependen de los metales presentes; el precipitante u t i l k e a : de las condiciones de reacción especialmente del pH; y de la presencz de otros materiales los cuales podrim mhlbir la precipitación.

2.5 ELECTROLISIS

2.5.1 KXDAMENTO

Cuando fluye &ente eléctrica(12) a través de la materia, con frecuencia ocurren cambios químicos permanentes, En algunos casos la energía eléctrica S- desde una fuente externa puede dar lugar a una reacción química 3icho proceso se denomina electrólisis y el sistema al que se le suminisrz la electricidad se le denomina celda electrolítica

. .

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El proceso de electrólisis es muy importante en la industria química, en la industria metalúrgica y en la industria de la galvanoplastia, en el trabajo que nos ocupa, nos inclinaremos hacia el tema de electrodepositación de los metales contenidos en el lixiviado de basura.

Una celda electrolítica se puede construir. En el líquido que se va a electrolizar se sumergen dos conductores eléctricos ( electrodos ). Generalmente estos electrodos están hechos de un material inerte tal como acero inoxidable, platino o grafito. El liquido que se va a electrolizar debe ser capaz de conducir la electricidad; por ésta razón, generalmente es una solución acuosa de un electrolito o un compuesto ionic0 fundido. Los electrodos se conectan mediante alambres a una batería u otra fuente de corriente directa. Se puede pensar que esta fuente de corriente sea una “bomba de electrones” que saca electrones de un electrodo y los obliga a ir hacia el otro electrodo. El electrodo de donde salen los electrones se carga positivamente mientras que el electrodo al que se le suministran los electrones tiene un exceso de éstos y una carga negativa.

El electrodo cargado negativamente atraerá hacia é1 los iones positivos ( cationes ) de la solución. Este electrodo puede donar parte de sus electrones en exceso a dichos cationes o a otras especies en el líquido que se ésta electrolizando. Por tanto, este electrodo es en efecto un agente reductor. En cualquier celda electroquimica ( electrolítica o galvánica ) el electrodo donde ocurre la reducción se denomina cátodo.

Por otro lado, el electrodo positivo atraerá hacía sí iones negativos (aniones) .Este electrodo puede aceptar electrones de aquellos iones negativos u otras especies en la solución y se comporta como por lo tanto como un agente oxidante. En cualquier celda electroquimica el ánodo es el electrodo donde ocurre la oxidación.

2.5.2 REACCIONES DE OXIDO - REDUCCIóN

Los potenciales de reducción(*4’ estándares para algunas mitades de reacción que participan en nuestro estudio de electrodepositacion de metales contenidos en el lixiviado de basura son las siguientes:

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I I

MITAD DE REACCION EOA EOB

I I

-0.7411 - 1.34

-0.41 -1.27

-0.440 -0 88

-0.403 -0.809

-0.126 -0.54

+O. 153 -0.080

+0.771 -0.56

* En Volts.

2.6 FOTOCATALISIS

2.6.1 REACCIONES POSIBLES

El termnino fotocatálisis"" consiste de la combinación de fotoquímico y catálisis, implica que la luz es necesaria para acelerar la reacción de transformación .

Fotocatálisis puede ser definida como " Aceleración de una fotoreacción por la presencia de un fotocatalizador " .

El catalizador puede acelerar la fotoreacción por la interacción con el sustrato en un estado exilado. Cuando la luz es absorbida por el catalizador, el sistema representa una fotoreacción, la cual puede ocurrir por cualquier vía de transferencia de energía. Se representa como las siguientes reacciones:

17

C

C" + S

*S

* c + S

S -

C ' + P

_____, * C - * S + c

P - S - + c - P - - P + c

* ESTADO EXCITADO

2.6.2 FOTOCATALIZADOR

A diferencia de los metales, los semiconductores se caracterizan por su baja conductividad, en un sólido, los niveles electrónicos están distribuidos en bandas, la banda ocupada, de mayor energía, se denomina banda de Valencia y la no ocupada, de menor energía, banda de conducción. Para un semiconductor. la separación entre estas bandas esta comprendida entre 0.7 y 3.5 eV . aproxinladamente. En estos materiales es posible la excitación de electrones de la banda de Valencia y la de conducción . sea por excitación térmica o bien haciendo incidir luz de energía superior a la zona prohibida (band-gap) del semiconductor. tanto los electrones en la banda de conducción como los huecos en la banda de Valencia, pueden desplazarse bajo la acción de una diferencia de potencial, contribuyendo a la conductividad del semiconductor.

Las cargas electrón hueco ( e- -h" ) generadas cuando, por ejemplo. se irradia un semiconductor con luz suficientemente energética, pueden ser reactivas dependiendo de la posición de las bandas y del bandgap energético que los separa.

18

Bajo iluminación, cuando se pone en contacto un semiconductor con una disolución que contiene una o varias especies REDOX, pueden tener lugar reacciones de oxido reducción en la interfase semiconductor-electrolito. Por lo tanto l a s cargas e- -h’ fotogeneradas migran hacia la superficie del semiconductor y reaccionan con especies en disolución de potencial adecuado.

Entre los semiconductores mas utilizados,’ de bandgap grande son: TiOz , ZnO , CdS , W03.

2.6.3 REGENERACION DEL FOTOCATALIZADOR

La actividad de un catalizador‘”), es decir, el numero de moles de reactivos que es capas de transformar por unidad de tiempo y por unidad de unidad de masa ( Actividad especifica ): tiende a disminuir con el tiempo de empleo .

Esta variación decreciente y continua del catalizador, se denomina desactivacion . Cuando la desactivacion se realiza lentamente, se llama “Envejecimiento”, en tanto cuando es brusca, generalmente se trata de un fenómeno de “Envenenamiento”. Una tercera forma de desactivacion, es la originada por el deposito de carbón, sobre la superficie del catalizador.

Por regla general, la textura y estructura de los catalizadores son termodinamicamente inestables a la temperatura a la cual se les emplea, y esta es la razón fundamental del envejecimiento. Las causas más comunes de éste son:

Recristalizacion de la masa catalitica. Aumento del tamaño de los partículas activas con la consiguiente disminución del area activa expuesta. Reacción química entre los distintos componentes del catalizador que lo hacen evolucionar a formas inactivas. Perdida de materia activa.

Diversos fenómenos de desactivacion son parcialmente reversibles. En estos casos, mediante tratamientos denominados de regeneración o reactivación. puede conseguirse la recuperación total o parcial de l a s propiedades iniciales del catalizador. Las operaciones de regeneración mas frecuente son :

19

Quemado de los depósitos de Carbón. Desorcion de las impurezas depositadas mediante arrastre con comentes

Adición de reactivos. gaseosas.

