Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

2019

Evaluación del Hydrochar producido por tratamiento hidrotermal Evaluación del Hydrochar producido por tratamiento hidrotermal

como medio adsorbente de color de un agua residual como medio adsorbente de color de un agua residual

Manuela Ximena Pineda Pineda Universidad de La Salle, Bogotá

Daniel Camilo Flórez Guarín Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Pineda Pineda, M. X., & Flórez Guarín, D. C. (2019). Evaluación del Hydrochar producido por tratamiento hidrotermal como medio adsorbente de color de un agua residual. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1150

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EVALUACIÓN DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR TRATAMIENTO

HIDROTERMAL COMO MEDIO ADSORBENTE DE COLOR DE UN AGUA

RESIDUAL

Pineda Pineda Manuela Ximena

Flórez Guarín Daniel Camilo

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria

Bogotá, Colombia

2019

2

EVALUACIÓN DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR TRATAMIENTO

HIDROTERMAL COMO MEDIO ADSORBENTE DE COLOR DE UN AGUA

RESIDUAL

Pineda Pineda Manuela Ximena

Flórez Guarín Daniel Camilo

Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título de:

Ingeniera Ambiental y Sanitario

Director:

Jairo Vanegas Gordillo

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria

Bogotá, Colombia

2019

3

Dedicatoria

A mis padres por el apoyo y esfuerzo incondicional para así brindarme la oportunidad de

obtener mi título como profesional, además de ser un ejemplo de vida en cada uno de los

aspectos que hicieron parte de mi formación.

A mis hermanos esperando ser un ejemplo en el desarrollo de sus carreras profesionales,

como símbolo de perseverancia para que de la misma manera cumplan sus objetivos.

A mi abuela que desde el cielo me cuida y me protege en cada paso que doy, y siempre es y

será mi ejemplo a seguir por su gran calidez humana.

A mi novia y amigos que logre durante el desarrollo de la carrera, por ser incondicionales y

estar en los momentos que más se necesitan.

Daniel Camilo Flórez Guarín

4

Dedicatoria

Esta tesis se la dedico a Dios, ya que con la ayuda de el fue posible lograr esta meta. A mis

padres por guiarme, acompañarme y apoyarme en cada etapa de mi vida con mucho amor, me

ayudaron a seguir adelante en cada etapa del proceso.

A mis hermanos por ser el mejor ejemplo de disciplina, inteligencia y esfuerzo, ya que basada

en estos valores pude crecer profesionalmente logrando lo que me propongo.

Gracias a mis amigos que estuvieron ahí para darme animo y acompañarme en los momentos

difíciles ayudándome a superarlos y seguir adelante.

Manuela Ximena Pineda Pineda

5

Agradecimientos

A Dios por la vida y la oportunidad de estudiar una carrera universitaria y sortear cada uno de

los obstáculos que se presentaron.

Al profesor Jairo Vanegas Gordillo por su acompañamiento dedicación y entrega en cada una

de las etapas del proyecto, haciendo posible el desarrollo de este.

A todos los docentes que formaron nuestro conocimiento y nos inculcaron valores para ser

los mejores profesionales y dar todo de nosotros para alcanzar los mejores resultados en cada

cosa que desarrollamos.

Agradecemos a la técnica de laboratorio de microbiología Paola Andrea Narváez por su gran

disposición y colaboración en la producción del hydrochar.

Gracias a nuestras familias y amigos porque sin ellos nada de esto hubiese sido posible, por

su comprensión y ayuda.

6

Glosario

Adsorción: es la acumulación en la interfase o la concentración de sustancias en la

superficie. El proceso puede ocurrir en una interfase que separa líquido-líquido, gas-líquido,

gas-sólido o líquido-sólido. (Weber, 2003)

Agua residual: son el resultado del uso doméstico o industrial del agua. (soluciones en

tratamiento y reúso del agua, 2017)

Bioadsorbente: son adsorbentes provenientes de surgen del aprovechamiento de los

materiales de desecho que provienen de la industria alimentaria y agrícola. (Residuos

agroindustriales su impacto, manejo y aprovechamiento, 2017)

Biomasa: materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado,

utilizable como fuente de energía. (Real Academia de la Lengua Española)

Carbonización hidrotermal (HTC): es un proceso térmico de conversión de la biomasa en

un producto rico en carbono, en las que se manejan condiciones de temperatura de 180-260°C

(Ingelia, 2013).

Color: Es el resultado de la presencia de materiales de origen vegetal tales como ácidos

húmicos, turba, plancton, y de ciertos metales como hierro, manganeso, cobre y cromo,

disueltos o en suspensión. Constituye un aspecto importante en términos de consideraciones

estéticas. Los efectos del color en la vida acuática se centran principalmente en aquellos

derivados de la disminución de la transparencia, es decir que, además de entorpecer la visión

de los peces, provoca un efecto barrera a la luz solar, traducido en la reducción de los

procesos fotosintéticos en el fitoplancton, así como una restricción de la zona de crecimiento

de las plantas acuáticas. (Universidad Politécnica de Cartagena)

7

Colorante azoico: se caracterizan por la presencia de un grupo azo (-N=N-) en la molécula

que une, al menos, dos anillos aromáticos. El grupo azo tiene 6 electrones "móviles"

(deslocalizados) que a su vez están deslocalizados con los anillos aromáticos adyacentes.

Todos los compuestos azoicos son coloreados, pero no todos son útiles como colorantes.

(Primo, 1995)

Contaminante: se refiere a cualquier agente de origen químico, físico o biológico cuya

presencia o acumulación causa efectos nocivos en la salud de las personas y el medio

ambiente. (Fondo para la comunicación y la educación ambiental, 2018)

Filtración: operación mecánica para la separación de partículas sólidas suspendidas de un

líquido mediante el uso de un medio filtrante capaz de retener las partículas. (normas de

Colombia, 2019).

Hydrochar: es un sólido de elevado PCI (poder calorífico) y baja humedad, alto rendimiento

en la combustión y sin cuotas de emisiones de CO2. (Ingelia, 2013).

Residuos no peligrosos: son aquellos producidos por el generador en desarrollo de su

actividad, que no presentan ninguna de las características de peligrosidad establecidas en la

normatividad vigente. (Gestión integral de residuos análisis normativo y herramientas para su

implementación, 2018)

Residuos orgánicos: corresponden a los restos biodegradables de plantas y animales, en los

cuales están incluidas las de las frutas y las verduras, los cuales son susceptibles a degradarse

biológicamente. (Gestión integral de residuos análisis normativo y herramientas para su

implementación, 2018)

Residuo sólido aprovechable: es cualquier material, objeto, sustancia o elemento sólido que

no tiene valor de uso para quien lo genere, pero que es susceptible del aprovechamiento para

su reincorporación a un proceso productivo. (Gestión integral de residuos análisis normativo

y herramientas para su implementación, 2018)

8

Residuo sólido comercial: es aquel generado en el marco de la compra o venta de bienes y

servicios tiendas, almacenes, hoteles, ferias, centros comerciales, restaurantes bares,

mercados, oficinas, farmacias, estaciones de servicio, supermercados, entre otros lugares. Los

residuos del sector comercial son muy heterogéneos, pero se pueden encontrar, entre otros,

residuos de papel y cartón, plásticos, madera, vidrios, textiles, metales, residuos orgánicos y

algunos residuos peligrosos sujetos a normativa diferenciada. (Gestión integral de residuos

análisis normativo y herramientas para su implementación, 2018)

Solubilidad: Es la cantidad de soluto que puede disolverse, a una temperatura y presión

dadas, en una cantidad determinada de disolvente. (Química inorgánica, 2005)

9

Resumen

El presente proyecto de grado permitió evaluar la eficiencia del biocarbón (hydrochar)

producido por carbonización hidrotermal (HTC) a partir de residuos de cáscara de cebolla

larga, maíz y arveja, que sirven de medio filtrante para la remoción de color en agua

residual, esto con el fin de desarrollar una nueva alternativa de tratamiento de agua

residual, con lo cual, se buscó una alternativa para contribuir con la problemática de la

contaminación del recurso hídrico por colorantes en la industria alimenticia con

tecnologías de fácil uso y una alta eficiencia de absorción de contaminantes por medio del

lecho filtrante de biocarbón producido a partir de residuos orgánicos, lo cual también

contribuye a la problemática del mal manejo de los residuos ya que estos normalmente no

son aprovechados y por el contrario son dispuestos en el relleno sanitario aumentando la

sobrepresión a estos disminuyendo su tiempo de vida útil.

Los biocarbónes fueron producidos a partir de la técnica de carbonización hidrotermal a

base de residuos de cáscaras de hojas de cebolla larga, hojas de maíz y cáscara de arveja que

se compraron a los vendedores en la plaza de mercado de Paloquemao.

