universidad de guayaquilrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/18248/1/401-1228... · 2017-10-22 ·...
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRABAJO DE TITULACIÓN AL GRADO DE INGENIERO
QUÍMICO
TEMA:
REDUCCIÓN DE COLORANTES EN AGUAS RESIDUALES
APLICANDO PROCESO DE OXIDACIÓN AVANZADA.
AUTORES:
JARA MIRANDA DARIO PABLO
ZAMBRANO MORENO LISSETTE PAOLA
TUTOR:
ING. MIRELLA BERMEO. MSC
GUAYAQUIL, MARZO
2017
II
DEDICATORIA
Este trabajo de investigación está dedicado a mi familia por ser
pilar fundamental en mi vida siendo aquellos que supieron guiarme por el
camino del bien, dándome fuerzas para seguir adelante y no decaer en los
problemas y adversidades de la vida, enseñándome a enfrentarlos sin
nunca perder la fe en Dios ni la confianza de que todo se solucionaría.
A mis padres Bolívar Jara y Mireya Miranda por todo su amor,
consejos, comprensión, y apoyo incondicional por creer en mí y a pesar de
los momentos difíciles enseñarme a jamás rendirme, por brindarme los
recursos necesarios para estudiar esta carrera .
A todas aquellas personas que conocí durante la carrera y hoy
puedo llamarlos amigos gracias por estar ahí ya que mediante sus consejos
supieron darme una ayuda en los momentos difíciles y gracias por su apoyo
a lo largo de la carrera.
Pablo Jara Miranda
III
DEDICATORIA
.
A mis padres por su apoyo incondicional, consejos, comprensión,
amor, ayuda en los momentos difíciles, y por ayudarme con los recursos
necesarios para estudiar. Me han dado todo lo que soy como persona,
valores, principios, carácter, empeño y perseverancia para conseguir mis
objetivos propuestos.
A mi familia por su apoyo incondicional. Enseñándome a encarar
las adversidades sin perder nunca la confianza ni desfallecer en el intento
por guiarme por el buen camino, darme fuerzas para seguir adelante y no
desmayar en los problemas que se presentaban.
A mis amigos que mediante consejos supieron darme su apoyo en
todo momento. Agradezco infinitamente el haberlos conocido y estar
seguro de contar con su apoyo desinteresado en cualquier momento.
Lissette Zambrano Moreno
IV
AGRADECIMIENTO
Primeramente agradecemos a Dios sobre todas las cosas por
habernos permitido alcanzar una meta más en nuestras vidas.
A nuestros padres por darnos su apoyo y cariño ya que gracias a
sus sacrificios podemos culminar nuestros estudios.
A la Ing. Mirella Bermeo Garay Directora de Tesis, por su paciencia,
ayuda, compresión y conocimientos brindados durante el desarrollo de este
trabajo de titulación.
A la universidad de Guayaquil en especial a la Facultad de
Ingeniería Química por permitirnos utilizar sus instalaciones para la
elaboración de este trabajo.
A los Ing. Judith Chalen, Mario Aguilera, Marlon Ramírez y amigos,
en especial a Tatiana Gracia y Edwin Quizhpi por habernos apoyado
durante el desarrollo y finalización del proceso de investigación.
Pablo Jara Miranda y Lissette Zambrano Moreno
V
DECLARACIÓN DE AUDITORÍA
Las interpretaciones que se obtienen en este trabajo de investigación, son
de absoluta responsabilidad de los autores.
___________________________ __________________________
Jara Miranda Pablo Zambrano Moreno Lissette
VI
Guayaquil, de Marzo del 2017
AVAL DEL AUTOR
Ing. Quim. Mirella Bermeo Garay, MSc. Certifico haber tutelado el trabajo
de titulación La investigación “REDUCCIÓN DE COLORANTES EN
AGUAS RESIDUALES APLICANDO PROCESO DE OXIDACIÓN
AVANZADA”, que ha sido desarrollado por Jara Miranda Dario Pablo y
Zambrano Moreno Lissette Paola , previa obtención del título de Ingeniero
Químico, de acuerdo al REGLAMENTO PARA LA ELABORACIÓN DE
TRABAJO DE TITULACIÓN PARA EL GRADO DE TERCER NIVEL DE LA
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA.
