DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE …repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/13042/1/Ing....

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

MAESTRIA EN GESTIÓN AMBIENTAL

“TRABAJO DE TÍTULACIÓN”

PARA LA OBTENCIÓN DEL GRADO DE MAGISTER EN

GESTIÓN AMBIENTAL

DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE

COLORANTES PRESENTES EN EL EFLUENTE DE UNA

INDUSTRIA DE TEXTILES DE TELA DE ALGODON MEDIANTE

ELECTROCOAGULACIÓN

AUTOR: ING. QCO. EDISON ALEJANDRO RODRÍGUEZ GONZÁLEZ

TUTORA: ING. QCA. MARTHA MIRELLA BERMEO GARAY, MSc

GUAYAQUIL – ECUADOR

NOVIEMBRE 2016

I

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TRABAJO DE TITULACIÓN ESPECIAL

TÍTULO: “Determinación de la eficiencia de remoción de colorantes presentes en el efluente de una

industria de textiles de tela de algodón mediante electrocoagulación ”

AUTOR: Edison Alejandro Rodríguez González REVISOR: Ing. Martha Bermeo

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: Ingeniería Química

CARRERA: Maestría en Gestión Ambiental

FECHA DE PUBLICACIÓN: N° DE PÁGS.:

ÁREA TEMÁTICA:

PALABRAS CLAVES: Agua residuales de textiles, Electrocoagulación, Amperaje y Color

RESUMEN: En este estudio se elaboró una muestra de agua sintética semejante a las aguas residuales

de la industria textil, posteriormente se caracterizó la muestra para determinar la carga contaminante que

contenía, el agua sintética fue tratada bajo el método de la electrocoagulación donde se utilizó celdas de

hierro a diferentes configuraciones, amperajes y voltajes para determinar la eficiencia del equipo y su

mayor porcentaje de remoción, finalmente pudimos concluir que el proceso electroquímico es eficiente,

permitiéndonos aportar nuevos conocimientos al laboratorio de Agua de la facultad de Ingeniería

Química y a su vez demostrar que con este sistema podemos lograr el propósito de preservar, conservar

y recuperar el recurso hídrico.

N° DE REGISTRO(en base de datos): N° DE CLASIFICACIÓN:

Nº

DIRECCIÓN URL (tesis en la web):

ADJUNTO PDF X

SI NO

CONTACTO CON AUTOR: Teléfono:

0993647998

Email:[email protected]

CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN Nombre:

Teléfono:

II

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de tutor del estudiante Ing. Edison Alejandro Rodríguez González, del

Programa de Maestría/Especialidad Gestión Ambiental, nombrado por el Decano de la

Facultad de Ingeniería Química CERTIFICO: que el estudio titulado DETERMINACIÓN

DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE COLORANTES PRESENTES EN EL

EFLUENTE DE UNA INDUSTRIA DE TEXTILES DE TELA DE ALGODON

MEDIANTE ELECTROCOAGULACIÓN, en opción al grado académico de Magíster en

GESTIÓN AMBIENTAL, cumple con los requisitos académicos, científicos y formales que

establece el Reglamento aprobado para tal efecto.

Atentamente

ING. MARTHA MIRELLA BERMEO GARAY, MSc

TUTOR

Guayaquil, 18 de noviembre de 2016

III

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mi Padre, Madre,

Hermana, Esposa e Hijo.

IV

AGRADECIMIENTOS

A DIOS:

Por la vida, salud y la sabiduría que me

brindo para cumplir mis metas y hacer

realidad mis sueños.

A MIS PADRES:

Por el apoyo durante toda la vida, a mi

Padre por enseñarme valores como la

responsabilidad y respeto, a mi Madre por

darme su amor y comprensión.

V

DECLARACIÓN EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de este trabajo de titulación especial, me corresponden

exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD DE

GUAYAQUIL”

___________________________

FIRMA

NOMBRE DEL AUTOR

Ing. Qco. Edison Alejandro Rodríguez González

VI

ABREVIATURAS

Al Símbolo aluminio

Fe Símbolo hierro

Å Amperio

V Voltio

T Temperatura

t tiempo

e- Electrón

ϵ0 Potencial de reducción

Ω Ohmio

Å/m2 Densidad de corriente

mg/lt Unidades miligramos por litro

mS/cm Unidad de Conductividad

NTU Unidades Nefelométricas de turbiedad

DBO Demanda Bioquímica de Oxígeno

DQO Demanda Química de Oxígeno

pH potencial de Hidrógeno

Pt/Co Unidades de color Platino-Cobalto

STD Sólidos Totales Disueltos

SST Sólidos Suspendidos Totales

ST Sólidos Totales

fem Fuerza electromotriz

TAR Tratamiento de Aguas Residuales

FAD Flotación por Aire Disuelto

FC Flujo Continuo

CA Con carbón activado

SC Sin carbón activado

VII

ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ........................................................................................ II

DEDICATORIA ................................................................................................................. III

AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................... IV

DECLARACIÓN EXPRESA .............................................................................................. V

ABREVIATURAS .............................................................................................................. VI

ÍNDICE GENERAL .......................................................................................................... VII

RESUMEN ....................................................................................................................... XIII

ABSTRACT ..................................................................................................................... XIV

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 1

Situación Problemática .......................................................................................................... 1

Delimitación del problema .................................................................................................... 2

Formulación del problema .................................................................................................... 2

Justificación ........................................................................................................................... 2

Objeto del estudio ................................................................................................................. 3

Campo de acción de la investigación .................................................................................... 3

Objetivos ............................................................................................................................... 3

La novedad científica ............................................................................................................ 3

CAPÍTULO 1 ........................................................................................................................ 4

MARCO TEORICO .............................................................................................................. 4

1.1. Teorías generales ..................................................................................................... 4

1.1.1 Electroquímica ...................................................................................................... 4

1.1.2 Electrólisis ............................................................................................................ 5

1.1.3 Leyes de la Electrólisis o de Faraday .................................................................... 5

VIII

1.1.4 Parámetros de la Calidad del Agua. ...................................................................... 7

1.1.5 Tratamiento Convencional. ................................................................................... 9

1.1.6 Variables importantes ......................................................................................... 11

1.1.7 Factores que influyen en la floculación .............................................................. 11

1.1.8 Diferencia entre floculante y coagulante ............................................................ 11

1.1.9 Electrocoagulación .............................................................................................. 12

1.1.10 Mecanismo de Remoción de Contaminantes .................................................... 13

1.1.11 Factores que afectan la Electrocoagulación ...................................................... 14

1.1.11 Diseño de Reactores y Operación ..................................................................... 17

1.1.12 Reactores en Lote o en Continuo. ..................................................................... 18

1.1.13 Electroflotación ................................................................................................. 18

1.1.14 Ventajas y Desventajas en Electrocoagulación ................................................ 19

1.1.15 Reacción Electrolítica para formación de burbujas. ......................................... 20

1.1.16 La Industria Textil ............................................................................................ 23

1.1.17 Colorantes ......................................................................................................... 24

1.1.18 Estructura Química de un Colorante ................................................................. 25

1.2 Teorías Sustantivas .................................................................................................... 26

1.2.1 Marco Legal ........................................................................................................ 26

1.3 Referentes empíricos ................................................................................................. 27

CAPÍTULO 2 ...................................................................................................................... 29

MARCO METODOLÓGICO ............................................................................................. 29

2.1 Metodología de la Investigación ............................................................................... 29

2.2 Métodos ..................................................................................................................... 29

2.3 Premisas o Hipótesis .................................................................................................. 30

IX

2.4 Universo y Muestra ................................................................................................... 30

2.5 CDIU Operacionalización de variables ..................................................................... 31

2.5.1 Ingeniería de procesos ........................................................................................ 33

2.5.2 Diagrama del equipo de proceso ......................................................................... 34

2.6 Gestión de datos ........................................................................................................ 35

2.7 Prueba en línea final .................................................................................................. 58

2.8 Criterios éticos de la investigación ............................................................................ 59

CAPÍTULO 3 ...................................................................................................................... 60

RESULTADOS ................................................................................................................... 60

3.1 Antecedentes de la unidad de análisis o población ................................................... 60

3.2 Diagnostico o estudio de campo ................................................................................ 60

CAPÍTULO 4 ...................................................................................................................... 63

DISCUSIÓN ....................................................................................................................... 63

4.1 Contrastación empírica .............................................................................................. 63

4.2 Limitaciones .............................................................................................................. 63

4.3 Líneas de investigación ............................................................................................. 63

4.4 Aspectos relevantes ................................................................................................... 63

CAPÍTULO 5 ...................................................................................................................... 64

PROPUESTA ...................................................................................................................... 64

Conclusiones ....................................................................................................................... 65

Recomendaciones ................................................................................................................ 66

Bibliografía ......................................................................................................................... 67

ANEXOS

X

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Coagulación y Floculación ..................................................................................... 10

Figura 1.2 Celda electroquímica .............................................................................................. 22

Figura 1.3 Grupos cromóforos (terrazas, 2012) ....................................................................... 26

Figura 1.4 Grupos auxócromos (terrazas, 2012) ...................................................................... 26

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.1: Parámetros de monitoreo descargas industriales textiles........................................ 27

Tabla 2.1: Composición efluente textil para 1 kg de muestra.................................................. 30

Tabla 2.2: Caracterización de la muestra sintética ................................................................... 35

Tabla 2.3: Pruebas por lote ...................................................................................................... 36







Tabla 2.10: Pruebas por lote .................................................................................................... 52



Tabla 2.13: Prueba en línea ...................................................................................................... 58

XI

INDICE DE GRÁFICAS

Gráfica 2.1 Prueba batch 5a y 9v ............................................................................................. 36



Gráfica 2.4 Prueba batch 10a y 14 v ........................................................................................ 38

Gráfica 2.5 Prueba batch 10a y 15v ......................................................................................... 39

Gráfica 2.6 Prueba batch 10a y 13 v ........................................................................................ 39







Gráfica 2.13 Prueba batch 10a y 20v ....................................................................................... 44






Gráfica 2.19 Prueba batch 5a y 6v ........................................................................................... 48






XII










INDICE DE GRÁFICOS DE COLUMNA

Gráfico de columna 2.1: Remoción de dqo ............................................................................. 58

Gráfico de columna 2.2: Remoción de color ........................................................................... 59

XIII

RESUMEN

En este proyecto se presenta en forma teórica y práctica la electrocoagulación, técnica limpia

y eficiente para el tratamiento de aguas residuales de la industria textil, en la que se usa

pigmentos y colorantes sintéticos los cuales contaminan grandes cantidades de agua, lo que

incentiva a esta investigación aplicar la electrocoagulación para eliminar contaminantes en

especial Color, DQO, DBO y Metales.