La técnica para la recuperación del catalizador envenenado por la presencia de especies metálicas en el lixiviado es la siguiente:

Decantar el contenido del reactor separando el catalizador. Preparar una serie de recipientes en donde se lavara el catalizador , los cuales contienen una solución de HCl O. 1 N. Agregar el catalizador en la solución . Decantar de nuevo extrayendo el catalizador. Agregar nuevamente el catalizador a la solución . Esta operación es repetida en los últimos tres puntos.

Finalmente es decantado el catalizador, y colocado en una mofla donde se le aplicara un proceso térmico, aumentando paulatinamente la temperatura hasta alcanzar 400 O C .

Puede utilizarse en vez de HC1 O. 1N el HNO3 O. 1N. la proporción puede ser de 10 ml. de solución / gr. de catalizador. También puede utilizarse H2S04 diluido y agua regia.

Sin embargo éste proceso puede resultar costoso.

20

I11 PARTE EXPERIMENTAL

3.1 DESINFECCION

Para queel lixiviado pueda ser utilizado como muestra de análisis necesita una desinfección que elimine la gran cantidad de bacterias coliformes que presenta, a s í como también impedir su crecimiento. Para esto fue utilizada un método de desinfección de radiación, el cual se describe en el Apéndice E. Se requirió de una lampara germicida de radiación ultravioleta.

3.2 METODO FISICOQUIMICO

Es importante en nuestro estudio conocer la composición del lixiviado de desechos sólidos, esto es el punto de partida en nuestra remoción de metales indeseados, que contaminan e mhiben el proceso fotocatalitico posterior, el proceso fisicoquimico consiste en agregar un agente precipitante. Enseguida se muestra en la tabla de abajo los valores de composición que obtuvimos del lixiviado a tratar con este método.

PARÁMETRO VALORES COMPOSICI~N AL INICIO (ppm.) PERMITIDOS (ppm.)

FIERRO Fe

0.001 0.0025 CADMIO Cd 0.005 0.300 PLOMO Pb 5.000 0.250 ZINC Zn 1 .o00 0.250 COBRE c u 0.300 16.000

DQO 1 O00 11620

Tabla 1 . Composición del lisiviado recolectado en Santa Catarina.

21

Este método constó de dos partes:

- Selección del agente precipitante - Remoción de metales

3.2.1 SELECCIóN DEL AGENTE PRECIPITANTE

Se seleccionó un grupo de agentes precipitantes, basado en su capacidad de precipitar metales y en su costo . los cuales son:

Sosa NaOH Cal CaOH Alumbre EDTA

Para poder definir cual de ellos puede remover la mayor cantidad de metales contenidos en el lixiviado se siguió el siguiente procedimiento:

En un reactor batch experimental se agregó una cantidad de agente precipitante y un volumen de lixiviado previamente desinfectado, se mantiene con agitación durante un determinado tiempo.

En esta fase se agregó un volumen de 300 ml de lixiviado, se mantuvó con agitación por más de 2 hrs. hasta que se formó un precipitado, en presencia de aire para agilizar la transferencia de masa; se agregó las cantidades de agentes precipitantes mostradas en las siguiente tabla.

AGENTE PRECIPITANTE CANTIDAD AGREGADA ( g. ) CAL

10.0 SOSA 8.0 EDTA 10.0 ALUMBRE 6.0

TABLA No.2 Cantidad agregada de agente precipitante.

22

3.2.2 REMOCIÓNDE METALES")

Esta parte esta formada por dos fases :

Fase I, Precipitación con Cal y precipitación con mezclas

Fase 11, Variación del tiempo en la precipitación con Cal. CaVSosa.

FASE I

Para encontrar a que cantidad o cantidades se obtiene una máxima precipitación se utilizo el procedimiento descrito anteriormente: el volumen de lixiviado fue de 100 m1 y el tiempo de trabajo fue de 2 hr. no se utilizó aire, Las cantidades agregadas se muestran en la siguiente tabla:

MUESTRA MASA DE SOSA ( g. ) MASA DE CAL ( g. ) 1 0.0 0.5

I 2 1 .o 0.0 i 4

0.85 3.15 10 0.4 1.6 9 0.3 1.2 8 0.2 o. 8 7 o. 1 0.4 6 0.0 4.0 5 o. o 2.0

TABLA No. 3 Cantidades agregadas de Cal y Sosa ó mezclas CaVSosa .

23

FASE I1

Por ultimo se trabajó con Cal solamente, Se siguió el mismo procedimiento anterior, pero ahora se consideró importante conocer la variación del tiempo, éste se varió con el fm de conocer cuanto tarda en alcanzar una máxima precipitación; se utilizó una masa de agente de 24 g. y un de tiempo de dos horas, el volumen de lixiviado fue de 1.200 It; cada intervalo de 20 min . se tomo una muestra.

3.3 METODO DE ELECTRODEPOSITACION

En la experimentación se uso un reactor batch electroquimico('3'. Este reactor, opera mediante un par de electrodos los cuales hacen el papel de ánodo y catodo, estos electrodos están hechos de carbón vitrio optándose por ellos debido a que podemos garantizar que no se disuelvan éstos electrodos en la solución y de esta manera afectar los resultados obtenidos, también participa en dicho reactor un electrodo de referencia, un sistema de burbujeo ( gas nitrógeno ), el cual nos ayuda a desplazar el oxigeno disuelto en la solución, esto para evitar que el oxigeno se reduzca u oxide y así no intervenga en el análisis de las soluciones experimentadas, los electrodos de trabajo y el de referencia experimentan un cierto voltaje provocado por un voltamperímetro, la respuesta de esta experiencia se manda hacía un analizador electroquimico, y éste a su vez manda la respuesta a una PC, la cual traduce la respuesta en un gráfico de volt-amperornetria cíclica, ( ver apéndice C ) la cual, conociendo el ph de la solución, nos da indicios de la existencia de algunos metales.

La muestra a emplear fue a una concentración del 10% de lixiviado tratado previamente con la cal, en este proceso de electrodepositación se puede lograr la depositación de los metales conociendo el voltaje de trabajo.las tres voltamperometrias se realizaron con pH ácido controlado y con la utilización de un electrolito como soporte en el lixiviado con el fm de estabilizar la seiIal del voltímetro para operar correctamente el PC, ya que se tiene que registrar este numero a dicho PC, para poder barrer correctamente la obtención de la voltamperornetria.

24

3.4 PROCESO FOTOCATALITICO

En un reactor provisto de una lampara(6) areacion y agitacion ( figura No. 1 ) Se agregó 800 m1 de lixiviado proveniente del proceso fisicoquimico, se adicionó 2 gr de oxido de titanio, se mezcló antes de ser vaciado al reactor, en el reactor se mantiene en agitacion durante 5 h r s . Cada hora se agrega 2 gr. de catalizador para remplazar el catalizador contaminado por la presencia de Fe y Pb.

FIGURA No 1 REACTOR FOTOCATALITICO

25

IV RESULTADOS

4.1 PROCESO FISICOQUIMICO

Para poder decidir cual es el mejor precipitante de nuestro grupo seleccionado, se agrego la cantidad mostrada en la siguiente tabla, obteniéndose las siguientes concentraciones, usando absorción atómica ( .apendice E ).