Atentamente.
_________________________________________
Ing. Quim. Mirella Bermeo Garay, MSc.
DIRECTOR DE LA INVESTIGACIÓN
VII
ÍNDICE DE CONTENIDO
DEDICATORIA .......................................................................................... II
AGRADECIMIENTO ................................................................................. IV
DECLARACIÓN DE AUDITORÍA ............................................................. V
AVAL DEL AUTOR .................................................................................. VI
ÍNDICE DE CONTENIDO ........................................................................ VII
INDICE DE TABLA.................................................................................... X
INDICE DE FIGURAS ............................................................................... XI
INDICE DE GRAFICAS ........................................................................... XII
INDICE DE ANEXOS.............................................................................. XIII
RESUMEN .............................................................................................. XIV
ABSTRACT ............................................................................................. XV
INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1
CAPÍTULO I .............................................................................................. 3
1 LA INVESTIGACIÓN (EL PROBLEMA) ...................................... 3
1.1 Tema ............................................................................................ 3
1.2 Planteamiento del problema ...................................................... 3
1.3 Limitación del estudio ................................................................ 4
1.4 Alcance del estudio .................................................................... 6
1.5 Objetivos ..................................................................................... 6
1.6 Idea a defender ........................................................................... 7
1.7 Preguntas a contestar ................................................................ 7
1.8 Justificación del problema......................................................... 8
1.9 Hipótesis ..................................................................................... 9
1.10 Variables ...................................................................................... 9
1.11 Operacionalización de las variables ....................................... 10
2 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ..................................................... 11
2.1 Antecedentes ............................................................................ 11
2.2 Industria Textil .......................................................................... 13
2.3 Procesos de la Industria Textil ................................................ 14
2.3.1 Teñido ................................................................................. 14
2.3.2 Acabado .............................................................................. 16
VIII
2.4 Tratamientos convencionales de efluentes en una industria
textil ………………………………………………………………………....17
2.4.1 Tratamiento primarios ....................................................... 17
2.4.2 Tratamientos secundarios ................................................. 19
2.4.3 Tratamientos terciarios...................................................... 19
2.5 Procesos de Oxidación Avanzados ........................................ 19
2.6 Proceso Fenton ......................................................................... 21
2.7 Fundamentos de la Reacción Fenton ..................................... 22
2.8 Ventajas y desventajas del proceso fenton ........................... 23
2.9 Parámetros que influyen en el proceso .................................. 24
2.9.1 pH ........................................................................................ 24
2.9.2 Concentración de H2O2 ...................................................... 25
2.9.3 Concentración de Fe 2+ ...................................................... 26
2.9.4 Relación estequiométrica de [H2O2] / [Fe2+] ..................... 26
2.9.5 Temperatura ....................................................................... 27
2.9.6 Composición del efluente y los tipos de contaminantes 27
2.9.7 Tiempo ................................................................................ 28
CAPÍTULO III .......................................................................................... 29
3 DESARROLLO EXPERIMENTAL .............................................. 29
3.1 Metodología de la investigación .............................................. 29
3.1.2 Métodos y técnicas ............................................................ 29
3.1.3 Normativas .......................................................................... 30
3.2 Equipos y materiales ................................................................ 33
3.3 Diseño del proceso ................................................................... 34