En este estudio se elaboró una muestra de agua sintética semejante a las aguas residuales de

la industria textil, posteriormente se caracterizó la muestra para determinar la carga

contaminante que contenía, el agua sintética fue tratada bajo el método de la electrocoagulación

donde se utilizó celdas de hierro a diferentes configuraciones, amperajes y voltajes para

determinar la eficiencia del equipo y su mayor porcentaje de remoción, finalmente pudimos

concluir que el proceso electroquímico es eficiente, permitiéndonos aportar nuevos

conocimientos al laboratorio de Agua de la facultad de Ingeniería Química y a su vez demostrar

que con este sistema podemos lograr el propósito de preservar, conservar y recuperar el recurso

hídrico.

Palabras Claves: Agua residuales de textiles, Electrocoagulación, Amperaje y Color

XIV

ABSTRACT

This project presents a theoretical and practical form of the electrocoagulation wich is a clean

and efficient technique for wasting water treatment of mainly used in the textile industries,

where pigments and synthetic dyes are frequently used and this contaminate large amounts of

water. Due to this increasing problem, we have encouraged to do this research to apply

electrocoagulation to eliminate contaminants especially Color, COD, BOD and Metals.

In this study, a sample of synthetic water similar to the waste water of the textile

industry was elaborated, later it was characterized to determine the pollutant load it contained,

the synthetic water was treated under the electrocoagulation method where iron cells were used

To different configurations, amperages and voltages to determine the efficiency of the

equipment and its greater percentage of removal, finally we could conclude that the

electrochemical process is efficient, allowing us to contribute new knowledge to the Water

laboratory of the Faculty of Chemical Engineering and in turn to demonstrate that with this

system we can achieve the purpose of preserving, conserving and recovering the water

resource.

Keywords: Textile residual water, Electrocoagulation, Amperage and Color

1

INTRODUCCIÓN

Situación Problemática

Debido al consumo actual y el mal uso del líquido vital ha provocado la carestía del agua,

como también el aumento de la población y la utilización del agua en los procesos industriales

que generan efluentes contaminados, provocando de esta manera una de las mayores

problemáticas del siglo XXI, por tal razón es preciso desarrollar sistemas de tratamiento con

nuevas tecnologías para devolver un agua con baja contaminación al medio ambiente.

(ÁLVARO, 2005)

En muchos lugares del mundo sufren por la falta de agua, mientras que en otras partes el

problema no es la falta del recurso, sino la mala distribución del mismo. Es por esto que el

mayor desafío de la humanidad es proveer de este recurso a la población mundial, siendo esta

una necesidad básica para los seres humanos. (ÁLVARO, 2005)

Por lo general la mayor cantidad de plantas de tratamiento de las industrias son tradicionales

como el tratamiento primario físico químico en el cual se utiliza policloruro de aluminio,

sulfato de aluminio o sales de hierro para el proceso de la coagulación y polímeros para

flocular. Otro tratamiento muy conocido son los reactores biológicos los cuales son muy

conocidos ya que poseen una buena eficiencia pero también son muy sensibles a las diferentes

condiciones que pudieran variar durante su operación como son el pH y oxígeno. (ÁLVARO,

2005)

Con la finalidad de buscar nuevas alternativas que permitan eliminar las cargas

contaminantes de los efluentes de las industrias textiles procedemos a realizar este estudio para

determinar la mejor eficiencia de remoción de colorantes mediante la electrocoagulación.

(ÁLVARO, 2005)

2

Delimitación del problema

En la actualidad existe muy poco conocimiento en el Ecuador sobre la aplicación de la

electrocoagulación para tratamiento de las aguas residuales en comparación con la

coagulación-floculación tradicional utilizando reactivos químicos, por lo tanto, este nuevo

equipo de laboratorio ayudara a fomentar esta tecnología a las futuras generaciones de

profesionales, por lo que es preciso determinar mediante diferentes pruebas la manera más

eficiente de operar el equipo y obtener los mejores resultados de remoción de color.

Formulación del problema

¿Se lograra demostrar mediante el proceso de electrocoagulación que se puede extraer la

mayor cantidad de contaminantes como Color y DQO de las aguas residuales de industrias

textiles?

Justificación

En el Ecuador se utiliza tratamientos convencionales como el tratamiento físico-químico

que se basa en el uso coagulantes como el sulfato de aluminio y polímeros sintéticos, estos

tratamientos utilizan grandes cantidades de químicos lo que encarecen el tratamiento del agua,

además de los problemas de aplicación de químicos, bajas dosis o sobre dosis.

Otra tecnología muy utilizada es la de lodos activos, cuyo proceso se basa en la degradación

de la materia orgánica por bacterias, por lo que se vuelve muy sensible a cualquier cambio en

el pH y cantidad de oxígeno.

Con el propósito en buscar otra técnica que nos permita solucionar la problemática

existente, se realiza esta investigación para demostrar que la electrocoagulación permite

obtener excelentes porcentajes de remoción de los contaminantes presentes en el agua residual

industrial textil.

3

Objeto del estudio

El objeto de estudio de este trabajo es determinar mediante diferentes pruebas que la

aplicación de la electrocoagulación permite obtener óptimas remociones de Color y DQO.

Campo de acción de la investigación

La investigación será aplicada sobre un agua residual sintética textil, a la cual se le aplicara

la técnica de la electrocoagulación con diferentes configuraciones utilizando un electrodo de

hierro.

Objetivos

General

Determinar la eficiencia de remoción de colorantes presentes en el efluente de una industria

textil de tela de algodón mediante electrocoagulación.

Específicos

Caracterizar el agua residual de textiles.

Determinar las variables de proceso que permitirán obtener una mayor eficiencia

del equipo en la remoción de color y DQO.

La novedad científica

El resultado de esta investigación aportara un mayor conocimiento sobre la

técnica de la electrocoagulación y de lo eficiente que puede llegar a ser en caso de

realizar las configuraciones idóneas y utilizar el electrodo correcto.

4

CAPÍTULO 1

MARCO TEORICO

1.1. Teorías generales

La electroquímica es una ciencia que nace a finales del siglo XVIII con los trabajos de

Galvani y Volta, y ha tenido desarrollos y aplicaciones en múltiples áreas. Podemos mencionar

su uso en el arranque de los motores de los automóviles, en procesos de síntesis química y

métodos para la eliminación de la contaminación. (ÁLVARO, 2005)

La electrocoagulación ha sido una tecnología emergente desde 1906, con la primera patente

concedida en Estados Unidos. Problemas de tipo financiero o de regulación de incentivos

generaron tropiezos para que la industria adoptara esta técnica, pero se conocen desarrollos

anteriores. Desde el siglo XIX, exactamente en 1888, se efectuó el primer ensayo reportado en

Londres por Webster. Su proceso utilizaba ánodos de hierro soluble, con una caída de potencial

de 1.8 vatios entre los electrodos, distantes una pulgada, y una corriente anódica de 0.6

Amp/pie2. (ÁLVARO, 2005)

Durante las dos últimas décadas se han reportado trabajos en donde se utiliza el proceso

para remover partículas dispersas de aceite, grasa y petróleo en el tratamiento de aguas

residuales provenientes de procesos de electro-plateado, textiles y en procesos de

potabilización del agua misma, entre otros. (ÁLVARO, 2005)

1.1.1 Electroquímica

La Ingeniería Electroquímica es una rama importante dentro de la química que tiene como

objetivo principal el estudio, diseño y manipulación de los diferentes equipos y procesos donde

se produce una interconversión o transformación entre energía química y eléctrica. Las

5

reacciones químicas que ocurren en el interfaz de un electrodo puede ser un metal y un

conductor iónico el electrolito es una solución o un sólido. (Ibañez, 2014)

Esta disciplina apareció hace más de 50 años como nueva rama de la Ingeniería Química.

Como consecuencia existe una amplia área de conocimientos que la conforman como

fenómenos de transporte, la Ingeniería de reactores químicos, la ciencia de los materiales y la

química. (Ibañez, 2014)

Los nuevos trabajos de la Ingeniería Electroquímica han combinado con el levantamiento

de un mayor compromiso social buscando el mantenimiento del Medio Ambiente, lo que

conlleva la cruda realidad de aplicar nuevas tecnologías de tratamiento más provechosos en

cuanto a obtener excelentes resultados y a minorar costos. (Ibañez, 2014)

1.1.2 Electrólisis

La electrólisis es parte de la rama de la electroquímica, en la que la reacción química es

producida por medio de la corriente eléctrica dispuesta por electrodos, descomponiendo las

sustancias químicas y deshaciéndola en iones. Cuenta con un depósito que posee cierto

electrolito y dos electrodos que se sumergen en dicha sustancia, por medio de las cuales fluye

una corriente eléctrica, procedente de una fuente de energía. (Mondragón, 2005)

El electrodo negativo presenta una abundancia de e-, se comporta como reductor, pues

concede estos electrones a un ion positivo que necesite de ellos. De igual forma, el polo positivo

de una celda electrolítica procede como oxidante, deteniendo los e- demás que posean los iones

negativos. Los metales son considerados como conductores de primera, ya que poseen e- libres

que pueden moverse entre los átomos con facilidad. (Mondragón, 2005)

1.1.3 Leyes de la Electrólisis o de Faraday

Michael Faraday Físico y Químico, ejecutó varios estudios cuantitativos concerniente a la

íntima relación que existe entre la cantidad de electricidad que atraviesa una solución. Estos

6

fundamentos conciernen la cantidad de electricidad consumida en un proceso electroquímico

con la masa de los reactivos presentes. (Arbeláez, 2005)

Primera ley de Faraday:

Los metales como el Na, Mg o Al se generan industrialmente por electrólisis de sus sales

derretidas. En el proceso se utilizan importantes cantidades de electricidad, que pueden

relacionarse matemáticamente con el monto del producto formado sobre los electrodos de la

celda electrolítica. Por ejemplo, en la electrólisis del NaCl, el ion sodio se reduce según la

reacción: Na+ + 1e-→ Na. Así, un electrón es solicitado para reducir un ion de sodio. Es decir,

para reducir un mol de iones Na+, equivalente a 23 gr, se necesita una mol de ē. La carga de un

electrón es 1,602*10-19C y la carga de una mol de electrones es: 1,602*10-19C/e- * 6,023*1023e-

/mol = 96.500 C/mol.