I I

PARÁMETRO ALUMBRE 1 EDTA SOSA ~ CAL 1

MASA ( g. ) 8.000 1 10.00 j 6.000 ' 10.000 COBRE (ppm.) FIERRO (ppm.)

0.200 I 0.200 0.210 O. 125

O. 180 i 0.220 o. 200 O. 160 PLOMO (ppm.) 14.75 I 15.75 16.00 10.00

TABLA No. 4 Cantidades de metales presentes después de precipitar con los agentes precipitantes.

En la precipitación con alumbre se observa una formación mayor de iodos; la coloración del lixiviado cambia de negra a verdosa, presentó el menor rendimiento.

En el caso de la sosa y el EDTA la formación de lodos es menor que en las demás, sin embargo la cantidad agregada es mayor esto repercute en el costo ya que es mas elevado como se puede ver en la gráfica No. 8 y No.9 del apéndice B.

El mejor agente precipitante fue la Cal, presenta el costo mas económico, la menor cantidad agregada y el mas alto rendimiento, alcanzó una reducción de:

f c u 53 Yo Fe 41 YO Pb 3 6 %

c u 53 Yo Fe 41 YO Pb 3 6 %

26

Posteriormente se trabajo con las cantidades mostradas en la tabla de abajo de Cal y de Sosa, debido a que fueron los mejores agentes precipitantes de la parte anterior. Obteniéndose la remoción siguiente:

MUESTRA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

~~

1 .o 0.0 1.5 0.0 2.0 0.0 4.0 0.0 0.4 o. 1 O. 8 0.2 1.2 0.3 1.6 0.4

3.15 O. 85

TABLA No. 5 Muestra el porcentaje de remoción de metales utilizando Cal y mezclas CaVSosa.

La muestra que mayor rendimiento presento fue la muestra 5 donde se agrego 2 g. de Cal , los porcentajes removidos fueron:

Fe 58% Cu 28 % Pb 38%

Los resultados obtenidos para una cinética basada en la precipitación con cal se muestra a continuación:

27

TIEMPO 1 O 20 I 40 1 60 (min.) I i !

I ~ i I I I

I FIERRO (mm) ¡ 16 14.5 1 14.0 1 13.25 COBRE (ppm) 0.25 1 0.1 ZINC (ppm)

0.0025 j 0.0003 1 0.0 ~ 0.0 CADMIO (ppm) 0.175 , 0.125 0.3 I 0.225 PLOMO (ppm)

0.25 0.25 0.25 0.25

1 DQO (ppm) , 11620 ~ 11304 1 11200 1 11060

I ' 0.0 o. o

80 T

11.5 o. o

0.25 o. 125 0.0

10640

PO0 1 120

I ---"- 7.5 I 7.25 0.0 I 0.0

TABLA No. b Dependencia de las cantidades presentes con el tiempo

28

. .

en la gráfica de abajo se puede ver esta remoción:

REMOCION DE Cu, Zn, Pb y Cd.

J

-0.05

t TIEMPO

GRAFICA No. 1 Comparación de remociones.

La remoción de metales y de DQO es la siguiente:

19

Ver apéndice B, Con los resultados anteriores se observa que la cantidad de cal adicionada óptima es: 2 gramos/lOO ml. de lixiviado en un tiempo de 2 horas en el Reactor Batch.

4.2 METODO ELECTROLITICO

Se utilizó un reactor electrolitico experimental, con el fin de obtener una vía para el tratamiento del lixiviado, así como para determinar con ayuda del voltímetro y el aparato electroquimico, la comente y potencial al cual se electrodepositan los metales contenidos en el lixiviado después de aplicarle el proceso de precipitación.

En las gráficas de voltamperometricas realizadas en el laboratorio se lograron obtener, con la utilización del aparato electroquimico, con el voltímetro y con la PC, todas señales incluso el ruido, con lo que tuvimos cuidado de no meter dicho ruido en la señal que se manda al PC, para poder obtener resultados mas satisfactorios.

La primera voltamperornetria que se muestra en el apéndice C, con Ph controlado (pH-10) muestra en la región de reducción, la curva formada, lo cual implica la deposición del plomo en el voltaje que ocurrió esto fue de -200 mV, con la ayuda de la bibliografia se puede observar en el electrodo de sulfatos, en la reacción para estos sulfatos se obtiene un potencial, este nos va a servir para ser nuestra referencia y poder para poder obtener el potencial a la cual las especies se depositan que en este caso especifico con la voltamperometria fue la de plomo.

En lo que se refiere a la segunda voltamperornetria del apéndice C. Se obtuvo solamente la deposición del cobre cuyo potencial fue de -800 mV, la cual se puede verificar en la bibliografia el potencial a la cual aparece tal metal. Esta voltamperometria fue realizada con pH ácido controlado con una velocidad de barrido de 25 mV/s, esta velocidad se propuso con el fm de poder observar mas cautelosamente la deposición de algún metal.

En lo que se refiero a la tercera voltamperometria, aquí se manifestó de alguna manera la depositación de 2 metales esencialmente fue Fe y Pb, el fierro se electrodepositó con el siguiente voltaje de -700 mV, con la ayuda de la bibliografia para poder garantizar que realmente fueran estos metales. La velocidad de barrido de esta fue de 25 mV/s; a su vez con pH de 2 controlado y con un electrolito como soporte como lo fue el NaCl con concentración 0.5M.

30

En el proceso de Electrodepositación la eliminación de metales debe ser casi total, esto se logra imponiendo un potencial al cual se lleva. acabo la Electrodepositación del fierro, cobre, plomo, basándose en las voltametrias cíclicas descritas en el apéndice. se encontró los voltajes a los cuales se llevo acabo la electrodepositacion, son Pb -200 mV, Fe -700 mV y Cru -800 mV.

Encontrando su potencial redox se puede observar las especies metálicas que se oxidan y reducen mediante la voltametria cíclica tomando como referencia la oxido-reduccion del agua, que no presenta ningún pico, que represente alguna especie metálica.

Mediante el proceso anterior se elimino los iones metálicos presentes en el lixiviado, esto sirve como principio para poder aplicar un proceso fotocatalico para eliminar sustancias orgánicas contaminantes. Sin embargo se requirió primeramente de un proceso de eliminación de compuestos orgánicos para operar mejor, mediante la agregación de ácido y calentamiento ( Digestión ), además de un control de pH en 2 agregando una base, para poder eliminar los metales; que para este tratamientos son cantidades muy pequeñas y por lo tanto no hacen factible este proceso, debido a que las condiciones antes mencionadas no son fáciles de conseguir.

4.3 PROCESO FOTOCATALITICO

Despues del tratamiento fisicoquímico se aplicó el proceso fotocalítico, ya que el proceso electroquímico no se pudo llevar acabo por la presencia de compuestos organicos en el lixiviado, obteniendose los siguientes resultados.