3.4 Desarrollo de la experimentación ........................................... 35
3.4.1 Elaboración del efluente textil .......................................... 35
3.4.2 Acidificación ....................................................................... 40
3.4.3 Oxidación ................................................................................ 40
3.4.4 Ajuste de pH ....................................................................... 41
3.4.5 Coagulación y floculación ................................................. 42
3.4.6 Decantación y Filtración .................................................... 42
CAPÍTULO IV .......................................................................................... 44
4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ........................................... 44
4.1 Resultados experimentales ..................................................... 44
IX
4.1.1 Caracterización de la muestra inicial ............................... 44
4.1.2 Evaluación de la etapa de acidificación ........................... 46
4.1.3 Evaluación de la etapa de Oxidación Fenton .................. 47
4.1.4 Evaluación de la etapa de ajuste de pH ........................... 51
4.1.5 Evaluación de la etapa de Coagulación y Floculación ... 52
4.1.6 Evaluación de la etapa de Decantación y Filtración ....... 53
4.2 Análisis e interpretación de los resultados ............................ 53
4.2.1 Determinación de la dosis optima de reactivo fenton .... 53
4.2.2 Caracterización de la muestra tratada ............................ 60
DISCUSION ............................................................................................. 71
CONCLUSIONES .................................................................................... 73
RECOMENDACIONES ............................................................................ 75
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 76
ANEXOS .................................................................................................. 80
X
INDICE DE TABLA
Tabla 1. Sistema de coordenada utm gw s zona 17 s ........................... 5
Tabla 2. Operacionalizacion de las variables ...................................... 10
Tabla 3. Características de las aguas residuales textil ...................... 14
Tabla 4. Potenciales de oxidación de algunos agentes en medio acido
................................................................................................................. 21
Tabla 5. Composición efluente textil para 1kg de materia procesada
................................................................................................................. 35
Tabla 6. Caracterización de metales pesados de la muestra inicial .. 44
Tabla 7. Caracterización inicial de la muestra ..................................... 45
Tabla 8. Condiciones de operación empleadas en la experimentación
................................................................................................................. 49
Tabla 9. Determinacion de la dosis óptima de reactivo fenton .......... 55
Tabla 10. Remoción de dqo durante las distintas etapas del proceso
................................................................................................................. 64
Tabla 11. Cinetica de oxidacion del efluente textil ............................. 66
Tabla 12. Caracterización final de la muestra ..................................... 68
XI
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Panorámica satelital de la universidad de guayaquil .......... 5
Figura 2. Lavadora industrial ................................................................ 16
Figura 3. Equipo de test de jarras ........................................................ 31
Figura 4. Medidor de pH ........................................................................ 32
Figura 5. Equipo “dr 890 colorimeter” ................................................. 32
Figura 6. Diagrama de flujo del proceso de elaboración del efluente
sintético ................................................................................................. 36
Figura 7. Tela después del proceso de tinturado ............................... 37
Figura 8. Efluentes procedentes de las distintas etapas del
proceso ................................................................................................... 38
Figura 9. Diagrama de flujo del proceso .............................................. 39
Figura 10. Acidificación de las muestras ............................................. 40
Figura 11. Oxidacion de las muestras .................................................. 41
Figura 12. Ajuste de ph de las muestras ............................................. 41
Figura 13. Coagulacion y floculacion de las muestras ...................... 42
Figura 14. Decantacion y filtracion de las muestras .......................... 43
Figura 15. Muestras en pH 7…………………….…………………............54
Figura 16. Muestras en pH 8……………………………………………..…54
Fgura 17. Aspecto visual de las muestras durantes las distintas etapas