La correlación entre la suma de cargas invertidas en la producción de una masa de producto

se sintetiza en la primera ley que establece que: “la masa de producto obtenido o de reactivo

consumido en un electrodo durante la electrólisis, es directamente proporcional a la cantidad

de electricidad en culombios, que pasa a través del electrólito”. (Mondragón, 2005)

Segunda ley de Faraday:

Indica que, si varias soluciones electrolíticas son penetradas por una igual cantidad de

electricidad, las masas, de las sustancias acumuladas o soltadas en los electrodos son iguales a

sus masas equivalentes (eqg) de los electrolitos disueltos. Las dos leyes de Faraday se cumplen

para los electrolitos tanto fundidos como en solución. Su validez no se altera por variaciones

de temperatura, presión, naturaleza del solvente y del voltaje aplicado. (Mondragón, 2005)

7

1.1.4 Parámetros de la Calidad del Agua.

1.1.4.1 Parámetros Físicos

Respecto al suministro de agua se deben considerar sabores, olores, colores y la turbidez,

que causan mal aspecto por su uso en la elaboración de bebidas, preparación de alimentos y la

fabricación de textiles. (Barrera, 2014)

Color

Se habla de color aparente si no se ha removido la turbiedad y de color verdadero del agua

en caso contrario. Se determina mediante unidades de Hazen o unidades de color en escala Pt-

Co. Estas mediciones se realizan a base de cloruro de cobalto (CoCl2) y cloro-platino de potasio

(Cl6PtK2) usando espectrometrías. El color del agua se debe principalmente a materia orgánica

o minerales en suspensión o en estado coloidal. (Barrera, 2014)

Turbiedad

La turbiedad es un parámetro importante en la calidad de agua, se debe a la presencia de

partículas suspendidas coloidales y disueltas. Para comprender mejor el estudio del proceso de

clarificación del agua se introduce el concepto de turbiedad, pero en general se refiere a tierra

fina (0.002 mm de diámetro de grano). Existen equipos para medir como turbidímetro Hach.

(Pinzon, 2010)

Conductividad y resistividad

La conductividad es la medida de la capacidad del agua para conducir electricidad. Las sales

disueltas son las que permiten que el agua conduzca electricidad. La resistividad es recíproca

de la conductividad; es decir, es la medida eléctrica de la resistencia al paso de la electricidad.

La unidad de resistencia eléctrica es el ohmio (Ω); se expresa en megaohmios/cm, y la

conductividad normalmente como microsiemens/cm. (Barrera, 2014).

8

1.1.4.2 Parámetros Químicos

Los compuestos químicos en el agua pueden ser de origen natural o industrial, y serán

benéficos o dañinos según su composición y concentración; por ejemplo, el hierro y el

manganeso en pequeñas cantidades no solo causan color, se oxidan para formar depósitos de

hidróxido férrico y óxido de manganeso dentro de las tuberías de agua. (Barrera, 2014)

pH

El pH es la medida de la intensidad acida o básica de una solución, y se mide con los

parámetros de esta ecuación: pH = - log [H+]. Su escala tiene una variación de 0 a 14, gracias

a la cual sabemos si hablamos de una sustancia acida o alcalina. (Barrera, 2014)

Sólidos.

Los sólidos estiman la cantidad de materia sólida, suspendida o disuelta, presente en el agua,

entre la que se encuentra la materia flotante, coloidal y en solución; los sólidos incluyen

material disuelto, residuo filtrable y no disuelto suspendido. En términos generales, los sólidos

se clasifican en:

1. Sólidos totales

2. Sólidos volátiles totales

3. Sólidos fijos totales

4. Sólidos suspendidos totales

5. Sólidos suspendidos volátiles

6. Sólidos suspendidos fijos

7. Sólidos disueltos totales

(Barrera, 2014)

9

1.1.4.3 Parámetros Biológicos

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

Es la cantidad de oxigeno que requieren los microorganismos para oxidar la materia

orgánica biodegradable en condiciones aerobias. En condiciones normales de laboratorio, esta

demanda se cuantifica a 20°C, el ensayo estándar se lo realiza a 5 días de incubación y se lo

conoce convencionalmente como DBO, con valores numéricos expresados en mgO2/lt.

(Romero, 2000)

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

Se usa para medir el oxígeno equivalente a la materia orgánica oxidable químicamente

mediante un agente químico oxidante fuerte, por lo general dicromato de potasio, en un medio

ácido y alta temperatura, la DQO está expresada en mg/l. (Romero, 2000)

1.1.5 Tratamiento Convencional.

1.1.5.1 Coagulación

Consiste en la desestabilización de los coloides por neutralización de sus cargas, dando lugar

a la formación de un coágulo. La coagulación de las partículas coloidales se consigue

añadiéndole al agua un producto químico (electrolito) llamado coagulante. Normalmente se

utilizan las sales de hierro y aluminio. (Jaramillo, 2012)

1.1.5.2 Floculación

La floculación es la unión entre los flóculos ya formados con el fin de aumentar su volumen

y peso de forma que pueden decantar. Consiste en la captación mecánica de las partículas

neutralizadas dando lugar a un entramado de sólidos de mayor volumen. De esta forma, se

consigue un aumento considerable del tamaño y la densidad de las partículas coaguladas,

aumentando por tanto la velocidad de sedimentación de los flóculos. (Jaramillo, 2012)

10

La coagulación y la floculación son dos procesos dentro de la etapa de clarificación del agua.

Ambos procesos se pueden resumir como una etapa donde las partículas se aglutinan en

pequeñas masas llamadas flóculos, de tal manera que su peso específico supera al del agua y

se puedan precipitar. La coagulación transforma las pequeñas partículas coloidales en grandes

aglomerados, de manera que se facilita la sedimentación. (Barrera, 2014)

La coagulación implica tres etapas:

1. Adición de coagulante: Cuyas cargas positivas neutralizan las cargas negativas

de los coloides, permitiendo que las partículas se unan formando aglomerados pequeños

denominados flóculos. (Barrera, 2014)

2. Desestabilización de la partícula coloidal y formación de flóculos. (Barrera,

2014)

3. Sedimentación de flóculos: La unión de los flóculos en conglomerados más

grandes, se realiza con la ayuda de polímeros, que permiten la decantación a velocidades

altas de sedimentación. Las principales sustancias con propiedades coagulantes utilizadas

Figura 1.1 Coagulación y Floculación

11

en el tratamiento de las aguas son: Sulfato de aluminio, Cloruro férrico, Sulfato ferroso y

férrico, Cloro sulfato férrico. (Barrera, 2014)

1.1.6 Variables importantes

Dosis óptimas: Requerida para llevar a cabo el proceso de floculación-

coagulación y depende del mecanismo de desestabilización. (Barrera, 2014)

pH óptimo: Factor importante en el proceso de coagulación, debido a la

alcalinidad del agua define el tipo de tratamiento, incluyendo de esta manera

coagulación, ablandamiento, corrosión e incrustación. (Barrera, 2014)

Concentración óptima: Se conoce como concentración del coagulante a la

relación de dilución ideal para permitir el proceso de coagulación que conlleve la mejor

formación de flóculos en el proceso de floculación. (Barrera, 2014)

1.1.7 Factores que influyen en la floculación

Los factores que influyen en la eficiencia de este proceso son: (Cepis, 1992)

a) Naturaleza del agua: Aglomeración de las partículas coloidales.

b) Intensidad de aglomeración: Cuando mayor es el gradiente de aglomeración,

más rápida es la una aglomeración de las partículas. La resistencia depende de una serie

de factores como tamaño, forma y compactación.

c) Tiempo de floculación: “compartimentalización” dada por las pruebas de jarra.

La literatura reporta modelos propuestos para la floculación, en la cual la aglomeración

de las partículas es proporcional al tiempo.

1.1.8 Diferencia entre floculante y coagulante

Es importante conocer en primera instancia las definiciones de lo que son sustancias

floculantes y sus sustancias coagulantes (Barrera, 2014):

12

Floculantes: Son polímeros generalmente orgánicos aplicados para promover

la formación de flóculos en el agua, promueven la formación de los enlaces entre las

partículas. Estos se dividen en tres grupos: catiónicos, aniónicos y no iónicos. (Barrera,

2014)

Coagulantes: son los iones positivos con alta valencia. Generalmente se aplican

el aluminio y hierro; aluminio como Al2(SO4)3, hierro como FeCl3 o Fe2(SO4)3. Se puede

aplicar en forma relativamente barata el FeSO4, a condiciones de que se haya oxidado a

Fe3+ durante la aireación. (Barrera, 2014)

De tal manera, la diferencia entre un coagulante y un floculante se basa en añadir al agua un

electrolito en el caso de la coagulación llamado “coagulante”, el cual es habitualmente una sal

de hierro o aluminio. (Barrera, 2014)

1.1.9 Electrocoagulación

Debido a la baja eficiencia de los tratamientos convencionales de agua residual, tales como

los sistemas biológicos, se han desarrollado métodos alternativos, como la electrocoagulación.

Es un método que remueve color, turbiedad, DQO, gracias a la formación de un agente

coagulante generado en una celda electroquímica utilizando electrodo de Fe o Al, este proceso

también ha demostrado tener capacidad desinfectante. (Cañizares, 2008)

La electrocoagulación es un sistema eficiente para la desestabilización de las partículas

dispersa en el agua residual, por lo general se utilizan electrodos de hierro o aluminio en este

proceso y, cuando se suministra corriente eléctrica, los ánodos generan iones de hierro (Fe2+)

o aluminio (Al3+). (Barrera, 2014)

Estos iones producidos electroquímicamente son buenos coagulantes y pueden hidrolizarse

cerca del ánodo para producir una gama de mediadores activados que son aptos para

desestabilizar las partículas dispersas presentes en el agua, las partículas desestabilizadas se

ensamblan para formar flóculos, al mismo tiempo, las pequeñas burbujas de hidrógeno

13

producidas en el cátodo causan que los flóculos formados floten, agilizando la separación de

partículas del agua residual. (Barrera, 2014)

A consecuencia y en el transcurso de dicho proceso electrolítico, las especies catiónicas

producidas en el ánodo entran a la solución, reaccionando con las demás especies formando

óxidos metálicos y precipitando los respectivos hidróxidos. A diferencia de la coagulación

química es el origen del coagulante, ya que, en la electrocoagulación el catión proviene de la

disolución del ánodo metálico, ya sea, hierro o aluminio. Los fangos producidos durante el

tratamiento se separan posteriormente por filtración, decantación o flotación. (Barrera, 2014)

El proceso consiste en pasar el agua residual procedente de un proceso determinado de

forma continua a través de los electrodos de un equipo especialmente diseñado para este fin

que está conectado a una fuente de corriente continua. El agua residual debe poseer una

cantidad suficiente de sales neutras para que puedan tener lugar las múltiples reacciones

electroquímicas. (Barrera, 2014)

Una de las ventajas de los tratamientos de la electrocoagulación se debe a que es un

tratamiento instantáneo que no requiere la adición de productos químicos, requiere obra civil

en menor escala, es un sistema automático que necesita poco espacio y posibilita el tratamiento

de múltiples contaminantes dentro de la propia fábrica, haciendo incluso posible en algunos

casos la reutilización del agua tratada. Los costes de la operación en comparación a los

tratamientos físico-químicos clásicos, son aproximadamente la mitad. (Barrera, 2014)

1.1.10 Mecanismo de Remoción de Contaminantes

Un reactor de electrocoagulación es una celda electroquímica donde el ánodo metálico

usualmente de aluminio o hierro se utiliza para dosificar al agua contaminada un coagulante.