Se eligió esta materia prima por su alto contenido en fibra y celulosa, lo que aporta al

producto final mayor cantidad de carbono y porosidad, las cuales son características

fundamentales para obtener una biomasa que cumpla con las mejores características.

El proceso de selección y caracterización se realizó manualmente directamente en la

fuente y de allí se realizó a la fase de producción del hydrochar en los laboratorios de la

Universidad de La Salle, sede candelaria. Luego de la obtención de los biocarbónes, se

diseñaron los cinco filtros en donde cada uno tuvo una composición igualitaria de los tres

biocarbónes, el siguiente una composición de acuerdo con los biocarbónes evaluados

individualmente; y el último fue hecho de carbón activado para tener una muestra control

10

de la remoción del colorante.

Se tomo el agua residual con contaminación por colorantes artificiales azoicos provenientes

de una industria de alimentos y se realizó una medición inicial del parámetro color, por el

método de espectrofotometría, posteriormente se hace pasar por los filtros rápidos, cada dos

minutos se realizo una medición de la concentración de color en el espectrofotómetro para

analizar el cambio en el tiempo hasta llegar a los 10 minutos que era el tiempo de retención.

Se comparo la concentración final y la inicial y se obtuvo que el lecho con mayor adsorción

es el carbón activado con una eficiencia del 36,65% en la longitud de onda de 520 y de

34,92% en la longitud de 620, seguido del lecho de hydrochar de arveja con un 22,77% en la

longitud de onda de 520 y de 20,07% en la de 620, el lecho de hydrochar de maíz presentó el

tercer lugar en eficiencia con un 18,81% en la longitud 520 y 13,26% en la longitud de 620 y

por ultimo la hoja de la cebolla con una eficiencia en la longitud de onda de 520 de 6,91% y

en la longitud de 620 presento una eficiencia de 6,43%. Se realizo un lecho con una

combinación de los tres biocarbónes, la proporción fue de 50% arveja, 40% de maíz y 10%

de hoja de cebolla teniendo en cuenta las eficiencias obtenidas. Este lecho obtuvo una

eficiencia de 10,89% para la longitud de 520 y de 10,98% en la longitud de onda de 620.

Con la realización de esta experimentación se pudo concluir que de los biocarbónes

producidos a través de tratamiento hidrotermal, el de arveja es el de mayor potencial para la

remoción de colorantes en el agua residual.

Palabras clave: residuos, aprovechable, contaminación hídrica, bioadsorción, hydrochar

11

Contenido

1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 16

LOS RESIDUOS ORGÁNICOS QUE SE ORIGINAN EN GRANDES CANTIDADES

CON UN VALOR DE ....................................................................................................... 16

2. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 18

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 19

3.1 MARCO TEÓRICO......................................................................................................... 19

3.1.1 Caracterización de la biomasa de residuos orgánicos ......................................... 19

3.1.2 Hydrochar ........................................................................................................... 20

3.1.3 Bioadsorbentes .................................................................................................... 21

3.1.4 Filtración ............................................................................................................ 22

3.1.5 Colorantes ........................................................................................................... 25

3.1.6 Tipos de colorantes ............................................................................................. 25

3.1.7 Rojo carmoisina .................................................................................................. 27

3.1.8 Tartrazina ........................................................................................................... 27

3.1.9 Azul bte n°1 ......................................................................................................... 28

4. OBJETIVOS .............................................................................................................. 29

4.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 29

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................................. 29

5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 30

5.1 FASE 1. PRETRATAMIENTO DE RESIDUOS .......................................................... 30

5.2 FASE 2. PRODUCCIÓN DEL HYDROCHAR POR TRATAMIENTO

HIDROTERMAL. ........................................................................................................... 31

5.3 FASE 3. TOMA DE LA MUESTRA DE AGUA RESIDUAL ...................................... 33

5.4 FASE 4. DISEÑO DEL FILTRO.................................................................................. 33

5.5 FASE 5. EXPERIMENTACIÓN.................................................................................. 34

6. DATOS ....................................................................................................................... 36

7. RESULTADOS .......................................................................................................... 41

8. ANALISIS DE RESULTADOS ................................................................................. 57

8.1 PRODUCCIÓN DE HYADROCHAR ......................................................................... 57

8.2 CURVA ESPECTRAL............................................................................................... 57

8.3 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR CEBOLLA EN LA REMOCION

DE COLOR ..................................................................................................................... 58

8.4 EFECTO DEL HYDROCHAR COMBINADO (MAIZ, CEBOLLA, ARVEJA) EN LA

REMOCIÓN DE COLOR ................................................................................................ 59

8.5 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR MAÍZ EN LA REMOCIÓN DE

COLOR ........................................................................................................................... 59

12

8.6 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR ARVEJA EN LA REMOCIÓN DE

COLOR ........................................................................................................................... 60

8.7 EFECTO DEL CARBÓN EN LA REMOCIÓN DEL COLOR .................................... 61

9. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 62

10. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 63

11. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 64

13

LISTA DE TABLAS

TABLA 1. CARACTERÍSTICAS BIOMASA. ................................................................... 19

TABLA 2. ECUACIONES A TENER EN CUENTA PARA EL DISEÑO DEL FILTRO

SON LAS SIGUIENTES: ............................................................................................ 24

TABLA 3. TIPOS DE COLORANTES NATURALES. ...................................................... 26

TABLA 4. TIPOS DE COLORANTES ARTIFICIALES. ................................................... 26

TABLA 5. DISEÑO FILTRO. ............................................................................................ 34

TABLA 6. PESOS DE LA BIOMASA EN LAS DIFERENTES ETAPAS DEL PROCESO.

.................................................................................................................................... 41

TABLA 7. PORCENTAJE DE EFICIENCIA EN LA PRODUCCIÓN DE LA BIOMASA. 41

TABLA 8. COMPOSICIÓN DE LOS COLORANTES PARA 500 LITROS. ..................... 42

TABLA 9. RESULTADOS DE LA CEBOLLA EN EL ESPECTROFOTÓMETRO. .......... 43

TABLA 10. RESULTADOS DEL MAÍZ EN EL ESPECTROFOTÓMETRO. ................... 44

TABLA 11. RESULTADOS DE LA ARVEJA EN EL ESPECTROFOTÓMETRO. ........... 45

TABLA 12. RESULTADOS DEL FILTRO COMBINADO EN EL

ESPECTROFOTÓMETRO. ......................................................................................... 46

TABLA 13. RESULTADOS DEL CARBÓN EN EL ESPECTROFOTÓMETRO. ............. 48

TABLA 14. EFICIENCIAS FINALES DE LOS LECHOS FILTRANTES A 520NM Y

620NM. ....................................................................................................................... 56

14

LISTA DE ILUSTRACIONES

1. RECOLECCIÓN MANUAL DE LA CASCARA DE ARVEJA ...................................... 30

2. RECOLECCIÓN MANUAL HOJA DE CEBOLLA LARGA. ........................................ 31

3. PROCESO PRODUCCIÓN DE HYDROCHAR CON LA HOJA DE LA MAZORCA. .. 32

4.PROCESO DE PRODUCCIÓN DE HYDROCHAR CON LA CASCARA DE LA

ARVEJA. ..................................................................................................................... 32

5. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE HYDROCHAR CON LA HOJA DE LA CEBOLLA.

.................................................................................................................................... 32

6. MUESTRA DE AGUA RESIDUAL. .............................................................................. 33

7. CURVA ESPECTRAL DEL ESPECTROFOTÓMETRO................................................ 36

8. SOLUCIÓN MADRE Y SUS DILUCIONES.................................................................. 38

9. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO. .......................................................................... 58

15

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Diseño del filtro…………………………………………………………………68

16

1. INTRODUCCIÓN

Los residuos orgánicos que se originan en grandes cantidades con un valor de 62,4Ton/día representan un 88,5% del total de los residuos generados en la plaza de

mercado de Paloquemao en Bogotá, Colombia (CONAMA, 2014). Estos residuos están

siendo desaprovechados al no generase un uso de estos teniendo características adecuadas

para un aprovechamiento según el estudio realizado por el Congreso Nacional del Medio

Ambiente (CONAMA) que se muestra en el documento Plazas de mercado en Bogotá,

generadoras de residuos y desarrollo y donde se resalta que estos residuos representan una

oportunidad de desarrollo para el país.

Los residuos orgánicos pueden ser aprovechados por medio de tratamientos biológicos

como compostaje o lumbricultura, tratamientos térmicos como incineración masiva,

estabilización, pirólisis y la carbonización hidrotermal, entre otros. En nuestro proyecto

utilizamos el proceso de carbonización hidrotermal para el tratamiento de residuos sólidos

orgánicos que fueron previamente recolectados de la plaza de mercado de Paloquemao

ubicada en el centro de la ciudad de Bogotá, siendo estos residuos específicamente: cascaras

de maíz, cascaras de arveja y la hoja de cebolla larga, esto debido a su alto contenido de fibra

y celulosa.