TIEMPO (min.) 0.0

PLOMO (ppm.) FIERRO (ppm.) DQO (ppm.) O. 125 7.25 9800

I I t 30 8360 6.7 o. 1 ~~

60 5560 6.3 o. o9 1 ~

90

0.0 2.1 1480 240 0.0 2.3 1480 210 0.0 3.2 1800 180 o. 02 3.8 2040 150 0.05 4.5 2200 120 O. 07 5.1 3560

Tabla No. 7 Remoción en el reactor fotocatalítico.

31

Se trato de regenerar el catlizador, a traves de baños de acidos y exponiendo10 a temperaturas altas en una mofla, pero al volver a utilizarlo la remoción resultó minima; por lo cual se agregd catalizador fresco.

Obteniendose los siguientes porcentajes fmales ( ver apendice D ):

,/

i 1 Fe 86.8 %

! Pb 100% I ~ DQO 8 7 % i

la rernocion total obtenida es:

INICIO PROCESO ESPECIE YO FISICO ppm.

QUIMICO REMOV. PPm*

Fe

58 0.125 0.3 Pb 100 0.0 0.25 Zn 100 0.0 0.25 c u 57 7.25 16

Cd I 0.0025 I 0.0 I100 DQO 111620 19800 I 15.66

PROCESO FOTOCA

REMOV. TALITICO Y O

PPm* L I 100 1 O0

0.0 I100 I 1480 I 87.2 I

Tabla No. 8 Remociones totales alcanzadas experimentalmente.

32

Los lodos producidos en los procesos pueden ser utilizado en las siguientes industrias: El lodo con cal se puede utilizar en la industria de los materiales de construcción, y el catalizador se puede regenerar o utilizar en la industria de las pinturas. o en su defecto ambos lodos se pueden emcapsular o mandar a una empresa que trata este tipo de desechos.

La comparación con procesos fotocataliticos similares es la siguiente:

LIXrVIADO

DQO (ppm.) DQO (ppm.)

LIXIVIADO AUTOKES REMOCION TRATADO PURO

SORIA et.al. 3860 WEICHGREBE et. al.

94.5 % 400 7300 80.5 % 750

I ESTE TRABAJO I 9800 I 1480 1 84.8 % I

TABLA No. 9 COMPARACION CON OTROS TRABAJOS.

33

V DISEÑO DE LA PLANTA

5.1 ANTECEDENTES

5.1.1 CANTIDAD MAXIMA DE LIXIVIADO

La cantidad maxima de lisiviado es de 0.56 Lt/s (43200 Lt/dia), calcul ado con ayuda del paquete HELP. Se propone utilizar esta cantidad para someterla al proceso, y seran 2 cargas al dia. debido a que el tiempo de residencia en el reactor fisicoquimico es de 2:OO horas ~7 de 1:OO hora para la etapa de sedimentación, para el tiempo de recambio es de 1 :O0 hora. ademas de 5 hrs. en el reactor fotocatalítico.

Es decir que seran 16 horas de trabajo durante el dia. con dos turnos de 8 hrs. la cantidad de lixiviado que no se trate durante el dia se tiene que reposar en las fosas.

Ademas se mezclara el lisiviado recolectado en tiempo de lluvia ó el agua recolectada, con el recolectado cuando no llueve, esto para tener un liviado con una misma apariencia.

5.1.2 CANALES

En las cercanias del tiradero de Santa Catarina, existen unos canales cuya longitud es de 2300 m. estos se encuentran estancados. debido a que en estos hay material voluminoso.

Se propone rediseñar estos, esto va a facilitar el transporte del lixiviado para su tratamiento posterior.

La red de canales existente en el tiradero de Santa Catarína se encuentra distribuido como se muestra en fig. 1, cabe mencionar que éstos canales requieren de mantenimiento constante ya que el aire arrastra basura a los canales provocando que se tapen y los lixiviados se desborden formando varios charcos. Esto provoca la propagación de enfermedades hacia las comunidades aledañas y sobre todo se desprende un olor muy desagradable el cuál cubre un área muy extensa.

34

Volcán la caldera 1

x- Pue.

Lixiviados

F'igura 1. Croquis que muestra la distribución de la red de canales que se encuentra en el tiradero.

_____

as¡ como su localizacion

la longitud de los canales se muestra en la figura 2.

figura 2. Croquis que muestra la longitud de los canales (2897m totales).

35

5.2 LOCALIZACION DE LA PLANTA

~

I Volcan la caldera

! \, Federal Mex- Pue.

I

! i ,

figura 3. Croquis que muestra la localización de la planta.

36

5.3 DISTRIBUCION DE L-A PLANTA

I I p - " " 1 I I

REACTOR

I QUlMlCO

SEDIMENTA . . PEPARADOR 1

DO!? DE !XTALIZADO~

I ,

~ ESTACIONAMIENTO

37

5.4 DIAGRAMA DE FLUJO

U I

21600 Lt. L1X. DQO 1 1600

Fe 16 ppm. P P . r I 432 Kg. CAL 4 I

r

2033 Kg. LODO

Fe 8.75 ppm DQO 1820 ppw

19999 Lt. LIX. DQO 9800

Fe 7.25 ppm.

199 Kg. Ti02

-5 aire I

220 Kg. de CATALIZADOR DQO 8320 ppm.

19978 Lt. LIX:

Fe 2.1 ppm.

Fe 5.15 ppm.

38

5.5 OPERACION

TAMAÑO DEL TERRENO

70 m. X 50 m.

OPERACION

Limpieza de equipo bimestral

Dias de operacion 320

Durante 20 años

PERSONAL

Ingeniero Quimico

2 Operadores

Encargado del mantenimiento

Secretaria

39

5.6 DISEÑO DE EQUIPO

5.6.1 DISEÑO DE LA RED DE CANALES

El canal será construido de tabique, base del canal tendrá 0.28m, el fondo 0.28111 y el grosor de pared de 0.14111. L a longitud total de los cmales suman 2300.00 m. El interior del canal será recubierto con pintura especial y rellenado con material poroso ( Tezontle j para ayudar al transporte del lixiviado y evitar la evoparacion del lixiviado debida a la radiacih solar,(ver figura 4 1

La primera fosa captará los lixiviados, recuperados durante todo el año a csccpcibn dc los rccupcrados cn Cpoca dc lluvias, dstos Frimcros scrim conducidos hacia la fosa por medio de los canales antes mencionados.

El estanque será cuadrado de 5.00m de lado interior y una altura de 3m, con un grosor de paed de 0.25rn, el estanque serri construido con material de varilla de 1/2", reforzado con varilla de 3/8" y rellenado de concreto. (ver Íígura Sj.

49

!