La electrocoagulación genera cationes metálicos in situ, en lugar de dosificarlos externamente.

(Barrera, 2014)

14

Simultáneamente, se generan gases electrolitos, especialmente hidrógeno, en el cátodo. La

electrocoagulación posee la capacidad de eliminar muchos contaminantes incluyendo sólidos

suspendidos, metales pesados, colorantes, materia orgánica, grasas, aceites, iones, etc. (Barrera,

2014).

En general, durante un tratamiento por electrocoagulación se presentan los siguientes

procesos (Barrera, 2014):

Reacciones electrolíticas en la superficie del electrodo. (Barrera, 2014)

Formación de coagulantes en la fase acuosa por oxidación electrolítica del

electrodo de sacrificio. (Barrera, 2014)

Desestabilización de los contaminantes y partículas suspendidas. (Barrera,

2014)

Los coagulantes (Fe2+) absorben a los contaminantes solubles o coloides y se

remueven por sedimentación o por flotación. (Barrera, 2014)

1.1.11 Factores que afectan la Electrocoagulación

Son muchos los factores que intervienen en el proceso de electrocoagulación y algunos de

estos factores tienen mayor influencia sobre el proceso. A continuación discutiremos aquellos

que se relacionan más directamente con la efectividad del mismo. (Barrera, 2014)

Densidad de corriente o carga

Como las variables eléctricas en el proceso de electrocoagulación son los parámetros que

más influyen en la remoción del contaminante de un agua residual y están ligados a factores

económicos, se debe prestar mayor atención a su estudio. La eficiencia en la remoción y el

consumo de energía aumentan con el incremento del amperaje. (Barrera, 2014)

Para elevados consumos de energía se presentan pérdidas por la transformación de energía

eléctrica en calor, generándose un incremento en la temperatura del agua. El abastecimiento de

15

corriente al sistema de electrocoagulación establece la cantidad de iones de aluminio Al+3,

hierros Fe+2, liberados por los respectivos electrodos. En general un aumento de la densidad de

corriente genera un aumento en la remoción de contaminante. Una corriente eléctrica muy alta

generara una disminución en la eficacia. Para que el sistema de electrocoagulación opere por

un largo periodo de tiempo sin mantenimiento se sugiere que la densidad de corriente se

mantenga entre 20-25 A/m2. La selección de la densidad de corriente debe realizarse en

conjunto con otros parámetros de operación, como pH, temperatura y flujo, para asegurar una

alta eficiencia de corriente. (Barrera, 2014)

La energía eléctrica que se suministra a la celda electroquímica puede ser mediante corriente

alterna (CA) o bien como corriente directa (CD). Las características propias del paso de cada

una de las corrientes a través del medio acuoso generan diferentes respuestas electroquímicas

entre las placas y el agua residual tratada. Cuando se suministra corriente directa se genera en

el cátodo un forro, lo que produce una disminución de la eficiencia en la remoción. (Samaniego,

2015)

Presencia de cloruro de sodio

El cloruro de sodio se utiliza para aumentar la conductividad del agua residual que será

tratada. Además de esta contribución iónica, se halló que los iones cloruro pueden reducir los

efectos complicados de otros iones, como HCO3-, SO42-; ya que la presencia de los iones

carbonato o sulfatos llevarían a la precipitación de los iones Ca2+ o Mg2+ que crean una capa

aislante sobre la superficie de los electrodos; esta capa aislante aumentaría el potencial entre

electrodos, y su resultado es una importante disminución en la eficiencia de la corriente. Por lo

tanto, se recomienda que las cantidades de aniones Cl- presentes sean del 20% para asegurar

una operación normal de electrocoagulación. Sin embargo, la adición de NaCl disminuye el

consumo de corriente, ya que se incrementa la conductividad. (Barrera, 2014)

16

Conductividad

Un incremento en la conductividad eléctrica genera a su vez un incremento en la densidad

de corriente. Cuando se mantiene constante el voltaje alimentado a la celda de

electrocoagulación y adicionalmente el incremento de la conductividad, manteniendo la

densidad de corriente constante, se produce una disminución del voltaje aplicado. La adición

de algunos electrólitos tales como NaCl o CaCl2genera un aumento en la conductividad del

agua residual. Además se ha encontrado que los iones de cloruro pueden reducir los efectos

adversos de iones como HCO3- y SO42-, pues la presencia de iones carbonatos o sulfatos pueden

conducir a la precipitación de Ca2+ y Mg2+ produciendo una capa insoluble depositada sobre

los electrodos que aumentaría el potencial entre éstos, decreciendo así la eficiencia de la

corriente. Se recomienda, sin embargo, que para un proceso de electrocoagulación normal se

mantengan cantidades de Cl alrededor del 20%. (Samaniego, 2015)

Efecto del pH

El pH interviene sobre la eficiencia de la corriente en el proceso de solubilidad del metal

para formar hidróxido. En distintas investigaciones se ha logrado observar que el pH varía

durante el proceso de electrocoagulación y esta variación depende del material de los electrodos

y del pH inicial del agua residual a tratar. El pH durante el proceso electrocoagulación puede

aumentarse para aguas residuales ácidas, debido a la generación de hidrógeno molecular que

se origina en el cátodo. (Barrera, 2014)

En contraposición, en aguas residuales alcalinas el pH puede decrecer y, dependiendo de la

naturaleza del contaminante, el pH influye sobre la eficiencia del proceso. Se ha determinado

en algunos casos que la mayor eficiencia en la remoción de un contaminante se da dentro de

un rango específico de pH, e incluso este rango puede ser amplio. En términos generales las

mejores remociones se han obtenido para valores de pH cercanos a 7. Ejemplos de esta

17

situación se pueden ver en la remoción de arsénico en aguas de consumo, donde el mayor

porcentaje de remoción de arsénico se da en pH entre 6 y 8, y las mejores remociones de

turbiedad y DQO en las aguas de la industria textil se dan en un pH de 7. (Barrera, 2014)

Las reacciones que se dan durante el proceso de electrocoagulación le dan al medio acuoso

capacidad buffer. Especialmente en aguas residuales alcalinas, esta propiedad previene grandes

cambios de pH, con lo cual son menores las dosificaciones de sustancias químicas para regular

el pH. (Samaniego, 2015)

Tipo de material de los electrodos

Los materiales que se utilizan para la electrocoagulación son aluminio y hierro. La

configuración de los electrodos, usualmente es en forma de placas de aluminio o hierro; se ha

determinado que la aplicación ideal de los electrodos de hierro es para el tratamiento de aguas

residuales, debido a su alta eficiencia en la autoconcepción de agentes coagulantes. (Chen,

2004)

Temperatura

Los efectos de la temperatura sobre la electrocoagulación no han sido muy investigados,

pero se ha identificado que la eficiencia en la corriente aumenta inicialmente hasta llegar a

60°C, luego de llegar a esta temperatura comienza a disminuir. El aumento de la eficiencia con

la temperatura es otorgado al incremento en la actividad de destrucción de la película de óxido

de aluminio de la superficie del electrodo. (Samaniego, 2015)

1.1.11 Diseño de Reactores y Operación

Independientemente del diseño del reactor, este proceso se basa en la interacción entre la

electroquímica, coagulación y flotación, estas bases se pueden fusionar para formar una gran

variedad en los diseños de los reactores. Los diseños a nivel de escala piloto e industrial forman

parte de un sistema completo para la purificación de aguas residuales. (Barrera, 2014)

18

Un reactor de electrocoagulación puede construirse mediante una celda con un ánodo y un

cátodo. Cuando se conectan a una fuente de poder, el material que está hecho el ánodo se corroe

electroquímicamente debido a la oxidación, mientras que el cátodo es sujeto a una reducción y

generación de H+ (micro burbujas) son los que suspenden los coágulos. (Barrera, 2014)

1.1.12 Reactores en Lote o en Continuo.

La mayoría de los reactores son en continuo y tienen una alimentación continua de

contaminantes y opera bajo condiciones específicas, la ventaja es que sus requerimientos de

coagulantes son fijos. Los procesos en lote típicamente tiene un volumen fijo en lugar de un

flujo de alimentación fijo y las concentraciones cambian conforme transcurre la reacción.

(Barrera, 2014)

Los sistemas en continuo son más eficientes cuando se van a tratar grandes cantidades de

agua ya que el flujo es constante y se puede operar sobre un volumen mayor de agua en menor

tiempo y además resulta más económico que los sistemas en lote, además en los reactores en

batch el burbujeo que se produce en los electrodos contribuye a mejorar el proceso. (Barrera,

2014)

1.1.13 Electroflotación

La electroflotación es un proceso complicado, ya que el tamaño de las burbujas producidas

por electroflotación viene influenciado por la superficie de los electrodos, del material de

electrodo y de su posición en la serie electromotriz. También en función del pH en medios

ácidos las burbujas de hidrógeno son mayores que en pH neutros o alcalinos. Además de igual

forma depende de la curvatura de la superficie en algunas geometrías de electrodos. (Barrera,

2014)

Las burbujas arrastran a las partículas hacia la superficie del tanque, donde son recolectadas

por un sistema de captación que cuenta con canaletas, las cuales conducen a las partículas o los

contaminantes hacia un tanque externo en el que es posible concentrar los contaminantes o las

19

partículas sólidas de interés para su posterior procesamiento. El agua tratada que está en el

fondo se bombea a otro tanque para su posterior uso. (Barrera, 2014)

1.1.14 Ventajas y Desventajas en Electrocoagulación

La electrocoagulación es una técnica eficiente cuya relación costo efectividad es buena.

Además, como no se requiere de productos químicos en este proceso entonces no se produce

contaminación secundaria. Con esta técnica se pueden remover partículas coloidales pequeñas

de manera eficiente en comparación con las técnicas químicas convencionales, ya que las

pequeñas partículas cargadas tienen mayor probabilidad de ser coaguladas por el campo

eléctrico que las mantiene en movimiento. (ÁLVARO, 2005)

Ventajas del proceso de electrocoagulación (ÁLVARO, 2005)

Son compactos y fáciles de instalar, factores importantes. Las burbujas

producidas durante la electrocoagulación tienen mayor estabilidad que las generadas en

los tratamientos de efluentes con flotación de aire comprimido y de flujo de aire disuelto,

por lo que conservan su gran superficie de contacto y, por tanto, aumenta la eficiencia de

remoción.