En la carbonización hidrotermal los residuos se someten a altas presiones y temperaturas

para obtener el hydrochar, el cual se caracteriza por ser un sólido de elevado poder

calorífico, baja humedad y alto rendimiento en combustión. Esta biomasa obtenida tiene

aplicaciones con propósitos energéticos, enmienda del suelo, adsorbentes y de

catalizador. En especial, la propiedad adsorbente se usa en el tratamiento de aguas

residuales para la retención de los contaminantes como color, aniones, entre otros.

Diversos estudios demuestran la posibilidad de desarrollar materiales con adecuadas

capacidades de adsorción a partir de fuentes naturales, siendo estos una nueva alternativa de

17

exploración de materiales llamados “no convencionales”, que a la vez permiten reducir o

eliminar contaminantes de naturaleza metálica u orgánica en aguas residuales.

Los adsorbentes no-covencionales (verdes o bioadsorbentes) surgen del aprovechamiento de

los materiales de desecho que provienen de la industria alimentaria y agrícola; estos son

desechos de fruta, residuos vegetales y plantas.

El color es un contaminante físico del agua, el cual es el resultado de los procesos

industriales de fabricación alimentos, textiles, farmacéuticos, papel y textiles, curtidos,

mataderos, entre otros, esta contaminación interfiere en los procesos fotosintéticos de las

plantas ya que impide el paso de la luz solar. Por otro lado, también puede afectar la

absorción de oxígeno de la atmósfera. Con lo mencionado anteriormente, los principales

beneficiados con la realización de este proyecto son todas aquellas empresas que manejan

dentro de sus procesos industriales los tintes y colorantes tales como; la alimenticia, la textil,

farmacéutica, papel y textiles, curtidos, mataderos, entre otros, ya que esta técnica es una

alternativa eficiente para el tratamiento de aguas residuales producidas, ya que estas deben

cumplir la normativa de vertimientos de aguas residuales vigente.

Por otra parte, al producirse hydrochar a partir de los residuos orgánicos como las cascaras de

arveja, cascaras de maíz y hoja de cebolla larga, se benefician tres grupos mas de personas, el

primero son los comerciantes y vendedores de la plaza de mercado de Paloquemao ya que

pueden comercializar estos residuos y obtener un valor agregado gracias a que estos se

pueden comercializar para su uso como materia prima de la enmienda orgánica. El segundo

grupo son los habitantes que viven en las áreas circundantes a la plaza de mercado ya que se

mitiga la contaminación visual que se genera por la mala disposición de estos residuos dentro

de la plaza de mercado. Por último, se verán beneficiados los habitantes circundantes al

relleno sanitario ya que se reduciría la carga que llega al relleno sanitario aumentando la vida

útil de este.

18

2. JUSTIFICACIÓN

Con el fin de proponer una alternativa económica y sostenible para la remover el color

presente en aguas residuales, contaminante generado por vertimientos industriales que causa

afectación a la salud humana y contaminación del recurso hídrico se producirá un material

adsorbente por medio del uso de una tecnología de tratamiento hidrotermal de biomasa

llamado Hydrochar, que será utilizado como medio filtrante para su posterior implementación

en sistemas de filtración para remoción de color en el agua.

Actualmente muchas industrias usan colorantes dentro de sus procesos de producción para

mejorar la apariencia de sus productos y muchos de sus vertimientos industriales se disponen

sin ningún tipo de tratamiento a un cuerpo de agua. Además, es uno de los factores que

genera más carga contaminante en el agua, en otros casos no se realiza un tratamiento debido

por los costos que conlleva realizarlo. Esto representa un problema sanitario debido a que

pueden ser tóxicos, un tema que aún se encuentra en discusión, pueden ser vehículo de

sustancias tóxicas.

Con esta propuesta se presenta un material con menos requerimientos económicos y

energéticos, como una alternativa innovadora a los lechos de filtración de agua residual que

se usan comúnmente por las industrias, pero que además se obtiene realizando un

aprovechamiento de un residuo sólido orgánico que se da en la plantación de arveja, cebolla y

maíz. Con el uso de esta materia prima se quiere también disminuir los impactos que genera

la contaminación de la atmósfera y del suelo debido a la gestión que se realiza de estos

residuos actualmente, es necesario mitigar impactos ambientales y sociales que generan los

vertimientos industriales y residuos agroindustriales en los recursos naturales.

19

3. MARCO TEÓRICO

3.1 Marco teórico

3.1.1 Caracterización de la biomasa de residuos orgánicos

En el caso de Colombia, las cifras del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo

Territorial indican que en un día el país produce 27300 toneladas de basura de las cuales el

65% son residuos orgánicos y el 35% inorgánicos. Los componentes que constituyen la

fracción orgánica de las basuras colombianas son residuos de alimentos, papel, cartón,

madera y residuos de jardín (Stoecklein y Suárez, 1998).

La celulosa es un componente estructural en las paredes vegetales, y también es una fuente

rica de energía al ser degradada en monómeros estructurales. Para la degradación de la

celulosa se debe tener en cuenta su susceptibilidad a la hidrólisis enzimática ya que está

afectada significativamente por los rasgos estructurales de los materiales celulósicos, que

incluyen: grado de acumulación de agua, orden molecular, contenido de material asociado

como la lignina, estructura capilar de las fibras de celulosa, área superficial, además del rasgo

sugerido como el más importante: cristalinidad (Vilches, 2000).

Los residuos que se seleccionaron para la producción de hydrochar fueron: hojas de cebolla

larga, hojas de maíz y cáscara de arveja, por su gran contenido fibra y celulosa.

Tabla 1. Características biomasa.

Características biomasa en base seca

Residuo

Contenido de fibra en

%

Contenido de celulosa en

%

Cebolla

larga 15 40

Arveja 55 45

Maíz 23 43,14

Fuente: Evaluación del biochar e hydrochar como medios para captura de carbono en el

suelo, (2017).

20

3.1.2 Hydrochar

Es un sólido de elevado PCI (poder calorífico) y baja humedad, alto rendimiento en la

combustión y sin cuotas de emisiones de CO2. Este producto presenta la ventaja de ser

fácilmente recuperable, pudiéndose separar de la fase líquida mediante filtración,

centrifugación o prensado, entre otros métodos y recibiendo posteriormente un tratamiento

para su peletizado (Ingelia, 2013).

La adsorción es una de las aplicaciones principales de los carbones activos. Al contrario que

los carbones activos, los carbones de HTC tratados a 180 ºC no presentan microporosidad,

pero sin embargo presentan un gran número de grupos oxigenados localizados en la

superficie, favoreciendo la adsorción (Ballester, 2012).

Uno de los usos que puede tener el hydrochar, es como secuestrador de CO2, pues es un

material rico en carbono; Se acumula el dióxido de carbono que ha sido eliminado de la

atmósfera para el crecimiento de las plantas en un material que resiste a los procesos

naturales de la degradación que liberarían otra vez este dióxido de carbono, el punto clave es

la forma artificial de fijar el carbono de la biomasa a gran escala. Es un proceso exotérmico,

libera entre el 10-30% de la energía de combustión de los azúcares. Se evitan procesos de

secado de la biomasa y las emisiones de CO2 generadas en estos procesos, en el caso de los

carbones de HTC (Ballester, 2012).

El hydrochar tiene muchas aplicaciones: puede ser utilizado para propósitos energéticos, para

procesos de enmienda del suelo, también produciendo adsorbentes de carbón activado,

catalizadores y materiales nano estructurados (Arellano et al., 2016).

El proceso por el cual se obtiene el hydrochar es la carbonización hidrotermal (HTC) por

medio de un tratamiento térmico reaccionando sustratos orgánicos húmedos bajo condiciones

de temperatura de (180- 260°C) a una presión entre 15- 25 Bar (Kantakanit et al, 2018).

21

El HTC puede ser clasificado como directo o indirecto (catalítico). En el directo, solo el agua

y la alimentación se calientan en un reactor a diferentes rangos de temperatura a diferencia

del indirecto que en proceso se lleva a cabo con un catalizador (NIZAMUDDIN,2015)

Los parámetros a controlar en el proceso de producción son: la temperatura de reacción, el

tiempo de reacción y la relación de biomasa a agua. El principal rol de la temperatura es

ofrecer un calor de desintegración para fragmentar el enlace de biomasa, este es un principal

factor de influencia en el rendimiento de masa, rendimiento de energía y una relación de

densificación de energía. Por otro lado, el tiempo de reacción define la composición del

producto y la conversión general de la biomasa. (NIZAMUDDIN,2015)

3.1.3 Bioadsorbentes

Diversos estudios demuestran la posibilidad de desarrollar materiales con adecuadas

capacidades de adsorción a partir fuentes naturales, despertando el interés para explorar estos

materiales alternativos considerados “no-convencionales”, que permitan reducir o eliminar

los contaminantes de naturaleza metálica u orgánica, contenidos en aguas residuales.