del proceso ............................................................................................. 69
XII
INDICE DE GRAFICAS
Grafico 1. Efecto del ph en la remocion de color ................................ 46
Grafico 2. Efecto del ph en la remocion de dqo .................................. 46
Grafico 3. Efecto del h2o2 en la remoción de dqo ................................ 49
Grafico 4. Efecto del h2o2 en la remoción de color .............................. 50
Grafico 5. Efecto del fe+2 en la remoción de dqo ................................. 50
Grafico 6. Efecto del fe+2 en la remoción de color ............................... 51
Grafico 7. Cinetica de remocion del color en pruebas escogidas ..... 57
Grafico 8. Influencia del fe+2 en la remoción del color en pruebas
escogidas ............................................................................................... 58
Grafico 9. Cinetica de remocion de la dqo en pruebas escogidas .... 59
Grafico 10. Influencia del fe+2 en la remoción de la dqo de las pruebas
escogidas ............................................................................................... 60
Grafico 11. Remocion de la dqo en las diferentes etapas del
proceso ................................................................................................... 65
Grafico 12. Cinetica de remocion de la dqo por etapas del proceso 67
Grafico 13. Cinetica de remocion del color por etapas del proceso . 60
Grafico 14. Caracterizacion total de la muestra .................................. 68
XIII
INDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce ................ 81
Anexo 2. Parámetros de monitoreo de las descargas industriales .. 82
Anexo 3. Método 10212 demanda de oxigeno química uhr (250 - 15000
mg/l dqo) ................................................................................................. 83
Anexo 4. Metodo 8025: platinum-cobalt standard method1. Rango 15
a 500 unidades. ...................................................................................... 84
Anexo 5. Resultados de analisis fisico quimicos de la muestra
inicial……………………………………………………………………………85
Anexo 6. Resultados de analisis de metales pesados de la muestra
inicial……………………………………………………………………………86
Anexo 7. Resultados de analisis fisico quimicos de la muestra final 87
Anexo 8. Registro fotográfico ............................................................... 88
Anexo 9. Resultados obtenidos en los diferentes test de jarras. ...... 89
Anexo 10. Hojas de datos de seguridad de reactivos utilizados en la
investigación .......................................................................................... 96
XIV
RESUMEN
La presente investigación se desarrolló con el objetivo de reducir
los contaminantes presentes en efluentes residuales textiles, estos
efuentes se caracterizan por poseer elevadas concentraciones de
indicadores como: demanda química de oxígeno, demanda biológica de
oxígeno, pH, color, metales pesados, solidos totales y suspendidos. Se
pretende desarrollar una opción eficaz para la eliminación de los
contaminantes de dichos efluentes mediante la aplicación de procesos de
oxidación avanzada, más concretamente proceso Frentón que trata la
materia orgánica con una mezcla de peróxido de hidrógeno y sulfato
ferroso, a presión atmosférica en condiciones ácidas generando radicales
hidroxilo (.OH), los cuales actúan sobre la mayoría de los compuestos
orgánicos. En el proceso fenton intervienen diversas etapas como:
acidificación, oxidación (60 min), ajuste de pH (60 min), coagulación y
floculacion (15 min), decantación y filtración (15 min). Al aplicar este
tratamiento se logró reducir un 82% de la demanda química de oxígeno y
98% del color al cabo de 150 min; obteniendo así un efluente que cumple
con los máximos permisibles establecidos en el Acuerdo Ministerial 097-A
para descarga de aguas residuales a un cuerpo de agua dulce.
Palabras clave: Procesos de oxidación avanzada, proceso fenton,
efluentes residuales textil.
XV
ABSTRACT
The present research was carried out with the purpose of eliminating
the contaminants present in waste textile effluents, which are characterized
by high concentrations of parameters such as chemical oxygen demand,
biological oxygen demand, pH, color, heavy metals, total solids and
Suspended. It is intended to develop an effective option for the removal of
organic matter from such effluents by the application of advanced oxidation
processes, more specifically Fenton process it treats the contaminants with
a mixture of hydrogen peroxide and ferrous sulfate, under atmospheric
pressure in acid conditions generating hydroxyl radicals (.OH), which act on
most organic compounds.In the fenton process several stages are involved:
acidification, oxidation (60min), pH adjustment (60 min), coagulation and
flocculation (15 min), decantation and filtration (15 min). By applying this
treatment, it was possible to reduce 82% of the chemical oxygen demand
and 98% of the color after 150 min; thus obtaining an effluent that meets the
maximum permissible established in the standard 097-A for discharge of
waste water.