Este tratamiento electroquímico provoca una mejor y rápida ruptura de las

emulsiones, para separación de aceites.

La cantidad de lodos generados son menores, lo que genera una menor

problemática de disposición de estos lodos.

Permite la reducción de una amplia variedad de contaminantes, como: metales

pesados, grasa y aceites, materia orgánica, fosfatos y cianuros.

Sus costos de operación son relativamente bajos si se realiza un apropiado

diseño del reactor, selección de los materiales para electrodos, y una optimización de los

parámetros de funcionamiento. Este proceso requiere poca corriente eléctrica y bajos

costos de mantenimiento.

20

El líquido separado por electrocoagulación puede ser reprocesado como

subproducto, lo cual permite que el efluente tratado pueda ser reutilizado.

Los equipos de electrocoagulación son compactos y fáciles de instalar, factores

importantes cuando no se dispone de espacio suficiente.

Este proceso es sencillo de automatizar debido a que el control de dosificación

se realiza mediante el ajuste de corriente.

Desventajas del proceso de electrocoagulación (ÁLVARO, 2005)

Entre las desventajas de la electrocoagulación se encuentra requerimientos como el

reemplazo periódico del electrodo de sacrificio, y que el agua tenga una conductividad mínima

diferente de cero que varía según el diseño del reactor, lo que limita su uso en aguas con baja

cantidad de sólidos totales disueltos (STD). También se encuentra la formación de una película

de óxido impermeable en el cátodo que interfiere con el buen desempeño de la celda, este efecto

se puede disminuir cambiando la polaridad de la celda, y lodos con una alta cantidad de

concentración de hierro y aluminio, dependiendo del material del electrodo de sacrificio usado.

1.1.15 Reacción Electrolítica para formación de burbujas.

Reacciones de la Electrocoagulación

A consecuencia y en el transcurso de dicho proceso electrolítico, las especies catiónicas

producidas en el ánodo entran en la solución reaccionando con las demás especies formando

hidróxidos metálicos y precipitando los respectivos óxidos.

Reacciones en el ánodo: 𝐴𝑙(𝑠)0 − 3𝑒− → 𝐴𝑙(𝑙)

3+

𝐹𝑒(𝑠)0 − 2𝑒− → 𝐹𝑒(𝑙)

2+

2𝐻2𝑂(𝑙) − 4𝑒− → 𝑂2(𝑔) + 4𝐻+

Reacción en el cátodo: 2𝐻2𝑂(𝑙) + 2𝑒− → 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻−

Reacción orgánica de reducción:

21

𝑁𝑂3 + 𝐻2𝑂 + 2𝑒− → 𝑁𝑂2− + 2𝑂𝐻−

𝐶12𝐻10𝐶𝑙 + 2𝑒− + 𝐻+ → 𝐶12𝐻10 + 𝐶𝑙−

Reacciones en el seno de la solución: Electrocoagulación

2𝐹𝑒(𝑂𝐻)2 + 2𝐻2𝑂 → 2𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 + 𝐻2

4𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 + 𝐻2𝑂 → 2𝐹𝑒2𝑂3 + 7𝐻2𝑂

2𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 + 5𝐻2𝑂 → 𝐴𝑙2𝑂3 + 8𝐻2 ↑ + 4𝑂2 ↑

Reacciones de la Electro-floculación

La electro-floculación favorece a la remoción de contaminantes debido a que son arrastrados

por las burbujas de gas que se generan durante el proceso por lo que tienden a flotar a la

superficie. Este proceso es caracterizado por una significativa reducción de lodos esto

dependerá de la contaminación del efluente.

Reacciones en el seno de la solución: Electro floculación.

2𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 + 𝐻2𝑂 → 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 + 4𝐻2 + 2𝑂2

2𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 + 2𝐻2𝑂 → 𝐴𝑙2𝑂3 + 5𝐻2𝑂

Al generarse iones de aluminio o hierro se combinan con los contaminantes y las burbujas

de gas generado capturan el aglomerado coagulado y lo llevan a la superficie igual a FAD

(Flotación por aire disuelto).

Reacciones de la Electro-flotación

El efecto desestabilizador de la electricidad y las propiedades de los floculantes de los

metales se combinan para coagular y flocular los contaminantes. Las micro burbujas atrapan

los flóculos y suben a la superficie del líquido formando una capa de espuma estable, finas

burbujas de aire son introducidas para actuar en el proceso de flotación. Generalmente, la

electroflotación se genera cuando existe una electrolisis del agua, y como consecuencia se

originan pequeñas burbujas de oxígeno e hidrógeno a través de las reacciones.

22

Reacción en el ánodo: 2𝐻2𝑂(𝑙) − 4𝑒− → 𝑂2 + 4𝐻+

Reacción en el cátodo: 4𝐻2𝑂(𝑙) + 4𝑒− → 2𝐻2(𝑔) + 4𝑂𝐻−

Reacciones en el seno de la solución: Electro flotación

6𝐻2𝑂 → 𝑂2 + 2𝐻2 + 4𝐻+ + 4𝑂𝐻−

Fuente: (IBANEZ, 1997)

Adicionalmente, las burbujas de gas que se forman debido a la electrolisis provocan la

flotación de los contaminantes y por este motivo suceden los fenómenos de electrocoagulación,

electro floculación y electro flotación que se llevan a cabo de manera simultánea. (Barrera,

2014)

Figura 1.2 CELDA ELECTROQUÍMICA

Fuente: (Cañizares, 2008)

23

1.1.16 La Industria Textil

Los textiles son productos de consumo masivo que generan gran cantidad de empleos, con

una gran importancia en la economía mundial. Se divide en los siguientes sectores: Producción

de fibras, Hilandería, Tejeduría, Tintorería y acabado, Confección y no tejido.

La cadena textil inicia con la recolección de fibras en bruto, procesos de acabado,

tratamiento previo, tinte, estampado, acabado y revestimiento, inclusive lavado y secado.

La fuerte coloración de las aguas residuales de las tintorerías que se imparten a los

cuerpos de descarga puede llegar a suprimir los procesos fotosintéticos, por lo que su presencia

debe ser controlada. En general las moléculas de los colorantes utilizados en la actualidad son

estructuras muy variadas y complejas. La mayoría son de origen sintético muy solubles en agua

altamente resistentes a la acción de agentes químicos y poco biodegradables.

El principal problema ambiental de la industria textil, es el agua residual que genera y

en la carga contaminante que contienen. Otros problemas son el consumo de agua, las

emisiones atmosféricas, los residuos sólidos y los malos olores, que resultan molestosos en

determinados tratamientos.

El agua utilizada en las industrias para sus respectivos procesos es vertida a los cuerpos

hídricos, muchas veces sin un tratamiento previo. En su mayoría no poseen sistemas de

depuración, esta contaminación es muy elevada dada la gran cantidad de agua que necesita la

industria.

Un cuerpo hídrico representa la principal fuente de abastecimiento de agua de las

poblaciones humanas. Las industrias al utilizar estas aguas las devuelven sin previo tratamiento

en la mayoría de los casos, es por este motivo que estos efluentes se ven perjudicados

constantemente como la alteración de la cadena trópica por la presencia de materiales extraños

introducidos y algunas especies desaparecen caso contrario existiría un equilibrio en el

ecosistema.

24

El aporte a la carga contaminante de los procesos de teñido o tinturado es muy

significativo y depende del tipo de colorante utilizado, por lo general se presentan altas

cantidades de sólidos suspendidos, DQO y DBO5, y pues como ya se había mencionado

anteriormente los colorantes afectan severamente a los cuerpos hídricos las distintas

tonalidades impiden el paso de la luz solar, la cual es importante para llevare acabo el proceso

fotosintético.

Debido a la variabilidad en composición de las aguas residuales provenientes de la

industria textil algunos de los métodos convencionales empleados para la descontaminación de

este tipo de ARI como degradación química, adsorción, precipitación, foto-degradación,

biodegradación y coagulación química son inadecuados e insuficientes, los costos de emplear

estos métodos son altos debido a que necesitan gran cantidad de reactivos químicos y espacios

para el montaje de los equipos de proceso.

Es por esta razón que los métodos electroquímicos para tratamientos de estos efluentes

son tan prometedores debido a que se ha comprobado su buen funcionamiento para remover

contaminantes que se encuentran en este tipo de aguas y además se ha encontrado que la

mayoría de los compuestos que originan el color de los efluentes son factibles de remover por

medio de tratamientos electrolíticos.

La electrocoagulación es un método electroquímico simple y efectivo que ha sido

empleado en los últimos años como procedimiento para tratar aguas residuales de la industria

textil, debido a que remueve de manera eficiente DQO, color, turbiedad y sólidos disueltos y

además opera con bajo consumo de energía.

1.1.17 Colorantes

Un colorante es una combinación de estructuras no saturadas que penetra y permanece

coloreando uniformemente una tela y debe ser seleccionado para llenar los requisitos de calidad

25

exigidos en función de su uso final para el que ha sido diseñada dicha tela. (QuimiNet/Textil ,

2012)

Existen dos métodos para clasificar colorantes. El primero está basado en la constitución

química de los sistemas cromofóricos y el segundo en base a los métodos de aplicación. En

general, la intensidad es directamente proporcional a la resonancia molecular y las propiedades

de resistencias del colorante están relacionadas a la estabilidad física y química de la molécula

y a las fuerzas externas tales como calor, luz, pH, etc. Los colorantes utilizados actualmente

son de productos naturales extraídos de plantas y animales o de síntesis industrial es decir

fabricados por una reacción química a gran escala.

1.1.18 Estructura Química de un Colorante

Para que una sustancia sea colorante tiene por lo menos dos grupos presentes en su molécula:

el grupo cromóforos y el grupo Auxócromos.

Grupo cromóforos: presentan uno o más enlaces insaturados y que su presencia

es la responsable de generar color a la molécula. (Terrazas, 2012)

Grupo Auxócromos: Intensifican la acción del grupo cromóforos y mejoran la

afinidad del colorante por la fibra. (Terrazas, 2012)

http://es.wikipedia.org/wiki/Insaturado%20Crom%C3%B3foros

26

Figura 1.3 Grupos cromóforos (Terrazas, 2012)

Figura 1.4 Grupos Auxócromos (Terrazas, 2012)

1.2 Teorías Sustantivas

1.2.1 Marco Legal

La aplicación de los parámetros de control depende de cada actividad económica por

procesos productivos, está precisada en el reglamento de la presente norma tomando como

referencia el código internacional industrial uniforme CIIU correspondiente a la Matriz de

monitoreo del Municipio.

La tabla de control para esta actividad económica regula mediante el Límite máximo

permisible las descargas de aguas residuales industriales textiles a un cuerpo de agua dulce a

fin de evitar el deterioro del mismo, garantizando la sostenibilidad de los sistemas hídricos.