Los adsorbentes no-convencionales (verdes o bioadsorbentes) surgen del aprovechamiento de

los materiales de desecho que provienen de la industria alimentaria y agrícola; estos son

desechos de fruta, residuos vegetales y plantas.

México y aquellos países que cuentan con una enorme biodiversidad de especies vegetales y

frutales son atractivos para el establecimiento de industrias alimentarias o agroindustrias, las

cuales generan miles de toneladas de residuos vegetales o frutales por año. Por ello la

utilización de estos residuos, principalmente las cáscaras de las frutas, para la eliminación de

los contaminantes presentes en los efluentes acuosos, es una alternativa de gran potencial y

de aprovechamiento que presenta diversas ventajas como ser materiales bioadsorbentes de

bajo costo, disponibilidad, adecuada capacidad de adsorción, factibilidad de mejorar a través

22

de modificación química, susceptible a la regeneración, degradabilidad lo que conduce a un

menor número de problemas en la disposición final posterior a la adsorción.

A continuación, se muestra una sencilla clasificación, considerando el origen o fuente de

obtención de los adsorbentes no convencionales empleados en los métodos de tratamiento de

aguas residuales contaminadas.

- Biomasa viva y no viva (microorganismos)

- Los materiales de desecho agroindustriales

- Los materiales de desecho de industria alimentaria.

3.1.4 Filtración

La producción de agua clara y cristalina es prerrequisito para el suministro de agua limpia y

requiere de la filtración. Aunque cerca del 90% de la turbiedad y el color son removidos por

la coagulación y la sedimentación, una cierta cantidad de floc pasa al tanque de

sedimentación y requiere su remoción. Por esto es que para lograr una clarificación final se

usa la filtración a través de medios porosos; estos medios generalmente son arena o arena y

antracita.

En la planta de purificación la filtración remueve el material suspendido, medido en la

práctica como la turbiedad, compuesto de floc, metales oxidados y microorganismos. La

remoción de microorganismos es de gran importancia puesto que muchos de ellos son

extremadamente resistentes a la desinfección y, sin embargo, son removibles mediante la

filtración.

Se piensa que la filtración como un tamiz o micro criba que atrapa el material suspendido

entre los granos del medio filtrante. Sin embargo, cribar o tamizar es agua es la acción de

menos importancia en el proceso de filtración, esto debido que la mayor parte de las

partículas suspendidas pueden pasar fácilmente a través de los espacios existentes entre los

granos del medio filtrante.

23

El filtro rápido por gravedad es el tipo de filtro más usado en tratamiento de aguas. La

operación de filtración supone de dos etapas: filtración y lavado. En un filtro rápido

convencional, el final de la etapa de filtración o carrera de filtro se alcanza cuando los sólidos

suspendidos en el efluente comienzan a aumentar; cuando la pérdida de carga es tan alta que

el filtro ya no produce agua a la tasa deseada o cuando la carrera del filtro es de 36 horas o

más.

Muchos son los sistemas de filtración propuestos y construidos, sin embargo, se puede hacer

una clasificación de acuerdo con la dirección del flujo, el tipo de lecho filtrante, la fuerza

impulsora, la tasa de filtración y el método de control de la tasa de filtración.

- Dirección de flujo: de acuerdo con la dirección de flujo, los filtros pueden ser de

flujo ascendente, descendente o dual.

- Tipo de lecho filtrante: los filtros utilizan generalmente un solo medio, arena o

antracita; un medio dual, compuesto por arena y antracita.

- Fuerza impulsora: de acuerdo con la fuerza impulsora utilizada para vencer la

resistencia friccional ofrecida por el lecho filtrante, los filtros se clasifican como

filtros de gravedad o

- Tasa de filtración: los primeros filtros usados para tratamiento de agua fueron los

filtros lentos, los cuales usan una capa de arena fina de 1m soportada sobre un lecho

de grava de 0,30m. estos filtros fueron luego reemplazados por los filtros rápidos,

filtros de arena, generalmente con lavado ascensional. Con tasas de filtración mucho

mayores, por consiguiente, con requerimientos de área mucho menores. Seguido a

esto, con el uso de otros medios filtrantes duales o lechos mezclados, se lograron

diseños mucho más económicos en cuanto al área empleada, ya que estos usan tasas

de filtración todavía mayores que las de los filtros rápidos convencionales.

Las variables principales para el diseño de filtros según (Romero,2010) son:

24

- Características del medio filtrante: Donde se tiene en cuenta el tamaño del grano,

su distribución granulométrica, carga del medio, forma, densidad y composición del

grano ya que estos parámetros afectan la eficiencia de remoción de las partículas y el

incremento en pérdida de carga.

- Porosidad del lecho filtrante: determina la cantidad de sólidos que pueden

almacenarse en el filtro.

- Profundidad del lecho filtrante: afecta la pérdida de carga y la duración de la

carrera.

- Tasa de filtración: Fija el área requerida y la pérdida de carga, además afecta la

calidad del efluente.

- Pérdida de carga disponible: representa una variable de diseño.

- Características del afluente: depende de la concentración de sólidos suspendidos,

tamaño y distribución del floc, resistencia del floc, carga eléctrica del floc y

propiedades del fluido ya que afectan las características de remoción del filtro.

Tabla 2. Ecuaciones a tener en cuenta para el diseño del filtro son las siguientes:

Parámetro Convenció

n

Ecuaciones

Área A

Diámetro D

Altura del lecho h1

Altura libre h2

Altura total Ht

Ht= h1+h2

Tiempo de retención t

Volumen V

A=𝑄

𝑉

D= √4𝐴

𝜋

2

3𝐻𝑡

1

3𝐻𝑡

𝑡

= 𝑉

𝐴 ∗ 𝑡𝑎𝑠𝑎 𝑙𝑎𝑣

𝑉𝑡= 𝑉𝑑 + 𝑉𝑐

25

Volumen del cilindro Vc

Volumen del domo Vd

Fuente: Romero (2010)

3.1.5 Colorantes

La coloración de los alimentos ya se practicaba en tiempos de los romanos y de los egipcios.

En la Edad Media, con el fin de remediar la monotonía de su alimentación, la gente añadía

colorantes naturales como el ocre, los extractos de acelgas, de zanahorias o de hierbas.

A principios del siglo XIX, con la creciente evolución de la Química, los alimentos eran

coloreados con cromato de plomo, sulfito de mercurio, arseniato de cobre o brea de hulla.

Muchos de éstos fueron prohibidos en 1887 con la primera ley de los colorantes, habiéndose

constatado sus efectos tóxicos. Más tarde, en la segunda mitad del siglo XIX, fueron

descubiertos los colorantes azoicos de tintes luminosos, que en un principio fueron utilizados

para la coloración de los productos textiles y que, posteriormente, se introdujeron en los

alimentos. De esta manera se conseguía que tuvieran un aspecto más apetecible, lo que a su

vez también permitía poner a la venta productos en perfecto estado, así como pasados, ya que

el comprador podía ser engañado sobre el estado de los productos. (Elmadfa, 2011)

3.1.6 Tipos de colorantes

Los colorantes pueden ser naturales, si son extraídos de una sustancia vegetal, animal o

mineral, o sintéticos, si son productos modificados química o físicamente.

𝑉𝑑

=2𝜋𝑟2

3∗ 2

𝑉𝑐= 𝜋𝑟2𝐻𝑡

26

Tabla 3. Tipos de colorantes naturales.

Fuente: ¿Veneno en su plato? Usos y riesgos de los aditivos alimentarios. Guías prácticas

OCU. 2006.

Tabla 4. Tipos de colorantes artificiales.

Fuente: ¿Veneno en su plato? Usos y riesgos de los aditivos alimentarios. Guías prácticas

OCU. 2006.

Los colorantes artificiales son solubles en agua, debido a la presencia de grupos de ácido

sulfónico, y consecuentemente son fáciles de utilizar, generalmente en forma de sales

27

sódicas, en líquidos y materiales pastosos. También se pueden utilizar en forma insoluble,

como lacas con hidróxido de aluminio, cuando se añaden a productos sólidos, para evitar que

estos productos “destiñan”. En este segundo caso, el colorante representa solamente entre el

10% y el 40% del peso total. Además de mucho más fáciles de utilizar que los colorantes

naturales, los colorantes artificiales son también, en general, más resistentes a los

tratamientos térmicos, pH extremos, luz, etc., que los colorantes naturales. Solamente la

eritrosina, la indigotina y el verde ácido brillante son relativamente sensibles a la acción de la

luz. (Calvo, 2012)

3.1.7 Rojo carmoisina

Es un colorante alimentario artificial rojo mono-azoderivado que se emplea como aditivo en

la industria alimentaria. e encuentra como colorante en la industria del chocolate, repostería

industrial (en la coloración de mazapán), en las salsas emulsionadas, elaboración de

refrescos, etc. Por regla general cuando se desea colorar un alimento con color rojo.