Keywords: advanced oxidation processes, Fenton processes, waste
textile effluent
1
INTRODUCCIÓN
La industria textil presenta notables problemas medioambientales
vinculados principalmente al uso y la gestión del agua. El impacto ambiental
de sus efluentes líquidos es muy diverso, por la gran variedad de materias
primas, reactivos y métodos de producción existentes en ellos (Salas G,
2010).
Los efluentes textiles se caracterizan generalmente por su elevada
demanda química de oxígeno, demanda biológica de oxígeno, metales
pesados, alto contenido de color y sólidos en suspensión, los cuales
proceden generalmente del área de lavandería y tinturado (Cuasquer,
2015).
El sector textil precisa de tratamientos primarios, secundarios y
avanzados para reducir la materia orgánica, color y solidos no eliminados
anteriormente. La eliminación de los colorantes en este tipo de efluentes
representa un reto tecnológico en los procesos de tratamiento de aguas
residuales (Mercè Vilaseca, 2013).
La compleja mezcla de colorantes y compuestos que se emplean
para el acabado, hace que las aguas residuales de la industria textil sean
difíciles de tratar sólo por medio de sistemas biológicos o fisicoquímicos
convencionales, por lo que se requieren estudios de tecnologías
innovadoras para completar la depuración (Ramírez, 2014).
2
Los Procesos Avanzados de Oxidación (PAOS) se presentan como
una opción eficaz para el tratamiento de este tipo de efluentes ya que son
capaces de generar radicales hidroxilo (.OH), los cuales poseen un elevado
potencial de oxidación mediante la combinación de un agente oxidante
(H2O2) con un catalizador (Fe+2). Estos radicales .OH son capaces de
oxidar numerosos compuestos orgánicos de forma no selectiva y con altas
velocidades de reacción (Jurado, 2009).
Dentro de los PAOS se encuentra el proceso fenton el cual
transforma la materia contaminante en compuestos más simples como
ácidos orgánicos y sustancias volátiles al liberar radicales hidroxilos que
oxidan la materia (Suarez, 2015).
Por lo anterior expuesto, la presente investigación tuvo la finalidad
de plantear como tratamiento alterno a la reducción de colorantes de las
aguas residuales textiles el uso de procesos de oxidación avanzada como
es el proceso fenton el cual es eficaz en la eliminación del color y otros
compuestos orgánicos característicos de estos efluentes.
3
CAPÍTULO I
1 LA INVESTIGACIÓN (EL PROBLEMA)
1.1 Tema
Reducción de colorante en aguas residuales aplicando proceso de
oxidación avanzada (Proceso fenton).
1.2 Planteamiento del problema
El proceso de elaboración de textiles consiste en un gran número
de operaciones que utilizan algunas materias primas como algodón,
lana, fibras sintéticas y colorantes. Durante la etapa de tinturado se
generan grandes cantidades de efluentes líquidos que contienen
contaminantes de diversa naturaleza, entre ellos sales inorgánicas,
almidones, peróxidos, surfactantes, colorantes, metales y otros
compuestos orgánicos. Entre los principales causantes de la
contaminación ambiental se encuentran los compuestos orgánicos
refractarios como son los colorantes, los cuales presentan gran
persistencia en el medio ambiente y los métodos de tratamiento
convencionales no son eficientes en su remoción.
4
Los colorantes obstaculizan los procesos fotosintéticos que realizan
los organismos en cuerpos hídricos, su presencia disminuye la difusión
de oxígeno y radiación solar afectando la interrelación acuática de micro
y macroorganismos con los factores ambientales.
Además debido a su composición química estos compuestos son
considerados como persistentes en el ambiente y altamente peligrosos
para la salud al producir cáncer, alergias y mutaciones por lo que su
presencia debe ser controlada.