Los límites máximos permisibles, son aplicables en el ámbito nacional y son de obligatorio

27

cumplimiento para todos los usuarios que efectúen descargas de aguas residuales; su

cumplimiento es exigible por las entidades públicas de control.

Tabla 1.1: Parámetros de monitoreo descargas industriales textiles

PARÁMETROS DE MONITOREO EN INDUSTRIAS TEXTILES

PARAMETROS UNIDAD LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE

DBO mg/lt 100

DQO mg/lt 200

SST mg/lt 130

SAAM mg/lt 0,5

A Y G mg/lt 30

SO4 mg/lt 1000

Ba mg/lt 2

Cd mg/lt 0,02

Cu mg/lt 1

Cr6+ mg/lt 0,5

Fe mg/lt 10

Hg mg/lt 0,005

Ni mg/lt 2

Pb mg/lt 0,2

Se mg/lt 0,1

Zn mg/lt 5

Color Pt-Co 1/20

Sulfuro mg/lt 0,5

ST mg/lt 1600

FUENTE: Acuerdo Ministerial No 097 A-2015

1.3 Referentes empíricos

Evaluación de la eficiencia de una celda de electrocoagulación a escala

laboratorio para el tratamiento de agua. Este trabajo se basó en la construcción de

un reactor de electrocoagulación para evaluar la eficiencia de la remoción de la DQO

de las aguas residuales provenientes de una industria de pinturas. En base a los estudios

realizados se determinó un remoción promedio del 87 % de la DQO. (Aguilar, 2015)

Estudio de optimización de variables de funcionamiento de un sistema de

electrocoagulación para tratar aguas de la industria textil. El objeto de este trabajo

es estudiar las variables relevantes del funcionamiento del sistema de

28

electrocoagulación y determinar los valores óptimos de operación, encontrando una

remoción mayor al 70% en parámetros como DQO, Sólidos disueltos y color. (Gómez,

2013)

29

CAPÍTULO 2

MARCO METODOLÓGICO

2.1 Metodología de la Investigación

El fundamento de este estudio está basado en los principios de la electroquímica y en

especial la electrocoagulación. El funcionamiento del método de electrocoagulación consiste

en la adición de coagulante (iones metálicos) da como resultado la desestabilización de los

coloides, lo que va a formar aglomeraciones de un tamaño que depende principalmente de la

carga inicial presente de sólidos suspendidos, color y turbiedad mediante la actuación de un

campo eléctrico.

La electrocoagulación es una técnica que implica la adicción electrolítica de coagulantes

iones metálicos al electrodo, estos iones positivos se absorberán sobre los coloides que son

negativos como ciertas sustancias químicas que ayudan a la coagulación en el método químico.

Con el siguiente proceso se busca remover la mayor cantidad de materia contaminante

presente en el agua residual a tratarse, para tal efecto se usarán electrodos de hierro con las

configuraciones necesarias para obtener excelentes resultados determinando el amperaje y

voltaje necesario.

2.2 Métodos

El método utilizado es el científico ya que mediante las diferentes pruebas a realizar se

determinara la configuración óptima para obtener una eficiente remoción de colorantes de un

agua residual textil de algodón mediante electrocoagulación. (Encontexto, 2010)

30

2.3 Premisas o Hipótesis

Se logrará obtener una eficiencia de remoción de colorantes en el efluente de una industria

de textiles de algodón mediante electrocoagulación.

2.4 Universo y Muestra

La investigación se realizó con agua residual industrial textil con una concentración de

contaminantes muy alta como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 2.1: Composición efluente textil para 1 kg de muestra

PROCESO PRODUCTO UNIDAD CANTIDAD VOLUMEN(Lt)

DESENCOLADO Fécula G 9 10

TINTURA

Agua Descalcificada Lt 10

NaCl G 500

NaOH G 5

Na2CO3 G 50

Colorante azul MX-

2R G 48

Dispersante

(Marvacol) G 4,5 10

ACLARADO Agua Descalcificada Lt 30 30

JABONADO Agua Descalcificada Lt 30

(QUMISOFT CAT) G 10 30

SUAVISADO

Agua Descalcificada Lt 10

(EVOSOFT HSPP) G 0,7

Alcohol de Polivinilo G 18 10

Fuente: Industria Textil

31

Figura 2.1 PROCESO DE LA INDUSTRIA TEXTIL

ENCOLADO/

DESENCOLADO

LAVADO

MERCERIZACIÓN

BLANQUEAMIENTO

TEÑIDO

ACABADO

Residuos desinfectantes e

insecticidas, NaOH, surfactantes,

detergentes, grasas y solventes

NaOH y sales

H2O2, sodio, silicatos y

estabilizadores orgánicos

Color, metales, sales,

surfactantes, sulfuros y

formaldehido.

Enzimas y

almidón

Agua cargada de materia

orgánica y sólidos

15% descarga de AR

Agua con ácidos

20% descarga de AR

Agua con hipoclorito de sodio

Agua con colorantes

dispersos, directos y reactivos,

antiespumante y álcalis

Agua caliente en pH alcalino

para remover impurezas tales

como tierra, grasas y fibras

65% descarga de AR

Fuente: (Pinzon, 2010)

2.5 CDIU Operacionalización de variables

Este proyecto de post-grado se trató como variables independientes la cantidad de

contaminación mediante la coloración textil de muestras de aguas residuales de una industria

textil y la cantidad de corriente que se aplica a la celda de electrocoagulación para el

tratamiento.

Como variables dependientes se manipularon el Color y el DQO de las muestras tratadas a

diferentes intensidades de corriente. Obteniéndose de una comparación de estas dos

magnitudes un valor al que se puede tomar como un porcentaje de remoción.

Los factores experimentales y factores respuestas se detallan a continuación.

Factores experimentales:

32

Cantidad de corriente (A y V)

Factores respuestas:

Color (Pt-Co, unidades de color en escala platino-cobalto)

DQO (mg/lt)

Equipos y materiales

Para la recolección de datos se utilizó el colorímetro “HACH DR890”, para las

mediciones de color en escala Pt-Co y lecturas de DQO.

Para leer parámetros adicionales se usó el THERMO ORION model162A el cual mide

conductividad, STD, resistencia, Salinidad y Temperatura de las muestras.

Para la digestión de los viales de DQO se utilizó el HACH reactor de DQO. Rango de

100-150°C.

Técnicas

Para establecer el diseño experimental se obtuvieron las muestras de origen sintético de las

cuales se realizó la respectiva caracterización inicial, después se efectuó las diferentes pruebas

experimentales tanto en batch como en continuo donde se observó el comportamiento de

diferentes variables físico-químicas en el medio acuoso, recolectando información que permitió

determinar los valores de corriente eléctrica, distancia entre electrodos, tiempo de tratamiento.

Finalmente se realizó una caracterización final del proceso con la muestra seleccionada para

verificar la eficiencia del proceso electroquímico

33

2.5.1 Ingeniería de procesos

Figura 2.2 Diagrama de Flujo del Procesos

AGUAS

RESIDUALES

TEXTIL

TANQUE DE

ALIMENTACIÓN

HOMOGENIZACIÓN

ELECTROCOAGULACIÓN

MUESTREO

CARACTERIZACIÓN

INICIAL

DECANTACIÓN

SEDIMENTACIÓN

FILTRACIÓN

MUESTREO

CARACTERIZACIÓN

FINAL

DESCARGA CUERPO

HÍDRICO

CUMPLE PARAMETROS

SI

NO

ESPESADOR DE

LODOS

Fuente: (Riquelme, 1948)

34

2.5.2 Diagrama del equipo de proceso

Figura 2.3 VISTA FRONTAL DEL EQUIPO

Figura 2.4 VISTA LATERAL DEL EQUIPO

Fuente: Equipo de Tesis de Doctorado para remoción de color. Mg. Martha Bermeo

(Bermeo)

35

2.6 Gestión de datos

En este punto se presenta las tablas y gráficas obtenidas en la caracterización de las aguas

sintéticas preparadas y los resultados obtenidos en la fase de pruebas con diferentes

configuraciones de electrodos, amperajes y voltajes.

Tabla 2.2: Caracterización de la muestra sintética

Caracterización Primer tanque

Parámetros Resultado

Sol. Totales mg/l 4660

Sol. Susp. mg/l 50

Color Pt-Co 3500

DQO mg/l 1306

Conductividad

ms/cm 7,76

Salinidad ppt 4,2

TDS mg/l 5130

Resistividad

KΩ/cm 0,129

Temperatura °C 27

ELABORACIÓN: Rodríguez Alejandro

Caracterización Segundo tanque

Parámetros Resultado

Sol. Totales mg/l 3110

Sol. Susp. mg/l 60

Color Pt-Co 3750

DQO mg/l 1365

Conductividad

ms/cm 5,59

Salinidad ppt 3

TDS mg/l 3690

Resistividad

KΩ/cm 0,177

Temperatura °C 26.8

36

Tabla 2.3: Pruebas por lote

Configuración 3x2 - 5 A

Prueba Tiempo Amp Voltaje Color DQO Cond Salinidad TDS T

Batch min Å V Pt-Co %Remoción mg/l %Remoción mS/cm Ppt mg/l °C

1

2

5 9

2800 20,00 300 76,92 3,84 2 2540 26,4

4 326 90,69 72 94,46 5,52 2,9 3650 26,8

6 90 97,43 60 95,38 5,64 3 3720 26,8

8 33 99,06 52 96,00 5,9 3,1 3890 26,8

2

2

5 8

2910 16,86 288 77,85 4,43 2,3 2920 26,4

4 380 89,14 68 94,77 4,46 2,4 2940 26,4

6 108 96,91 56 95,69 5,62 3 3700 26,3

8 45 98,71 48 96,31 5,75 3,1 3800 26,3

3

2

5 8

3008 14,06 296 77,23 5,34 2,8 3520 26,5

4 402 88,51 68 94,77 5,51 2,9 3630 26,5

6 105 97,00 60 95,38 5,41 2,9 3590 26,3

8 20 99,43 52 96,00 5,6 3 3690 26,1


Gráfica 2.1 PRUEBA BATCH 5A y 9V


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)

Color DQO % Remocion Color % Remoción DQO

37

Gráfica 2.2 PRUEBA BATCH 5A Y 8V




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)

Color DQO % Remoción Color % Remoción DQO

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

emo

ció

n

Co

lor

y D

QO

Tiempo (min)