Se permite un consumo diario de este colorante relativo a los 500 miligramos por kilogramo

de peso corporal. Suele proporcionar un color que vira desde el rojo hasta el marrón. Este

colorante se emplea en una variedad de salsas, condimentos, relishes, sucedáneo del

salmón (y de otros sucedáneos de pescados que poseen carne roja como el atún

rojo), chutneys, yogures (en algunos casos se denomina colorante fresa), etc.

3.1.8 Tartrazina

La tartrazina es un colorante artificial en polvo utilizado en la industria alimentaria,

perteneciente a la familia de los colorantes azoicos soluble en agua.

Su característica principal es proporcionar la tonalidad de color amarillo en alimentos

industrializados. La podemos encontrar en diversos alimentos como néctares, gaseosas,

bebidas hidratantes, bebidas alcohólicas, caramelos, galletas, gelatinas, postres, snacks, etc.

28

Actualmente es permitido y es conocido que hay permisividad por parte de las autoridades

sanitarias para que cada empresa de alimentos maneje niveles “permitidos” porque su

concentración no es letal, pero si comemos y bebemos en un solo día varios alimentos que

contienen estos colorantes, se concentrarán en el cuerpo en cantidades toxicas o patológicas.

3.1.9 Azul bte n°1

El Azul brillante FCF es un colorante se emplea en la industria

alimentaria como aditivo capaz de teñir los alimentos de color azul, su código es el E 133. Se

emplea en la tinción de helados y en repostería. Otros usos son en cosmética y en colutorios

bucales. Su visibilidad y baja toxicidad le convierten en un colorante indicado en otras

ocasiones en las que se requiera como trazador, tal y como la investigación de corrientes

acuíferas y solutos en substratos. A veces se combina con tartrazina (E 102) para dar

colorantes verdes.

Se trata de una sal sódica que se elabora a partir de los sub-derivados del petróleo,

principalmente de los hidrocarburos aromáticos. El azul brillante FCF consiste en la sal

disódica mencionada y sus isómeros. Es muy soluble en agua (200 kg/m3) y se presenta en

forma de polvo de color azul rojizo, a veces en forma de gránulos. Posee una buena

coloración, es poco tóxico. Siendo aceptado por diversos organismos sanitarios públicos.

El empleo más habitual es como colorante alimentario en diversas áreas de la industria. De

esta forma se puede encontrar en diversas bebidas refrescantes de color azul y verde,

caramelos, helados, chicles, etc. Se emplea igualmente en la tinción de productos cosméticos

y de higiene personal.

29

4. OBJETIVOS

4.1 Objetivo general

Evaluar la eficiencia del biocarbón (hydrochar) producido por tratamiento hidrotermal como

medio filtrante para la remoción de color en agua residual.

4.2 Objetivos Específicos

● Producir hydrochar por medio de tratamiento hidrotermal.

● Diseñar los filtros teniendo en cuenta parámetros de diseño establecidos para la

posterior evaluación con cada una de las variaciones de lechos filtrantes.

● Evaluar la eficiencia de adsorción del Hydrochar para remoción de color en agua

residual por medio de la técnica de espectrofotometría.

● Calcular la eficiencia del Hydrochar como medio filtrante vs el carbón activado en la

remoción de color.

30

5. METODOLOGÍA

5.1 Fase 1. PRETRATAMIENTO DE RESIDUOS

Inicialmente se recogieron manualmente las hojas de cebolla larga, hojas de maíz y cáscara

de arveja en la plaza de mercado de Paloquemao ya que estas cáscaras son las que tienen

mayor contenido de celulosa y de fibra con el fin de que el Hydrochar tuviera mayor cantidad

de carbono y porosidad.

La clasificación de los residuos se realizó de manera manual directamente de la fuente en la

plaza de mercado separando la cáscara del resto del alimento. Según lo establecido en la

norma técnica colombiana GTC 24, “Gestión Ambiental. Residuos Sólidos. Guía para la

separación en la fuente.”

1. Recolección manual de la cascara de arveja

Fuente: autores.

31

2. Recolección manual hoja de cebolla larga.

Fuente: autores.

5.2 Fase 2. PRODUCCIÓN DEL HYDROCHAR POR

TRATAMIENTO HIDROTERMAL.

Posteriormente se introdujeron en la autoclave los residuos por separado y se dejan durante 4

horas en intervalos de 2 horas a una temperatura de 180°C. Al finalizar este proceso se

dejaron enfriar durante 15 minutos.

Para el proceso de secado, se escurrió manualmente la biomasa para retirarle la mayor

cantidad de agua posible, después se llevó a la estufa de aire forzado para finalizar el proceso

de secado a una temperatura de 105°C durante 24 horas con el fin de obtener biomasa.

32

3. Proceso producción de hydrochar con la hoja de la mazorca.

Fuente: autores.

4.Proceso de producción de hydrochar con la cascara de la arveja.

Fuente: autores.

5. Proceso de producción de hydrochar con la hoja de la cebolla.

Cascara arveja en la

autoclave

Cascara arveja

escurrida

Después del horno

Hoja de la cebolla

larga en la autoclave

Hoja cebolla larga

después de la autoclave

Después del horno

Hoja de mazorca en la

autoclave

Después del horno

33

5.3 Fase 3. TOMA DE LA MUESTRA DE AGUA RESIDUAL

Bajo los lineamientos del INSTRUCTIVO PARA LA TOMA DE MUESTRAS DE AGUAS

RESIDUALES del IDEAM se tomó una muestra simple del agua residual, debido a que las

condiciones se mantienen estables a lo largo del tiempo, con una botella de plástico en el

punto de producción de la empresa. La muestra fue preservada por un máximo de 48 horas en

una nevera con hielo para que no se altere el contaminante color del agua residual.

6. Muestra de agua residual.

Fuente: autores.

5.4 Fase 4. DISEÑO DEL FILTRO

Para el diseño del filtro se asumieron los parámetros de caudal, tasa de filtración, la altura y

la velocidad de entrada de acuerdo los datos de referencia bibliográfica. A partir de estos

datos se procedió a calcular el área del filtro, el diámetro del filtro, diámetro tubería, tiempo

de retención y el caudal de control.

34

Tabla 5. Diseño filtro.

PARÁMETRO CONVENCIÓN UNIDADES VALOR

Caudal Q L/s 0,01

Tasa de filtración Tf m/d 50

Área del filtro A m^2 0,01728

Diámetro del filtro D m 0,148

Diámetro asumido Da m 0,15

Altura del lecho

filtrante Hf m 0,2

Altura libre Hs m 0,1

Altura total Ht m 0,3

Velocidad de entrada Ve m/s 0,25

Diámetro tubería de

entrada De Pulg 0,3

Diámetro tubería de

entrada asumido De Pulg 0,5

Diámetro de tubería de

salida Ds Pulg 0,5

Tiempo de retención t min 8,64

Caudal de control Qc L/s 0,009

Fuente: autores.

El filtro se diseñó de acuerdo con los datos anteriores, en forma cilíndrica, des ajustable para

poder realizar el cambio del lecho filtrante como se puede ver en el ANEXO A. Diseño filtro.

5.5 Fase 5. EXPERIMENTACIÓN

Se realizo la curva de calibración del colorante que usan en la industria, esto con un aporte de

la empresa la cual nos entregó una muestra de cada uno de los colorantes (Tartrazina, rojo

carmoisina y azul bte) que se emplean, y, además, nos entregó la fórmula certificada para la

preparación de la solución madre, con el fin de realizar la curva de calibración correcta en el

espectrofotómetro.

Se montaron 5 filtros rápidos (menores tiempos de retención), debido a que este tipo de filtro

aprovecha toda la columna o lecho filtrante, con diferentes tipos de lechos, El primer filtro de

hydrochar producido con cáscaras de mazorca, el segundo filtro de hydrochar producido con

35

cáscara de cebolla larga, el tercer filtro hydrochar de cáscara de arveja, el cuarto filtro una

combinación de los tres hydrochares anteriores, la proporción dependerá de las eficiencias

que se obtengan de los tres filtros anteriores, y el último de carbón activado, a través de estos

filtros se pasó el agua residual con contaminación de color proveniente de una industria

alimenticia donde se midió la concentración inicial y la concentración final del contaminante

en el espectrofotómetro.

36

6. DATOS

Con el fin de determinar en qué longitud de onda se presentaba mayor absorbancia del agua

residual de la industria alimenticia, se realizó una curva espectral en el espectrofotómetro el

cual mostro dos picos de absorbancia a las longitudes de 520 y 620, para corroborar los datos,

se realizó la curva espectral de manera manual y se pudo comprobar los resultados como se

muestra en las siguientes graficas

7. Curva espectral del espectrofotómetro.

Fuente: autores.

Grafica 1. Curva espectral manual.