I I I

! I

I

' 2.5 I i i I

fig.5

La segunda fosa captará los lixiviados recuperados exclusivamente en Cpoca dc lluvia 6 agua, Cstos scrim conducidos dc igual rnancra y la fosa scrá construida del mismo material, el estanque será cuadrado de 5.00m de lado interior, una altura de 3.75 m con un grosor de pared de 0.25m,(uerjigura 6 . )

3.0 m.

FIG. 6 Diseño de la segunda fosa para almacenar los lixiviados recuperados durante ia época de iiuvia.

41

5.6 3 DISEÑO DE LOS SEDIMENTADORES

El diseño del sedimentador'20' se basa en una serie de datos gráficados, calculados a partir cic datos dc ticmpo cic scdimcntación, calculados cn una probeta aprovechando la diferencia de densidades de las componentes de la mezcla; Consta de dos partes :

Calculo del area del espesador Calculo dc la profundidad del cspcsador

CALCULO DEL AREA DEL ESPESADOR

Se graficó los datos de Concentración vs. Velocidad ( gráfica No.2 del aptndicc F ) dondc la pcndicntc cs igual a:

VL=(Zi-ZL)iOL I

DONDE: VL Velocidad de asentamiento. ZL Altura dc la intcrfasc. Zi Altura que ocuparía el licor ( obtenido gráficamente

0L Tiempo con IC? interfase. grática No. 1 ).

Además otro caiculo importante es el de CL ( concentración de sólidos ) que se defin, p como:

I CL=Co*Zo/ZL

Se construye la siguiente tabla con todos los datos anteriores.

42

0.0166 18.5 j 16.1 144.57 20.00

0.0500 15.0 9.0

I 0.0833 I

113.63 j 26.42 14.0 i 6.5 O. 0666 120.00 I 24.66

108.04 I 28.46 13.0 I 4.0

!

! 0.0333 I

4 I da33 -3 j 22.42 I ? i L . i 16.5

1

o. 1 O00 30.83 1 o1 .o0 12.0 I 1.9

TABLA No. 2 DIFERRENTES VALORES CALCULADOS A PARTIR DE LOS DATOS EXPERIMENTALES

BALANCE DE SOLIDOS

Tomando en cuenta la siguiente figura No.2

Lo c o DERRAME

FiGiJRk ho. 2 ENTRADAS Y SALDAS DEL SEDIMENTADOR

43

Lo c o = Lu c u => Lu=LoCo/Cu ......( I) Donde LI Ci = Cantidad de sbfidos

L o ( p 0 - C o ) = L u ( p w - C u ) .. . . . . . . . . . . (2)

Combinando (1) con (2)

v=Loco(1/co - 1 / cu ) ............. (3)

Dividiendo entre S (sección) y sabiendo que v = v/s ~ finalmente queda:

> L C L / S = v / !I/c~ - I/C~ pav/pw ) 1

Donde : pav Densidad promedio de la solución. pw Dessidad de! !iquids clarcj.

se construye la siguiente tabla:

I I I I

144.5 1 0.0200 1 7.0 0. 95 1 2.220 1 133.3

5.56 O. 53 0.0284 1 14.78 108.0 9.69 ! 8.81 0.0264 1 12.12 * 113.6

0.98 j 28.31 0.0224 5.35 120.0

0.67 j 5.87 17.56 O. 0308 1 O1 .o

0.81 1 13.35 0.0246 I 9.35 j

!

44

Se construye una gráfica de ( L CL ) /S vs. V ( gráfica No.3 apéndice F ). sc obticnz cl valer rninimo dc ghfica y sz sus t ibq~ cn la siguicntc

ecuación:

S= L C / [ L C / S ] m i n .

Donde : L C es la cantidad de sólidos

El sedimentador recibirá un volumen de 21600 It. Proveniente del reactor fisicoquhico, con -ma cantidad de d i d o s de 2033 Kg.

Y finalmente el diámetro U es:

Sustituyendo los valores obtenidos queda:

S = ( 2033000 g. ) / (5.560(g/cm2) ) = 365647.48 cm2

y D = ( 4 ( 365647.48 ) / 3.1416 ) = 682.31 cm.

por 10 tanto :

45

CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL ESPESADOR‘”’

CALCULO DEL VOLUMEN DE LA ZONA DE COMPRENSIóN

El volumen de zona de comprensión se define como:

Vol. de zona de compresión = Vol. ocupado por sólidos + Vol. ocupado por

líquidos

En forma matemática

donde :

( 8 - 8c ) Tiempo de residencia de compresión Lo Co Masa aiimcntada dc sólidos = 2033 Ko t, wl Masa del liquido ws Masa del solido PS Densidad fase sólida = ? 0 Pl ec Tiempo critico = 2.1 min.

-. Densidad fase liquida = 1.1 g/ml

( gAficamcntc ) ( gráfica No. 1 )

además Z 00 Altura máxima del sólido = 1.8 cm. ( gráfica no.4 ) Valor de la integral ( p i f i a No.5 ) = 18.59 ( grhficmerlte )

46

Se construye la siguiente tabla

In c) ( hrs. 1 jzi-zmu)i(zo-mm) 1 (zi-zm)/(zo-zoo) wliws

0.01 66 19.0 -0.155 O. 856 ! -

I 0.0333 G.616 15.6 0.0500

11.5 -1.269 0.281 0.0666 13.2 -0.841 0.431

! I -0.484 ! - !

L

0.0833 -5.1 19 I 10.0 O. 006 o. 1 O 0 0

10.1 -2.032 0.131

TABLA N0.4 VALORES QUE NOS AYUDAN A RESOLVER EL VALOR DE LA INTEGRAL PARA ENCONTRAR EL VOLUMEN.

Sustituyendo los datos se obtiene V = 38342712 cm-’

La altura se define como L = V / S dondc S ticnc ir1 valor calculado mtcriomcntc

Por lo tanto la altura es L = 1.04 m. con 1x1 factor de 1594 de sepridad T. = 1.2 m.

además se recomienda agregarle

Distancia de fondo Capacidad dc ahacznmicnto Sumergencia de alimentación

= 1 f i . = If: = l f t

3 fi = 0.91 m

sumando todo lo anterior queda:

O ALTURA = 2.41 m.

47

DISEÑO DEL SEDIMENTADOR 11

Este sedimentador recibira un volumen de 19999 Lt. proveniente del Reactor Fotocatalitico y rernowra 220 Kg. de catalizador envenenado.

Con el método utilizado en el diseño del sedimentador anterior y los datos cspcrimcntalcs siguicntcs:

I t) ( k m . j

o. o

1.5 O. 116 1.7 o. 1 O0 1 .8 @.O83 1.9 0.066 2.0 0.050 2.5 0.935 3.0 0.016 6.0

t

TABLA No. 5 DATOS EXPERIMENTALES PARA EL DISEÑO DEL SEDIMENTADOR

Se obtiene:

48

5.6.4 DISEÑO DE LOS REACTORES.

TAMAÑO DEL REACTOR

El tamat?o del reactor considera el tiempo de residencia y la cantidad de lisiviado a scr proccsado, con c1 fin dc tram la cmtidad dz lisiuiado proccsado en la etapa anterior.