Color DQO % Remoción color % Remoción DQO

38




Batch min Å V Pt-Co %Remoción mg/l %Remoción mS/cm ppt mg/l °C

1

1

10 14

2872 17,94 184 85,85 5,56 2,9 3670 27

2 1852 47,09 72 94,46 5,51 2,9 3640 26,8

3 223 93,63 56 95,69 5,64 3 3710 26,8

4 146 95,83 28 97,85 5,61 3 3700 26,7

5 114 96,74 24 98,15 5,98 3,2 3690 26,6

2

1

10 15

2798 20,06 192 85,23 5,42 2,9 3580 26,5

2 1889 46,03 80 93,85 5,18 2,7 3410 26,5

3 190 94,57 60 95,38 5,25 2,8 3470 26,5

4 149 95,74 36 97,23 5,2 2,8 3430 26,5

5 80 97,71 28 97,85 5,34 2,9 3410 26,1

3

1

10 13

2810 19,71 176 86,46 3,67 1,9 2430 26,5

2 1905 45,57 68 94,77 4,9 2,6 3260 26,5

3 185 94,71 52 96,00 5,64 3 3740 26,5

4 120 96,57 32 97,54 5,88 3,1 3870 26,3

5 55 98,43 24 98,15 6,03 3,3 3970 26


Gráfica 2.4 PRUEBA BATCH 10A y 14 V


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


39



Gráfica 2.6 PRUEBA BATCH 10A y 13 V


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


40





1

1

15 18

2900 17,14 112 91,38 5,54 3 3660 26,5

2 177 94,94 52 96,00 5,73 3,1 3780 26,3

3 52 98,51 36 97,23 5,91 3,2 3900 26,4

4 34 99,03 24 98,15 6,34 3,4 4100 26,3

2

1

15 20

2870 18,00 104 92,00 5,47 2,9 3600 26,2

2 302 91,37 64 95,08 5,74 3,1 3790 26,3

3 49 98,60 44 96,62 6,12 3,3 4040 26,3

4 20 99,43 36 97,23 6,11 3,3 4020 26

3

1

15 20

2954 15,60 112 91,38 5,48 3 3610 26

2 209 94,03 68 94,77 5,65 3 3720 26

3 60 98,29 40 96,92 6,02 3,2 3970 26,1

4 39 98,89 32 97,54 6,08 3,3 4010 26,9




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5

% R

em

oció

n

Colo

r y

DQ

O

Tiempo (min)


41





0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


42





1

3

5 10

341 90,26 232 82,15 5,6 3 3700 27,1

6 132 96,23 120 90,77 5,55 2,9 3660 27

9 77 97,80 80 93,85 5,78 3 3820 27,8

2

3

5 10

395 88,71 208 84,00 5,75 3 3790 27,1

6 165 95,29 124 90,46 5,64 3 3720 27

9 85 97,57 88 93,23 6,55 3,5 4320 27

3

3

5 10

240 93,14 244 81,23 5,7 3,1 3766 27

6 98 97,20 120 90,77 5,62 2,9 3715 27

9 69 98,03 72 94,46 5,91 3,3 4112 27,1




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


43





0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


44





1

1

10 20

3005 14,14 552 57,54 5,57 3 3670 27

2 188 94,63 444 65,85 5,69 3 3750 27

3 61 98,26 316 75,69 5,71 3 3770 27

4 45 98,71 272 79,08 5,86 3,1 3860 27

2

1

10 20

1850 47,14 584 55,08 5,88 3,1 3890 27

2 165 95,29 464 64,31 5,78 3,1 3810 27

3 72 97,94 336 74,15 5,93 3,1 3910 27

4 47 98,66 232 82,15 5,97 3,1 3940 27,1

3

1

10 20

1907 45,51 556 57,23 5,87 3,1 3880 27

2 180 94,86 452 65,23 5,84 3,1 3860 26,9

3 70 98,00 328 74,77 6,09 3,2 4020 26,9

4 48 98,63 240 81,54 6,14 3,3 4050 26,8




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


45





0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


46





1

1

15 24

245 93,00 100 92,31 5,61 3 3710 26,7

2 179 94,89 84 93,54 5,71 3 3770 27

3 54 98,46 72 94,46 5,64 3 3730 26,7

4 30 99,14 68 94,77 5,88 3,1 3860 27

2

1

15 24

220 93,71 96 92,62 5,77 3,1 3810 26,5

2 165 95,29 80 93,85 5,9 3,1 3890 26,8

3 62 98,23 72 94,46 5,99 3,2 3950 26,8

4 39 98,89 72 94,46 5,72 3 3770 26,7

3

1

15 24

236 93,26 104 92,00 5,6 3 3690 26,9

2 140 96,00 76 94,15 5,8 3,1 3860 26,9

3 65 98,14 68 94,77 5,85 3,1 3860 26,7

4 43 98,77 68 94,77 5,98 3,2 3950 26,8




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


47





0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


48





1

3

5 6

2085 40,43 88 93,23 5,78 3,1 3820 27

6 210 94,00 80 93,85 5,81 3,1 3840 27

9 63 98,20 64 95,08 5,97 3,2 3940 27

12 15 99,57 48 96,31 6,49 3,5 4280 27

2

3

5 6

2112 39,66 100 92,31 5,69 3 3750 26,4

6 216 93,83 80 93,85 5,76 3,1 3800 26,7

9 71 97,97 72 94,46 5,77 3,1 3810 26,9

12 30 99,14 52 96,00 5,81 3,1 3830 26,9

3

3

5 6

2140 38,86 96 92,62 5,5 2,9 3620 26,3

6 116 96,69 76 94,15 5,63 3 3720 26,9

9 82 97,66 60 95,38 5,77 3,1 3810 26,9

12 33 99,06 40 96,92 6,07 3,2 4010 26,9




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10 12 14

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


49





0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10 12 14

% R

em

oció

n

Colo

r y

DQ

O

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10 12 14

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


50





1

2

10 8

2510 28,29 100 92,31 6,16 3,2 4060 28,2

4 109 96,89 84 93,54 6,51 3,4 4300 28,6

6 32 99,09 72 94,46 6,9 3,6 4550 28,5

8 28 99,20 56 95,69 7,27 3,8 4800 28,4

2

2

10 9

3010 14,00 80 93,85 5,79 3 3810 28

4 140 96,00 72 94,46 5,82 3 3850 26,4

6 43 98,77 60 95,38 5,27 3,2 4140 28,7

8 19 99,46 48 96,31 5,33 3,3 4170 28,8

3

2

10 10

2042 41,66 84 93,54 5,87 3,1 3870 28,2

4 124 96,46 72 94,46 5,97 3,1 3950 28,4

6 50 98,57 64 95,08 5,33 3,3 4170 28,4

8 30 99,14 44 96,62 5,92 3,1 3910 28,9




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10

% R

em

oció

n

Co

lor

y D

QO

Tiempo (min)


51





0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


52





1

1,5

15 16

440 87,43 112 91,38 5,94 3,1 3920 28

3 130 96,29 96 92,62 6,07 3,1 4000 28,6

4,5 30 99,14 76 94,15 6,19 3,2 4100 28,6

6 20 99,43 48 96,31 6,3 3,2 4140 28,4

2

1,5

15 16

320 90,86 116 91,08 5,83 3,1 3870 28,6

3 90 97,43 92 92,92 5,86 3 3870 26,6

4,5 33 99,06 72 94,46 5,97 3,1 3930 28,7

6 24 99,31 48 96,31 6,2 3,2 4130 28,5

3

1,5

15 16

280 92,00 120 90,77 5,88 3,1 3860 28,6

3 82 97,66 104 92,00 5,81 3 3830 28

4,5 42 98,80 80 93,85 5,85 3 3860 28

6 10 99,71 44 96,62 6,07 3,2 4010 27,7




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7

% R

em

oció

n

Co

lor

y D

QO

Tiempo (min)


53





0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7

% R

em

oció

n

Colo

r y

DQ

O

Tiempo (min)


54


Configuración 3x2 - 5 A - 1.2 D



1

3

5 12

1020 70,86 144 88,92 5,65 3 3730 27,4

6 77 97,80 104 92,00 5,85 3,1 3860 27,4

9 70 98,00 80 93,85 6,27 3,3 4140 27,5

12 21 99,40 64 95,08 6,44 3,4 4250 27,5

2

3

5 12

1025 70,71 150 88,46 5,66 3 3728 27,2

6 80 97,71 107 91,77 5,8 3,2 3911 27,2

9 62 98,23 82 93,69 6,3 3,4 4276 27

12 20 99,43 65 95,00 6,38 3,5 4298 27

3

3

5 12

1016 70,97 153 88,23 5,5 3 3731 27,3

6 75 97,86 109 91,62 5,67 3,1 3877 27,3

9 60 98,29 83 93,62 6,18 3,2 3905 27,1

12 21 99,40 66 94,92 6,27 3,3 4036 27,1




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10 12 14

% R

em

oció

n

Co

lor

y D

QO

Tiempo (min)


55





0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


56

Definitivo


Configuración 3x2 - 10 A - 1.2 D



1

2

10 20

210 94,00 128 90,15 5,57 3 3780 26,1

4 44 98,74 40 96,92 5,4 2,9 3560 26,1

6 24 99,31 28 97,85 6,81 3,7 4490 26,1

8 4 99,89 12 99,08 6,64 3,6 4380 26

2

2

10 20

204 94,17 122 90,62 5,62 3 3710 26

4 48 98,63 38 97,08 5,6 3 3700 26

6 18 99,49 22 98,31 6,33 3,4 4180 26

8 6 99,83 10 99,23 6,34 3,4 4180 25,9

3

2

10 20

208 94,06 125 90,38 5,27 2,8 3480 26,1

4 45 98,71 42 96,77 5,33 2,9 3520 26,1

6 20 99,43 25 98,08 5,82 3,1 3840 26

8 6 99,83 10 99,23 6,09 3,3 4020 26




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10

% R

em

oció

n

Co

lor

y D

QO

Tiempo (min)


57



Gráfica 3.33 PRUEBA BATCH 10A Y 20V


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

em

oció

n

Colo

r y D

QO

Tiempo (min)


58

2.7 Prueba en línea final

Tabla 2.13: Prueba en línea


Gráfico de Columna 2.1: Remoción de DQO


Resultados de la prueba en línea

Parámetros Inicio

Final

Sol. Totales mg/l 3110 3240

Sol. Susp. mg/l 60 13

Color Pt-Co 3750 90

DQO mg/l 1365 94

Conductividad

ms/cm 5,59 5,97

Salinidad ppt 3 3.2

TDS mg/l 3690 3950

Resistividad

KΩ/cm 0,177 0,168

Temperatura °C 26.8 26.7

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1 2

DQO mg/l

59

Gráfico de Columna 2.2: Remoción de Color


2.8 Criterios éticos de la investigación

Esta investigación tiene la intención mejorar y proponer nuevas técnicas de depuración de

las agua residuales industriales textiles con la finalidad que las futuras generaciones de

profesionales hagan conciencia y utilicen este estudio para aplicar la electrocoagulación en su

entorno laboral y poder aportar con soluciones a la problemática ambiental que afecta a la

población mundial.