Longitud de

onda (nm)

Absorbancia

(ABS)

400 0,157

420 0,156

450 0,157

500 0,258

520 0,279

37

540 0,251

560 0,211

600 0,142

620 0,246

640 0,223

660 0,071

700 0,028

Fuente: autores.

Se realizaron diluciones de la solución madre debido a que la concentración de esta era muy

alta, para ello se tomaron 50 ml de esta y se llevó hasta 100ml con agua destilada y a esta se

le denomino solución 1 (Sln 1), de esta última se tomaron 10 ml y se llevó hasta 100 ml con

agua destilada teniendo como resultado la solución 2 (Sln. 2) y para la solución 3 (Sln. 3) se

tomaron 10 ml de la solución anterior y se llevó también hasta 100ml con agua destilada.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

400 450 500 550 600 650 700 750

AB

SOR

BA

NC

IA

LONGITUD DE ONDA (nm)

CURVA ESPECTRAL

38

8. Solución madre y sus diluciones.

Fuente: autores.

A partir de la concentración de la solución 3 de 317ppm, determinada a partir de los valores

de referencia proporcionados por la empresa, se estipularon diferentes concentraciones para

realizar la curva de calibración, los valores tomados fueron 250ppm, 200ppm, 150ppm,

100ppm y 50ppm.

Se realizo la curva de calibración en las dos longitudes de onda con mayor absorbancia, se

realizaron tres mediciones por cada concentración cada 10 minutos en cada longitud de onda

para determinar si la muestra era estable, se realizo un promedio y se obtuvieron los

siguientes resultados:

Grafica 2. Curva de calibración una longitud de onda de 520nm.

Curva de calibración 520nm

Concentración Absorbancia 1 Absorbancia 2 Absorbancia 3 Promedio

25 0,180 0,181 0,181 0,181

50 0,374 0,374 0,373 0,374

100 0,812 0,808 0,807 0,809

150 1,081 1,079 1,077 1,079

Sln. M Sln. 1 Sln. 2 Sln. 3

39

200 1,492 1,484 1,483 1,486

250 1,926 1,904 1,908 1,913

317 2,530 2,510 2,510 2,517

Fuente: autores.

Grafica 3. Curva de calibración una longitud de onda de 620nm.

BARRIDO ESPECTRAL a 620nm

Concentración Absorbancia 1 Absorbancia 2 Absorbancia 3 Promedio

25 0,158 0,158 0,158 0,158

50 0,322 0,322 0,323 0,322

100 0,626 0,693 0,695 0,671

150 0,926 0,924 0,923 0,924

200 1,274 1,265 1,265 1,268

250 1,641 1,616 1,623 1,627

317 2,213 2,155 2,164 2,177

y = 0,0078x - 0,0294R² = 0,9965

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

0 50 100 150 200 250 300 350

Ab

sorb

an

cia

Concentración (ppm)

CURVA DE CALIBRACIÓN A 520nm

40

Fuente: autores

y = 0,0068x - 0,0332R² = 0,9959

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

0 50 100 150 200 250 300 350

Ab

sorb

anci

a

Concentración (ppm)

CURVA DE CALIBRACIÓN A 620nm

41

7. RESULTADOS

Para medir la eficiencia del proceso de producción del hydrochar se peso la biomasa a la

entrada del proceso, posteriormente se peso después del proceso de autoclave y escurrimiento

y finalmente se peso después del horno como se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 6. Pesos de la biomasa en las diferentes etapas del proceso.

Materia prima

cebolla

(Kg) Maíz (Kg)

Arveja

(Kg) Total (Kg)

Peso inicial biomasa 8 8 8 24

Peso biomasa después

de la autoclave y

prensado

0,6 2 1,28

3,88

Peso final después del

secado en el horno

0,56 1,96 1,26

3,78

Fuente: autores.

Usando la fórmula que se muestra a continuación calculamos para cada biomasa la eficiencia

porcentual del proceso en base seca:

% eficiencia producción =Kg de biocarbon después del secado del horno

Kg de biomasa después de la autoclave y prensado∗ 100

Las eficiencias resultantes son las que se muestran en la tabla 7

Tabla 7. Porcentaje de eficiencia en la producción de la biomasa.

Materia prima cebolla (%) Maíz (%) Arveja (%) Total (%)

Eficiencia de

producción 93,33 98,00 98,44 97,42

Fuente: autores.

Se hizo una solución madre a escala de acuerdo con las proporciones que nos brindaron en la

fábrica como se muestra a continuación:

42

Tabla 8. Composición de los colorantes para 500 litros.

Colorante Cantidad (Kg) Peso molecular g/mol

Rojo carmoisina 15,86 504,44

Tartrazina 4,095 792,85

Azul BTE 0,585 534,3

Fuente: Fabrica de alimentos.

Rojo= 15,86 𝐾𝑔

500𝐿∗

1000𝑔

1𝐾𝑔= 31,72

𝑔

𝐿∗

1 𝑚𝑜𝑙

504,64= 0,0631

𝑚𝑜𝑙

𝐿

Azul= 4,095 𝐾𝑔

500𝐿∗

1000𝑔

1𝐾𝑔= 8,19

𝑔

𝐿∗

1 𝑚𝑜𝑙

792,85= 0,0103

𝑚𝑜𝑙

𝐿

Amarillo= 0,585𝐾𝑔

500𝐿∗

1000𝑔

1𝐾𝑔= 1,17

𝑔

𝐿∗

1 𝑚𝑜𝑙

534,3= 0,0022

𝑚𝑜𝑙

𝐿

Teniendo en cuenta los valores anteriormente obtenidos, se realizaron los siguientes cálculos

para realizar la composición a escala en 0,1 litros:

Rojo= 31,72𝑔

𝐿=

3,172 𝑔

0,1 𝐿

Azul= 8,19𝑔

𝐿=

0,819 𝑔

0,1 𝐿

Amarillo= 1,17𝑔

𝐿=

0,117 𝑔

0,1 𝐿

En 0,1 litros de agua se agregaron los colorantes en las cantidades que se muestran

anteriormente para obtener la solución madre (Sln. M).

Seguido a la obtención de la curva de calibración, se pasa la muestra de agua con el colorante

por los distintos filtros, y se evalúan en las dos longitudes de onda en las cuales se obtuvieron

Solución madre

43

picos máximos para de esta manera determinar cuál es la remoción de color de cada uno de

los distintos filtros propuestos obteniendo así los siguientes resultados.

Tabla 9. Resultados de la cebolla en el espectrofotómetro.

Cebolla

Tiempo (min)

Longitud de

onda

520nm 620nm

2 1.01 0.88

4 0.99 0.86

6 0.97 0.83

8 0.94 0.8

10 0.91 0.79

Fuente: autores.

Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de

calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del

tiempo de la siguiente manera:

Para longitud de onda 520

𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294

Minuto 10

0.91 = 0.0078𝑥 − 0.0294

𝑋 =0.91 + 0.0294)

0.0078

𝑋 = 120.43

𝐶 = 120.43 ∗ 2.45 = 295.07 𝑝𝑝𝑚

Para longitud de onda 620

𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332

44

Minuto 10

0.79 = 0.0068𝑥 − 0.0332

𝑋 =(0.79 + 0.0294)

0.0068

𝑋 = 121.06

𝐶 = 121.06 ∗ 2.45 = 296.60 𝑝𝑝𝑚

Tabla 10. Resultados del maíz en el espectrofotómetro.

Maíz

Tiempo (min)

Longitud de

onda

520nm 620nm

2 0.91 0.85

4 0.88 0.82

6 0.85 0.78

8 0.83 0.76

10 0.79 0.73

Fuente: autores.

Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de

calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del

tiempo de la siguiente manera:

Para longitud de onda 520

𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294

Minuto 10

0.79 = 0.0078𝑥 − 0.0294

𝑋 =0.79 + 0.0294)

0.0078

45

𝑋 = 105.05

𝐶 = 105.05 ∗ 2.45 = 257.37 𝑝𝑝𝑚

Para longitud de onda 620

𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332

Minuto 10

0.73 = 0.0068𝑥 − 0.0332

𝑋 =(0.73 + 0.0294)

0.0068

𝑋 = 112.23

𝐶 = 112.23 ∗ 2.45 = 274.96 𝑝𝑝𝑚

Tabla 11. Resultados de la arveja en el espectrofotómetro.

Arveja

Tiempo (min)

Longitud de

onda

520nm 620nm

2 0.86 0.80

4 0.83 0.77

6 0.80 0.73

8 0.77 0.70

10 0.75 0.67

Fuente: autores.

Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de

calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del

tiempo de la siguiente manera:

Para longitud de onda 520

46

𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294

Minuto 10

0.75 = 0.0078𝑥 − 0.0294

𝑋 =0.75 + 0.0294)

0.0078

𝑋 = 99.92

𝐶 = 99.92 ∗ 2.45 = 244.80 𝑝𝑝𝑚

Para longitud de onda 620

𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332

Minuto 10

0.67 = 0.0068𝑥 − 0.0332

𝑋 =(0.67 + 0.0294)

0.0068

𝑋 = 103.41

𝐶 = 103.41 ∗ 2.45 = 253.35 𝑝𝑝𝑚

Tabla 12. Resultados del filtro combinado en el espectrofotómetro.