Para l a s 24 horas de trabajo, el análisis es el siguiente:

Para poder procesar la cantidad máxima de lixiviado de 40000 Lts/día en el rcactor, dividida CE 2 cagas.

Para poder proponer un tamaño adecuado del reactor se propone que se utilice abarcar esta cantidad de lixiviado y d d e un margen del 15%. E2 cual resulta de 25 m 3 .

Los valores característicos de diseño del tanque fotocatalitíco son los siguicntcs:

DISENO DEL TANOUE:

Cantidad de lixiviado= 40000 Lt/día

Cantidad a tratar de lixiviado en el reactor = 19999 Lts

Volumen real del reactor considerando el 15% = 25000 Lts = 25 m3

Volumen de un cilindro = n: r2 h = 25 m3

Se empleará el diseño estándar para tanques:

Para el diseño de los tanques se recomienda que la altura sea aproximadamcntc igual a la dc su di&nctro(2'), cs dccir cl calculo siguicntc sc basa en este hecho:

h = 3.0m D=3.0m

49

Las ecuaciones de diseño para obtener todas las dimensiones del reactor serán:

Características del reactor

E = 1.0 1 fondo del reactor , Altura del agitador con respectn a!

I) a = 1.0 1 Longitud del agitadol-(”’ J = 0.25 Espesor de la placa deflectora

, Altura del tanque H = 3.0 = 3.u Diámetro del imyue

Dimensiones (m.) 1

AIlCllO del agitador ~ T i - i r r-, I-. I w = U.LU

~

Longihid del agitador I T . = 0.25

éste reactor estara provisto de lamparas de luz UV

Las caracteristicas del reactor fisicoquímico, calculadas de igual forma, serán:

Características del reactor

E = 1.0 fondo del reactor Altura del agitador con respecto al Longitud del agitador !U ,= 1.6

J = 0.25 Espesor de la placa deflectora H = 3.0 Altura del tanque Dt= 3.ü Dihxiro del tanque Dimensiones (m.)

Longihid del agitador L. = 0.25 A I l C h O del agitador ‘ W E 020

50

VI COSTOS

6.1 COSTO DE LA RED DE CANALES

La longitud total de la red es de 2300m. Cotizada en pesos.

MATERIAL PRECIO UNITARIO TOTAL

5 1.52 mill. tab. $ 520.00 $ 26 790.00

12.88 ton. cemento $ 1 080.00 $ 13 910.00

28.64 cam arena $ 360.00 $ 10 310.00

9.00 ton. cal $ 560.00 $ 5 040.00 """""""""""

$ 5 605.00 USD.

6.2 COSTO DE LAS FOSAS

La primera fosa se costea como se indica a continuación y todos los prccios c s t h cotizados cn pcsos.

Material Precio unitario

150 v a . ( 1 / 2 3 52.00

80 var. (3/8") 28.00

4 ton. cemento 1 080.00

3 Pintura esp. 760.00

Arena 350.00

Grava 350.00

Total

7 800.00

2 240.00

4 320.00

2 280.00

350.00

350.00

Mano obra. 9 000.00

$26 340.00 """"""""_

La segunda fosa se costea de igual manera como se indica a continuacibn y todos los precios est& cotizados ca pesos.

Material

180 var. ( 1/2")

105 var. (318")

6 ton. cemento

4 Pintura esp.

l . 5Arena

1 .5 Grava

Mano obra.

Precio unitario Total

52.00 9360.00

28.00 2 940.00

1 080.00 6 480.00

760.00 3 040.00

350.00 525.00

350.00 525.00

1 1 000.00

S 33 870.00 """"""""-

6.3 COSTO DE LOS SEDIMENTADORES

El material de construcción del sedimentador es acero inoxidable, ya que la vida dc LE rr;ztcria't plistico cs mcnm bajo las condicioncs dcl lisiviado, usando como base de cálculo el diámetro se obtiene un costo de $192000 . USD"" .

6.4 COSTO DE MANTENIMIENTO 30000 $ USD.

52

6.5 COSTO DEL TERRENO

160 $/m2 Se necesita 3500 r n 2

6.6 COSTO DE SERVICIOS GENERALES

Agua 1536 $ Limpieza 2338 S Energia 28620 $ otros 6000 !$

fOf31 7Q594 R

6.7 COSTO DE LA MATERIA PRIMA

Cal TiO;

6.8 COSTOS DE LOS REACTORES

Los costos'22) fueron obtenidos apartir de los calculos con las correlaciones dc los ~ ~ C U ~ G S Chcmicai cnginccring, y 02- ios málisis dc los indiccs dc acuerdo al año de 1998.

El cosumo de potencia para el agitador: 6.64 hp El costo dcl @tador: $4.5 X 1 Q3 ddrlarcs El costo de compra del reactor: $ 5 103.5 16 dólares El costo de instaiación : S 38788.856 dólares

53

6.9 RESUMEN DE COSTOS

€¿ED DE CANALES

FOSAS

SEDIMENTADORES

MANTENIMIENTO

TERRENO

SERVICIOS GENERALES

REACTORES

TUBERIA Y BOMBAS

MATERIA PRIMA

OTROS

$ 5 605.00

$ 10 021.00

$ 289 000.00

$ 30 000.00

$ 56 000.00

$ 77 188.00

$ 345 177.00

$ 5 000.00

$ 210 920.00

200 000.00

TOTAL $ i 228 91 1.00 USD.

54

VI1 CONCLUSIONES

Ell uIl ih-&,ü &. Isl í.ullil.c&li de ylw”uc;ii &-&u .$

ambiente, puede contaminar mantos fieaticos con su infiltración en ellos, este trabajo presenta una propuesta de planta tratadora del mismo; utilizando una

experimentos. Los componentes de esta planta son: Un reactor fisicoqumco, un reactor

Fotocatalitico; y 2 sedimentadores. Primeramente era necesario remover las especies metálicas; esto se logró con

ia adición de un agente precipitante, se experimento con: Aiumbre, Zai, Sosa y EDTA: con la Cal se alcanzó remover 57% de Fe. 58% de Pb. 15.66% de DQO, y el 100% de Cu, Zn y Cd. de las cantidades presentes al inicio; Cabe mencionar que st: expenmenib con un proceso t:iec:uoiíiico ei cud no dio buenos resultados debido a la presencia de demasiadas especies orgánicas que mhiben su buen funcionamiento, adémas las cantidades de metales presentes

de equipos. Y a elminados la mayor cantidad de especies metalicas se utlilzó un proceso

fotocatalíticc para eliminar las especies orginicas; alcanzandos6 finalmente una remoción de 86.8% de Fe, 87.2% de RQO y 100% de Pb.