0

1000

2000

3000

4000

1 2

Color PtCo

60

CAPÍTULO 3

RESULTADOS

3.1 Antecedentes de la unidad de análisis o población

En vista de la problemática del agua residual industrial textil se aplicó la técnica

electrocoagulación para lo cual se realizaron pruebas por lote y en línea, una vez establecido el

nivel de remoción en una celda con capacidad de 3 litros provista de 1 electrodo con 9 placas

todos de hierro con separaciones de 0,6 mm dispuestos alternadamente y en forma paralela, los

cuales se conectaron a una fuente de poder con control de voltaje y amperaje.

3.2 Diagnostico o estudio de campo

Se evaluó como plan de pruebas batch y en sistema continuo el tratamiento del agua residual

sintética, dependiendo de la configuración de las celdas se varío el amperaje y el voltaje de

trabajo determinando el tiempo necesario para el tratamiento del agua residual.

Una alta conductividad eléctrica ayuda a que el tratamiento se vuelvas corto, además se

evidencio que el tiempo de permanencia del agua en contacto con la celda es muy importante,

ya que si es muy corta no se lograra la formación de flóculos y si es muy largo hay una serie

de afectaciones por el consumo eléctrico.

El electrodo más recomendado para tratar un agua industrial textil de tela de algodón es de

Hierro.

Se logró observar que alrededor de la celda se forma una capa de impurezas debido al

intercambio iónico, lo que genera una reducción de superficie de contacto haciendo que pierda

la eficiencia el tratamiento.

Después de establecer el tiempo de residencia en pruebas batch, adecuar los parámetros del

tratamiento con la configuración de celdas, amperaje y voltaje para tener las mismas

condiciones, en este caso en estado estacionario tratando un volumen aproximado de 100

litros/hora (sintética), cuyos buenos resultados fueron con una configuración 3x2, 10 AMP,

61

20V y una distancia de 1.2 cm entre cada celda con un tiempo de residencia efectivo a través

de los electrodos contenidos en la cámara de electrocoagulación de 8 minutos.

En estas pruebas se evaluó otro parámetro como el incremento de salinidad este fue el que

le dio la eficiencia del tratamiento con el menor gasto posible de energía eléctrica. Los

resultados de la prueba final en línea son alentadoras desde el punto de vista de la eficiencia en

la remoción de DQO y Color.

Además, se observó que con mayor cantidad de colorante se aumenta la Demanda Química

de Oxigeno, el pH se mantiene alcalino antes y después del tratamiento debido a los diferentes

reactivos usados en la fórmula de preparación del tinte.

El material escogido para el tratamiento por electrocoagulación es el hierro, ya que nos

permite en un tiempo medio de 4 minutos tener una desestabilización y generar coágulos

estables.

Para las determinaciones de DQO (Demanda Química de Oxígeno) y Color (Pt-Co) se

utilizó el colorímetro modelo DR-890 marca HACH. Se considera que el agua tratada logró

una remoción del color de alrededor de un 97.6%, con un color inicial superior a los 3750Pt-

Co, de igual forma se logró remover el DQO en un 93.1% con un DQO inicial de 1365 mg/lt,

dándole un tiempo de tratamiento o de residencia de 8 minutos, podemos decir que se ha

logrado alcanzar los objetivos principales en este proyecto de investigación.

Las condiciones de operación de un proceso que se lleve a cabo mediante electrocoagulación

son independientes de las condiciones químicas, pH, tamaño de las partículas del agua residual

especialmente de su conductividad pues este tratamiento requiere el empleo de bajo voltaje,

menos de 30 voltios variando el amperaje dependiendo de las características del agua, de las

cuales tenemos:

62

Desgaste de los electrodos está relacionado con el amperaje aplicado al sistema

y el tiempo de residencia del agua residual que atraviesa la celda de electrocoagulación.

El reemplazo de los mismos depende del tiempo que sean útiles para el tratamiento.

Generalmente los sistemas de electrocoagulación funcionan de forma

automática mediante controles eléctricos.

La producción de lodos está relacionada directamente con la cantidad de carga

contaminante que posee el afluente y las especies disueltas.

Las características de las muestras a las que se les aplico el tratamiento a la salida del proceso

son identificadas con etiquetas, teniéndose en la entrada un líquido de color azul marino y

sólidos suspendidos, mientras que a la salida se observó un agua transparente con un tenue

color verde (debido a la presencia de hierro +2).

Finalmente se realizó la filtración del efluente de la prueba en línea para eliminar cualquier

sólido suspendido presente y proceder con las analíticas respectivas.

63

CAPÍTULO 4

DISCUSIÓN

4.1 Contrastación empírica

Los resultados de las pruebas realizadas son alentadoras desde el punto de vista de la

eficiencia ya que se obtuvo una remoción de DQO 99.2% y Color 99.8%, esto se logró gracias

a las distintas pruebas realizadas, hasta encontrar la configuración idónea. A diferencia de otras

investigaciones en esta se obtuvo una mejor remoción debido aumentos en las variables como

tiempo, amperaje y distancia entre celdas.

4.2 Limitaciones

El elevado costo en la compra de reactivos para las pruebas.

Falta de reactivos y utensilios para realizar las pruebas requeridas.

El costo de los análisis con laboratorio certificado.

4.3 Líneas de investigación

A partir de este trabajo se pueden obtener nuevos temas de investigación como:

Determinación de la eficiencia de remoción de colorantes presentes en el

efluente de una industria de textiles de tela de algodón mediante electrocoagulación

utilizando un electrodo de aluminio.

Aplicación de tratamiento a efluentes de industria papelera mediante

electrocoagulación.

4.4 Aspectos relevantes

La remoción obtenida en la mejor configuración en los parámetros de DQO y

Color es un punto relevante puesto que tiene un alto porcentaje de remoción.

La importancia de regular el caudal que alimenta a la planta piloto es de vital

importancia para alcanzar los resultados obtenidos en este estudio.

64

CAPÍTULO 5

PROPUESTA

Este estudio nos permite aportar a la nuevos conocimientos sobre la manera más eficiente

de operar el equipos de electrocoagulación del laboratorio de aguas de la facultad de Ingeniería

Química y a su vez fomentar el estudio de esta técnica poco aplicada en la industria local,

además podemos indicar que la electrocoagulación es una técnica efectiva para el tratamiento

de las aguas residuales industriales textiles con un gran porcentaje de remoción de DQO 99.2%

y Color 99.8%, generando de esta manera una nueva solución a la problemática de este tipo de

industrias.

La planta piloto de electrocoagulación debe poseer un sistema de bypass al tanque de

alimentación que permita recircular el agua residual textil ya que el gran caudal de la bomba

de alimentación reduce la eficiencia de la planta o a su vez tener las suficientes conexiones

para trabajar con dos electrodos a la vez, de manera que se pueda tratar el afluente sin bypass.

65

Conclusiones

Se caracterizó el agua residual sintética textil evaluando los parámetros como

DQO, DBO, Sólidos suspendidos, Sólidos totales, pH, Color, y metales pesados con la

finalidad de determinar una calidad de agua residual textil semejante a la generada en

planta, se realizaron pruebas de tratabilidad para determinar la configuración más

óptima para el proceso, logrando una remoción en la DQO del 99.2% y una remoción

del color de alrededor de un 99.8%.

Las variables de operación que se fijaron como óptimas para este estudio fue

cuando se usó la configuración de 3x2, intensidad de 10Å, tensión 20 V, distancia entre

cada placa de 1.2 cm y el tiempo de residencia de 8 minutos, caso en el cual se obtuvo

una excelente remoción utilizando un electrodo de hierro.

66

Recomendaciones

Realizar una investigación para conocer las diferentes variables de respuesta de

los metales pesados como hierro, cadmio, cromo y níquel, ya que durante la

investigación se observó que todos estos metales tuvieron un incremento luego de

realizar la técnica de electrocoagulación.

Se recomienda el uso de la técnica de electrocoagulación para tratar otras clases

de aguas residuales como las de la industria papelera y curtiembre.

67

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ANEXOS

FOTO 1 PRUEBA 3X2 5A





FOTO 10 PRUEBAS FINALES

FOTO 11 RESULTADOS FINALES

FOTO 12 RESLUTADOS DE LODOS





FOTO 13 PRUEBAS EXPERIMENTALES

FOTO 14 RESULTADOS FINALES



ELABORADO: RODRÍGUEZ ALEJANDRO

Procedimiento de operación en la unidad piloto de electrocoagulación.

Establecer la ubicación del equipo de electrocoagulación.

Conectar la fuente de energía.

Colocar los electrodos.

Se enciende la bomba y se regula el caudal abriendo totalmente el bypass de

recirculación.

Se enciende la fuente de poder.

Se ajusta y lee el amperaje y el voltaje.

Se acciona el cronometro para controlar el tiempo de tratamiento.

Estabilizar las variables de operación.

Toma de datos experimentales.

Al concluir se desconecta el sistema de alimentación hidráulica.

Apagar la fuente de poder.

Se toma una muestra del efluente de la planta piloto

Se compara los parámetros finales.

Sacar los electrodos para mantenimiento y su posterior limpieza.

Se evacua de las cámaras de electrocoagulación y sedimentación el líquido remanente.

Se limpia la unidad de electrocoagulación.

Procedimiento para las determinaciones de las pruebas Batch.

Obtener 3 lt de agua residual textil para su tratamiento.

Determinar el programa de pruebas a realizar y sus posibles variantes.

Introducir la muestra a estudiar en la cuba de reacción

Introducir los electrodos con la configuración respectiva.

Caracterizar la muestra inicial.

Encender la fuente de energía.

Realizar las variaciones recomendadas.

Obtenidos los resultados apagar la fuente de poder.

Retirar los electrodos para su posterior limpieza.

Determinar los parámetros referenciales finales.

Evaluar las observaciones realizadas y los resultados.

Características de los sistemas en lote y en continuo

Lote Continuo

No se alimenta constante un flujo de

agua

Flujo continuo y constante

Las concentraciones en el sistema

cambian con el tiempo

Las concentraciones en el sistema

son constantes

El desempeño del sistema está

relacionado con el tiempo de reacción

El desempeño del sistema está

relacionado con el tiempo de

residencia en el reactor

Operación dinámica Operación fija

El contenido en el reactor se encuentra

bien mezclado

Variación en el mezclado

Fuente: Arbeláez

RESULTADOS Y ANÁLISIS LABORATORIOS ACREDITADOS

Caracterización del primer tanque

Caracterización del segundo tanque

Caracterización del efluente final de la prueba en línea

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