Combinado

Tiempo (min)

Longitud de

onda

520nm 620nm

2 0.95 0.87

4 0.92 0.84

6 0.90 0.82

8 0.89 0.79

10 0.87 0.75

Fuente: autores.

47

Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de

calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del

tiempo de la siguiente manera:

Para longitud de onda 520

𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294

Minuto 10

0.87 = 0.0078𝑥 − 0.0294

𝑋 =0.87 + 0.0294)

0.0078

𝑋 = 115.30

𝐶 = 115.30 ∗ 2.45 = 282.48 𝑝𝑝𝑚

Para longitud de onda 620

𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332

Minuto 10

0.75 = 0.0068𝑥 − 0.0332

𝑋 =(0.75 + 0.0294)

0.0068

𝑋 = 115.17

𝐶 = 115.17 ∗ 2.45 = 282.17 𝑝𝑝𝑚

48

Tabla 13. Resultados del carbón en el espectrofotómetro.

Carbón

Tiempo (min)

Longitud de

onda

520nm 620nm

2 0.78 0.72

4 0.72 0.67

6 0.68 0.61

8 0.65 0.57

10 0.61 0.54

Fuente: autores.

Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de

calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del

tiempo de la siguiente manera:

Para longitud de onda 520

𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294

Minuto 10

0.61 = 0.0078𝑥 − 0.0294

𝑋 =0.61 + 0.0294)

0.0078

𝑋 = 81.97

𝐶 = 81.97 ∗ 2.45 = 200.82 𝑝𝑝𝑚

Para longitud de onda 620

𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332

49

Minuto 10

0.54 = 0.0068𝑥 − 0.0332

𝑋 =(0.54 + 0.0294)

0.0068

𝑋 = 84.29

𝐶 = 84.29 ∗ 2.45 = 206.31 𝑝𝑝𝑚

Luego de hallar cada una de las concentraciones en el tiempo procedemos a graficarlas para

verlo de una manera distinta y seguido hallamos la eficiencia de cada uno de los filtros para

así pasar a la parte de análisis y determinar cuál es filtro de mayor eficiencia y viabilidad.

Grafica 4. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de

cebolla.

CEBOLLA

TIEMPO (min)

CONCENTRACION

LEIDA A 520nm

(ppm)

CONCENTRACION

LEIDA A 620nm

(ppm)

0 317 317

2 316,47 316,01

4 313,19 315,8

6 311,91 311

8 304,48 300,2

10 295,07 296,6

50

Fuente: autores.

Eficiencia del filtro de cebolla a longitud de onda 520

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 295.07 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 6.91%

Eficiencia del filtro de cebolla a longitud de onda 620

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 296.60 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 6.43%

290

295

300

305

310

315

320

0 2 4 6 8 10 12

Co

nce

ntr

ació

n (

pp

m)

Tiempo (min)

Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de cebolla.

CONCENTRACION A 520 (ppm) CONCENTRACION A 620 (ppm)

51

Grafica 5. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro

combinado.

COMBINADO

TIEMPO

(min)

CONCENTRACION

LEIDA A 520nm

(ppm)

CONCENTRACION

LEIDA A 620nm

(ppm)

0 317 317

2 307,62 315,41

4 298,18 312,6

6 291,91 307,4

8 288,78 296,57

10 282,48 282,17

Fuente: autores.

Eficiencia del filtro combinado a longitud de onda 520

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 282.48 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 10.89%

280285290295300305310315320

0 2 4 6 8 10 12

Co

nce

ntr

ació

n (

pp

m)

Tiempo (min)

Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro combinado.

COMBINADO CONCENTRACION A 520 (ppm)

COMBINADO CONCENTRACION A 620 (ppm)

52

Eficiencia del filtro combinado a longitud de onda 620

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 282.17 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 10.98%

Grafica 6. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de

maíz.

MAIZ

TIEMPO (min)

CONCENTRACION

LEIDA A 520nm

(ppm)

CONCENTRACION

LEIDA A 620nm

(ppm)

0 317 317

2 295,05 316,21

4 285,65 307,4

6 276,21 292,98

8 269,94 285,77

10 257,31 274,96

Fuente: autores.

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12

Co

nce

ntr

ació

n (

pp

m)

Tiempo (min)

Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de maíz.

CONCENTRACION A 520 (ppm) CONCENTRACION A 620 (ppm)

53

Eficiencia del filtro de maíz a longitud de onda 520

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 257.31 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 18.81%

Eficiencia del filtro de maíz a longitud de onda 620

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 274.96 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 13.26%

Grafica 7. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de

arveja.

ARVEJA

TIEMPO

(min)

CONCENTRACION

LEIDA A 520nm

(ppm)

CONCENTRACION

LEIDA A 620nm

(ppm)

0 317 317

2 279,35 300,2

4 269,94 289,37

6 260,51 274,96

8 251,08 264,16

10 244,8 253,35

54

Fuente: autores.

Eficiencia del filtro de arveja a longitud de onda 520

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 244.80 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 22.77%

Eficiencia del filtro de arveja a longitud de onda 620

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 253.35 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 20.07%

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12Co

nce

ntr

ació

n (

pp

m)

Tiempo (min)

Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de arveja.

ARVEJA CONCENTRACION A 520nm (ppm)

ARVEJA CONCENTRACION A 620nm (ppm)

55

Grafica 8. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de

carbón activado.

CARBÓN

TIEMPO

(min)

CONCENTRACION

LEIDA A 520nm

(ppm)

CONCENTRACION

LEIDA A 620nm

(ppm)

0 317 317

2 254,24 271,36

4 235,39 253,35

6 222,82 231,74

8 213,39 217,34

10 200,82 206,31

Fuente: autores.

Eficiencia del filtro de carbón activado a longitud de onda 520

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 200.82 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 36.65%

Eficiencia del filtro de carbón activado a longitud de onda 620

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12

Co

nce

ntr

ació

n (

pp

m)

Tiempo (min)

Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de carbón activado.

CONCENTRACION A 520 (ppm) CONCENTRACION A 620 (ppm)

56

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 206.31 𝑝𝑝𝑚

317𝑝𝑝𝑚∗ 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 34.92%

Tabla 14. Eficiencias de remoción finales de los lechos filtrantes a 520nm y 620nm.

LECHO

FILTRANTE

EFICIENCIA

DE

REMOCIÓN

A 520 nm

EFICIENCIA

DE

REMOCIÓN

A 620 nm

Cebolla 6,91% 6,43%

Combinado 10,89% 10,98%

Maíz 18,81% 13,26%

Arveja 22,77% 20,07%

Carbón 36,65% 34,92%

Fuente: autores.

57

8. ANALISIS DE RESULTADOS

8.1 PRODUCCIÓN DE HYDROCHAR

La eficiencia de la producción del biocarbón se determinó en base seca, estos resultados

se reflejan en la tabla 7; en nuestro caso la técnica de calentamiento hidrotermal obtuvo

un rendimiento total de 97,42%, siendo las cascaras de arveja y maíz las que mayor

rendimiento obtuvieron con un 98,44% y 98% respectivamente, la hoja de cebolla larga

fue la que menor rendimiento tuvo con un 93,33% de rendimiento del total que se

recolecto. La hoja de cebolla tuvo un menor rendimiento, debido a que contiene mayor

cantidad de sustancias volátiles, lo que a su vez genera mas gases durante el proceso de

calentamiento; y si sumamos el hecho de que su estructura física a simple vista es más

débil a comparación de los otros dos residuos empleados. Otro factor a tener en cuenta en

el momento de la trituración se adhería más fácil a los recipientes usados para su

producción, por el contrario, las cascaras de maíz y arveja gracias a su mayor contenido

de celulosa y menor concentración de sustancias volátiles no presentaban estos

inconvenientes de ahí su mayor rendimiento en cuanto a la producción.

8.2 CURVA ESPECTRAL

Como se muestra en la ilustración 7. se presentaron dos picos de absorbancia, en las

longitudes de onda de 520 y de 620, al compararlo con el espectro electromagnético se

determino que estas longitudes se encontraban en los colores verde y naranja

respectivamente como se muestra en la siguiente imagen.

58

9. Espectro electromagnético.

Fuente: (Casanova, Astrofísica y física, 2012)

Esto se puede explicar con la combinación de los colorantes que contenía la muestra, el

espectro verde proviene de la combinación del colorante amarillo tartrazina y del azul

BTE. Por el otro lado, el espectro naranja es el resultado de la combinación de los

colorantes rojo carmoisina y el amarillo tartrazina.