La cantidad de iixiviado a tratar diariamente es de 432üü it. [ dividida en 2 cargas ) de lixiviado formado en el tiradero de Santa Catarina localizado al Oriente de la Ciudad de México; la planta se propusó estar localizada frente a hit : iiraciero.

En el Reactor Fisicoquímico es agregada una cantidad de 24 gr. de cal / Lt de lixiviado, se mantiene en agitacion 2hrs.; posteriormente en un

unos lodos los cuales son tratados en un futuro para poder ser utilizados en materiales de construcción.

del Reactor Fotacatalítico, son agregados 6 gr. de Ti02 / Lt como catalizador, se mantiene con agitaclon 4 hrs. en presencia de arre. por ultlmo pasa a otro sedímentadnr donde se sepm-3 el lixivimln tmtadn y el cnt~limdor contaminado, el cual es regenerado en otro proceso o utilizado en la industria a de i a s pinturas. i 228 3i i .üu ÜSU. es ei costo de ía pianta, no puede cuestionarse economicamente ~7a que el beneficio es ambiental.

yj~ n r n r r c n c ( f i ~ i m q ~ i m j c ~ y f i t ~ r z t ~ , l i ? i c ~ ) , h ~ _ c & d ~ m _ c ‘ 2 llqq & r-------

rg r! !iyj+dg _cr,E m ” q 7 ?mjz c Q ~ - p d z c rcn cl yn2nQ & +bzjQ & r,clr tikc

sed&iiGiiiiic;iüi. dt: seijsu.ii p i . e; es G&;adiidü ;r; ñeaciu. ptücdiiicü, y.

py~wwiz & rd isc i~n TJ!, y g p ~ - c i ~ n ~ d ? p ~ r mdi~ & fzmpzw, & h v - ~

55

VI11 BIBLIOGRAFIA

3. DEFFIS A, LA BASURA ES LA SOLUCION CONCEPTO, MEXICO 1PBr-1.

8. HAMILTON ET. ALT, CALCULOS DE OUlMICA ANALITICA Mc r,PAW H € L MFYTf'Q ]??O. , -.-""

56

1l.J . DOMENECH , FOTODEPOSITACION DE METALES SOBRE

RECUPERACIóN DE METALES EN DISOLUCIONES DILUIDAS ~

SEMcQsmTJcTOREs EN PQLVrZ . - APT I TC' ,I C'TbN - 4 L-4

~ S Y A Ñ A IYYU.

14.ELSEVIER, ELECTRODES OF CONDUCTIVE METALLIC OXIDE - AMqTFRD-A-L!. - . " - " I 1 (1-w.

-:

17.FOUST S. ALAN, ET A L . PRINCIPIOS DE OPERACIONES r-mTrAR"s _Tom< WILEY 1 99c.

18.KUBkKl'S7 k . J . I'KANb. A M . 1NSl .MlNlNt i . U l . kNCiK3;. 184,61 1949.

19.PERRY7 H. JOHN CHEMICAL ENGINEERS HANDBOOK gTH ED., L A S - n A I X : T T T I IlUln I V l b U I ~ v v I ILLL 177v.

20.DURAND A, CALCULO DE SEDIMENTADORES INSTITUTO &WfFI'-.AhTQ DE mGE&lTFTF-QS nITh4?cQE. A.c TIL@. CFPTIFILTRRF

K - -" 7 -" --- --- 94.

2 l . SCHWITZER MANUAL DE OPERACIONES UNITARIAS

57

IX APENDICES

APENDICE A

PROPIEDADES DEL LIXIVIADO

PARAMETROS MAS COMUNES PARA LOS LlXlVlADOS CONTAMINANTES

TIPO DE PARAMETRO DETERMINACION

Q U I M I C O S

Potencial de hidrogeno(ph) Alcalintdad total corno CacO3 Cianuros(CN) Cioruros (CL) Dureza total como Caco3 Fosfatos totales como P--P04 Nitrúgeno mg&nico como N-ORG. Nitrógeno amoniacal como N--NH3 Suifatos (S04) Arsenic0 (AS)+3.+5 Cadmio (CD)+2 Catcio (CA)+2 Cobre (CU)+2 Cromo total (CR)+3,+6 Hierro Total (FE)+2,+3 Magnesio (MG)+2 Mercurio Total (Hg)+2 Níquel (Ni)+2+3 Potasio (K)+1 Ptomo (Fb)+2,+4 Sodio (Na)+l Zinc (Zn)+2

58

F l S l C O S Conductancia especifica T W M

M A T E R i A Demanda bioquimica de oxigeno O R G A N I C A Demanda química de oxigeno N.MP/lOOml Bacterias coliformes totales

Bacterias coliformes fecales en

Fuente. D.G.P.C.A., Subsecretaria de ecología, SEDUE., México, D.F., Dic.1997

AMBIT0 DE VARIACIóN EN LOS LlXlVlADOS CONTAMINANTES.

C O M P O N E N T E S EN mg/ ppm.

Alcalinidad total como CaC03 Arsénico Cadmio Calcio Cianuros zinc Cloruros Cobre Conduciancia especifica Omnicm. Cromo total Demanda bioquímica de oxigeno Demande qulmica de oxigenc! Dureza total Fiuoruros Fósforo total Hierro total Magnesic! Manganeso Mercurio Nitratos Nitritos Nitrdgeno amoniacal Nitrógeno orgánico Oxigeno disuelto Potencial hidrogeno Plomo Potasio Sólidos totales Sodio Sulfatos Fenol Detergentes (SAMM) Turbiedad

4000 -- 25540 0.04 O -- 0.025 I O 5 - 320

O 0.25 - 3.0 1325-8870

O "0.6 PIGO-32006

O- 8.7

1870 - 62320 1800--11 O 0 0

1 --IO

380- 52000

0.6 -- 0.8

1.7--1600 396 -- 995

o "0.008 0.05 -- 4.0

O 0.2 " 1.2 15.5 -- 1420 46 -- 1889 o 6.3 -- 7.9 o -- 2.0 365 -- 1270 1 700" 1 6460 490 -- 4920 40 -- 1000 0.8 -- 18 0.7 -- 233

128--1500 U.T.

Fuente. ler. congreso mundial de ingeniería sanitaria

APENDICE B

G a F I C O S DEL PROCESO FISICOQUIMICO

REMOCION DE FIERRO

16

14

12

E 10

O J I

O 20 40 60 1 O0 1 O0 120

t TIEMPO (s. )

GRÁFICA No. 1 Remoción del hierro.

61

REMOCION DE COBRE

2 o < K

o

U

0,25

0.2

0.15

0, i

0.05

O

I I

\ \

GRÁFICA No.2 Remoción de Cobre.

0.0025

0.002

0,0015

E P

zl - - z 0

I- 2 Lu o z

2 0,001

E u

3,0005

C

REMOCION DE CADMIO

""

GRAFICA N0.3 Remoción de Cadmio

0.3

0.25

c g 0.2

0.05 i 0 1 I

O 20 40 60 1 O 0 1 O 0 120

t TIEMPO ( s. )

GRAFICA No.4 Remoción de Plomo.

64

REMOCION DE ZlNC

0,25

0,15

0.1

0,05

O

-0.05

20 40 60 100

GRAFICA N0.5 remoción de Zinc.

65

~ISMINUCION DE DQO EN PRESENCIA DE CAL 12000

1 1500

1 1 O 0 0

10500

1 O000

9500 O

9- "o

I I ! I I I

20 40 60 80

ll8\Ipo seg . 1 O 0 120 140

GFWFICA No. 6 Remoción de DQO logrado con la precipitación

66

USD.

GRAFICA N0.7 Costo por litro lixiviado.

67

i +

COSTOS DE RGiENTES f RECIPITRNTES

I

CAL S A ALUMBRE

RBEHTES PRECIPITRNTES

i

GWFICA No. 8 Costo por litro de lixiviado.

68

APENDICE C

GFUbICAS DE ELECTRODEPOSITACION

V O L T A M E T R I A C l C L l C A

100.00 -.

GRÁFICA No. 1 DEPOSITACION DE Pb.

69

-1.50E+03

V O L T A M P E R O M E T R I A

5.00E-02

1 .OOE +O3

GWFICA No. 2 DEPOSITACION DE Cu.

r;c E. __

-. -1,50E+03 1,00E+03

GWFICA No. 3 DEPOSITACION DE Fe y Pb

71

APENDICE D

GRAFICAS DEL PROCESO FOTOCATALITICOS

REMOCION DE DQd

E

4000 'O

L

2000 - 3.- -._ "u - ""8- -*""_o -

O I I 1 I I A

O 50 1 O0 150 200 250 300 TlENpo mn.

GRAFICA No.1 REMOCION DE DQO EN EL REACTOR FOTOCATALICO.

72

O.

0 50 1 oü 150 200 250 300

TIEMPO min

GRAFICA N o 2 REMOCION DE Fe EN EL REACTOR.

73

APENDICE E

TÉCNICAS UTILIZADAS

TECIVICA DE DESINFECCIOX.

En un vaso de precipitados de 2 It. Con agitador: Se deposita la muestra de

Se monta el sistema de desinfección que consta de: lampara germicida de

Se deja la muestra de lisiviado a tmtx dentro de! sistema dlxante 2 !I. col?

lixiviado a tratar.

l u z U\;. parrilla de agitación. aislamiento provisto con papel aluminio.

agitación.

TÉCRICA DE ABSORCION ATOMICA

Se analizan los rangos de concentración que se encuentran reportados en la bibliografia provenientes de! lugar donde se tome !a muestra. Se elaboran los estándares de acuerdo a la concentración reportada en la bibliograh, cmsultando el manual de absorción atómica para ubicar la concentracibn del elemento analizar dentro del rango dc; concentracibn del manual de absorción. Se ellge el rango donde se ubique nuestra concentración )r se procede a elaborar los estándares: por ejemplo si la muestra de Cu se encuentra reportada en la bibiiografia de 1 O ppm., se observo en el manual que se encuentra dentro de 2-8 ppm.. \r se eiaboran de 2.4.8 ppm. Se utilizo ácido nítrico al 5Yb en agua desionizada como blanco para obtener lecturas más precisas del aparato. Se elige ei primer eiemento a determinarle el análisis de absorcion. se escoge su respectiva lámpara y se ajusta con corriente O mA antes de meterla; aquí va se colocó en power el aparato. Se preparan ¡os estandares necesarios para trazar ia curva de calibracion como se muestra en el manual de absorción pueden ser más de 3 o con tres es más que suficiente. Se toma muestra ia cuai fue de 4% en un matraz aforado y se analiza en ei aparato de absorción los datos obtenidos y se interpretan para dar el calculo exacto de la mismos.

TECNICA DE DQO.

1.- Se preparan soluciones diluidas empleando 4 m1 de muestra (Lisiviado) J.

se aforan en un matraz de 250 m l con agua deshionizada . 2.- Se colocan 5 m1 de la solución aforada JT se vierten en recipientes de teflon . 3.- Se agregan O. 1 gr de sulfato de mercurio. 4.- Se adicionan 0.5 m1 de solución de sulfato de plata-acido sulfúrico 5.-Posteriormente se adicionan 2.5 mi de soiución de aicromato ae porasio. 6.- Se agregan - 7 m1 de solución de sulfato de plata- acido sulfúrico mu! lentamente ya que. provoca una reacción esotermica. 7.- Se cierran ios recipientes en forma Iiermitica1ietlte seliada \ - se nletell ai horno en donde se tienen las siguientes instrucciones oprimir I O minutos .(enter) y 45 (enterj. posteriormente se le oprime la tecla start. 8.- L a soluciones de Ins recipientes se afma cada una a 35 m! con agua desionizada y se vierten a matraces de erlenme>w para titular con ía solución de sulfato ferroso amoniacai agegindole unas dos gotas de ferroina. 9.- Para obtener el resultado del D O 0 se procede a utilizar la sispiente formula:

DQO = [(b-a)(N)(F)8000]/[ nd de mezcla diluida]

Donde b= ml. de sulfato ferroso para titular el blanco a = ml. de sulfato ferroso para titular la muestra F= rnl. de aforacioni ml. de muestra N= 0.025.

75

APENDICE F

GRAFICAS DEL CALCULO DEL SEDIMENTADOR

GRAFICA DE ALTURA DE INTERFASE VS. TIEMPO

"

O 0.0166 0.0333 0.05 0.0666 0.0833 0.01 0.1166

TIEMPO(hr.)

GRAFICA No.1 DATOS EXPERIMENTALES

76

VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO CONTRA CONCENTRACION DE SOLIDOS

O O d 60 Ei w > S

40 t

O 1

0.02 0.0224 0.0246 0.0264 0.0284 0.0308

CONCaCTRAClONDESOLlDOSglcm3

GRAFICA No2 VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO

77

CANTIDAD DE SOLIDOS POR UNIDAD DE AREA CONTRA VELOCIDAD DE

!

i

i i

ASENTAMIENTO

"" ~"

133.3 120 1 13.6 108

VELOClDADDEASENTAMIB!JTO crnlh

1 o1

GRAFICA No.3 CANTIDAD DE SOLIDOS POR UNIDAD DE AREA

78

RELACION DE ALTURAS CONTRA TIEMPO

0.0166 0.0333 0.05 0.0666 0.0833 0.1

TlEM PO h.

GRAFICA N0.4 RELACION DE ALTURAS CONTRA TIEMPO

79

EVALUACION DE LA INTEGRAL

20

0.0166 0.0333 0.05 0.0666 0.0833 o. 1

TIEMPO h.

GRAFICA No.5 CALCULO DEL VALOR DE LA INTEGRAL