8.3 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR

CEBOLLA EN LA REMOCION DE COLOR

El lecho filtrante de hydrochar producido por cebolla además de ser el de menor

rendimiento de biomasa fue el que menor eficiencia en la remoción de colorante tuvo con

una eficiencia para la longitud de onda 520 nm de solo 6,91% y para la longitud de onda

620 nm de 6,43%, esto debido a las razones explicadas anteriormente a su mayor

contenido de sustancias volátiles que con el calentamiento se pierden en el proceso y a su

vez remueve las propiedades de la cebolla que son capaces de remover el color, además

como se puede apreciar en la ilustración 5, luego del proceso de secado la estructura de la

59

cebolla queda mucho más fina a comparación de las otras sustancias empleadas por lo

tanto los espacios porosos son mayores para el filtro diseñado.

8.4 EFECTO DEL HYDROCHAR COMBINADO (MAIZ,

CEBOLLA, ARVEJA) EN LA REMOCIÓN DE COLOR

Empleando el lecho filtrante de combinación de los tres residuos propuestos (maíz,

cebolla, arveja), obtuvo un rendimiento un poco mayor que el filtro de solo cebolla con

un rendimiento de 10,89% para la longitud de onda de 520 nm y 10,98% para la longitud

de onda de 620 nm, este filtro a pesar de ir en relación proporcional al rendimiento de la

remoción de color de cada lecho filtrante por individual, se demostró que la simbiosis

entre los 3 no es muy eficiente debido a diversos factores como por ejemplo el tamaño de

partículas de cada uno, ya que podemos decir que la remoción de este filtro se debe

principalmente al hydrochar producido por arveja que fue el que mayor rendimiento tuvo

y menos espacios porosos dejaba contrario a lo que pasaba con el lecho filtrante de

cebolla, además vemos que la remoción de las dos longitudes de onda al final de los 10

minutos de retención son bastante similares para las dos longitudes de onda, por lo que se

puede inferir que el color removido a la longitud de onda de 520 nm es mayor en este

filtro.

8.5 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR MAÍZ EN

LA REMOCIÓN DE COLOR

Este lecho fue producido a partir de las hojas de la mazorca, al emplearlo como lecho

filtrante se obtuvo que tenia una eficiencia de remoción de 18, 81% en la longitud de

onda de 520 NM y de 13,26% en la longitud de onda de 620 nm. De acuerdo con estos

resultados se infiere al tener mayor eficiencia en la longitud de onda de 520 nm que

60

representa el color verde en el espectro visible como se puede ver en la ilustración 9, este

lecho remueve mas colorante amarillo tartrazina y colorante azul BTE.

En la longitud de onda de 620 nm también se presento una eficiencia cercana a la otra, sin

embargo, es mas baja por lo que se puede deducir que adsorbe en menor cantidad el

colorante rojo carmoisina.

En el análisis de la concentración que se realizo cada dos minutos hasta llegar a los 10

minutos del tiempo de retención para la longitud de onda de 520 nm se encontró que

desde el minuto cero empieza la remoción del colorante y tiene un comportamiento lineal

hasta llegar al minuto 10. En esta longitud la mayor remoción se presento del minuto 0 al

minuto 2 y la menor remoción se presento del minuto 6 al minuto 8.

En la longitud de onda de 620 nm se encontró este mismo comportamiento lineal, sin

embargo, del minuto 4 al minuto 6 fue donde mayor remoción se presento y del minuto 0

al minuto 2 fue donde menos remoción hubo.

8.6 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR ARVEJA

EN LA REMOCIÓN DE COLOR

El lecho producido a partir de la cascara de la arveja fue el que mas eficiencia de

remoción presento en comparación con los otros biocarbónes tanto para la longitud de

onda de 520 nm como para la longitud de onda de 620 nm.

La eficiencia de remoción fue de 22,77% y 20,07% respectivamente, las cuales fueron

valores muy cercanos por lo que se puede conjeturar que este lecho remueve casi en la

misma proporción los colorantes rojos carmoisina, amarillo tartrazina y azul BTE, por lo

cual se puede concluir que este biocarbón es el mas aplicable ya que comparado con los

otros este remueve de mejor manera los tres colorantes casi por igual, al contrario de los

otros lechos.

61

En cuanto al análisis realizado cada dos minutos se pudo apreciar que la concentración

bajo proporcionalmente en las dos longitudes de onda. En el caso de la longitud de onda

de 520 nm, la mayor remoción estuvo entre el minuto 0 hasta el minuto 2 y la menor

remoción se presento entre el minuto 4 al minuto 6.

Para la longitud de onda de 620 nm, del minuto 4 al minuto 6 se presento la mayor

remoción y la menor fue del minuto 6 al minuto 8. Para este lecho la remoción estuvo no

presento muchas diferencias de minuto a minuto en especial en la longitud de onda de

620 nm.

8.7 EFECTO DEL CARBÓN EN LA REMOCIÓN DEL COLOR

Se uso carbón activado granulado como lecho, este mostro niveles de remoción del

36,65% y 34, 92% para las longitudes de onda de 520 nm y 620 nm respectivamente.

Estos porcentajes fueron los mas altos en contraposición con los otros cuatro lechos

probados.

De acuerdo con los valores anteriores, se infiere que el carbón activado remueve casi en

la misma medida los tres colorantes rojos carmoisina, amarillo tartazina y el azul BTE ya

que la diferencia entre los dos porcentajes de remoción es muy baja. Sin embargo, al igual

que algunos de los otros lechos presento mas remoción en la longitud de 520 nm, lo que

se traduce en una mejor adsorción de amarillo tartazina y azul BTE.

La remoción analizada cada dos minutos mostro un comportamiento lineal, similar al de

los otros lechos en las dos longitudes de onda.

62

9. CONCLUSIONES

- Los lechos implementados para el desarrollo del proyecto presentaron una mayor

remoción en la longitud de onda de 520 nm comparada con la de 620 nm, a excepción

del lecho que tenia una combinación de los tres biocarbones que sus resultados fueron

contrarios y presento una mayor remoción en la longitud de onda de 620 nm.

- Los biocarbónes pueden llegar a representar una solución sostenible en los

tratamientos de aguas residuales, ya que presenta niveles de adsorción buenos y su

producción no representa ningún daño ambiental.

- El lecho que mayor eficiencia presento fue el carbón activado con un 36,65% para la

longitud de 520nm y 34,92% para la longitud de onda de 620nm. En cuanto a los

biocarbónes el que mejor eficiencia presento fue el de arveja 22,77% para la longitud

de 520nm y 20,07% para la longitud de onda 620nm. Comparado con el medio

filtrante tradicional, la diferencia de eficiencias no es demasiada alta por lo que se

considera que sigue siendo una alternativa viable como bioadsorbente.

- El proceso de producción del hydrochar se considera que es eficiente ya que se

obtuvieron porcentajes superiores al 90%.

- Se concluye que todos los biocarbones usados en la realización de la experimentación

presentaron remoción de los colorantes del agua residual empleada.

- El biocarbón producido con la hoja de la cebolla larga fue el que menos eficiencia de

remoción presento con un 6,91% a la longitud de onda de 520nm y para la de 620nm

6,43%.

63

10. RECOMENDACIONES

- Es necesario tener en cuenta el tiempo de retención del filtro, para esto es necesario

tener en cuenta variables como la cantidad de residuos que se generan en plazas de

mercado y así poder diseñar un filtro con una mayor capacidad de almacenar lecho

filtrante en su interior. De esta manera se aumentará el tiempo de retención en el filtro

y poder obtener mejores eficiencias.

- Se sugiere ampliar la aplicabilidad del estudio no solo a plazas de mercado, sino,

además, a establecimientos comerciales donde se expende este tipo de productos y se

generan este tipo de residuos que pueden dar un valor agregado a estos

establecimientos.

- De acuerdo con la metodología empleada en este estudio se sugiera la posibilidad de

realizar otro hydrochar con un residuo diferente al de la cebolla teniendo en cuenta

que la eficiencia comparada con los otros dos residuos en el mismo tiempo fue mas

baja, por eso es recomendable buscar un residuo que no contenga tantas sustancias

volátiles.

- Teniendo en cuenta las conclusiones, se recomienda que en las industrias de alimentos

o en donde se quiera realizar la experimentación de remoción de colorantes, para

hacer una elección del lecho se debe tener en cuenta el colorante que se pretende usar

en el proceso, debido a que los biocarbones por separado presentan una mejor

remoción de colorantes amarillo tartrazina y azul BTE Nº1 y en conjunto, con las

64

proporciones usadas, tienen una mayor capacidad de remoción del colorante rojo

carmoisina combinado con el amarillo tartrazina.

- Se recomienda realizar la experimentación con recirculación o con secuencia de

filtros para mejorar la eficiencia de remoción.

11. BIBLIOGRAFÍA

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¿Veneno en su plato? Usos y riesgos de los aditivos alimentarios. Guias prácticas OCU.

2006.

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ANEXO A. Diseño del filtro.