Es por esto que la industria textil se encuentra obligada a adecuar
la calidad de sus efluentes mediante la implantación de tratamientos y
métodos adecuados ya que el incumplimiento de los límites permisibles
de descarga presentes en el Acuerdo Ministerial 097-A del texto
unificado de la legislación ambiental pondrá en riesgo el normal
funcionamiento de la empresa.
1.3 Limitación del estudio
El presente trabajo fue realizado en la Ciudad de Guayaquil, la
elaboración posterior estudios y sondeo se realizó en los Laboratorios de
la Facultad de Ingeniería Química, el cual se encuentra ubicado en la
Ciudadela Universitaria “Salvador Allende” situada en el Malecón del
Salado entre las Av. Kennedy y Delta como se observa en la figura 1.
5
FIGURA 1. PANORÁMICA SATELITAL DE LA UNIVERSIDAD DE
GUAYAQUIL
Fuente. (Google Earth, 2016)
El trabajo investigativo es del tipo experimental, planteado con la
finalidad de evaluar el comportamiento de aguas residuales generadas por
la industria textil al aplicarles el proceso fenton para eliminar los
contaminantes que contenga y obtener así un efluente que pueda
descargarse correctamente.
TABLA 1. SISTEMA DE COORDENADA UTM GW S ZONA 17 S
SISTEMA DE COORDENADA UTM GW S ZONA 17 S
Punto X Y
1 622169 9759199
2 622103 9759066
3 622543 9758397
4 622844 9758504
5 622649 9758978
Fuente. (Google Earth, 2016)
6
1.4 Alcance del estudio
La presente investigación se constituye como un estudio de la
implementación de la reacción fenton a escala de laboratorio como
tratamiento para la remoción de contaminantes (colorantes), químicos y
orgánicos presentes en aguas residuales de la industria textil además de
dar a conocer sus características. La investigación es considerada de tipo
experimental debido a que determinaremos las condiciones ideales, las
dosificaciones de reactivos adecuadas además de la eficacia del método
en la eliminación de contaminantes para obtener una alta eficiencia en el
proceso; El manejo adecuado de los desechos industriales así como del
cumplimiento de la Acuerdo Ministerial 097-A ha llevado a tener mayor
consideración de los distintos efluentes que serán vertidos.
1.5 Objetivos
General
Reducir colorantes presentes en aguas residuales aplicando procesos de
oxidación avanzada (proceso fenton)
Específicos
Determinar la influencia del pH, relación de H2O2/ Fe2+ y el tiempo
en el agua residual textil.
Analizar las características del agua residual obtenida después de
aplicar el proceso fenton comparando los resultados con los
máximos permisibles de descarga establecidos en el Acuerdo
Ministerial 097-A.
7
Establecer la eficiencia del proceso fenton en la remoción de
colorante azul y de la DQO en aguas residuales.
1.6 Idea a defender
El proceso Fenton es un tratamiento que nos permitirá eliminar
colorantes y disminuir la DQO de las aguas residuales industriales para
poder cumplir con las legislaciones actuales y así poder ser vertidas
correctamente a los cuerpos hídricos correspondientes.
1.7 Preguntas a contestar
¿En qué consiste el proceso Fenton?
¿Cuál es la relación ideal de H2O2/Fe2+ para obtener mayor
eficiencia en la remoción de colorantes y Demanda química de
oxigeno?
¿El agua tratada cumple con los límites permisibles de descarga a
un cuerpo de agua dulce presentes en el Acuerdo Ministerial 097-A
o será necesario aplicar un tratamiento posterior?
¿De qué manera afecta la variación de pH y tiempo en el proceso
Fenton?
¿Los procesos de oxidación avanzada son más eficientes y
presentan mayor % de remoción de contaminantes que los
tratamientos convencionales?
8
1.8 Justificación del problema
Actualmente entre los retos que enfrenta la humanidad podemos
mencionar como uno de los principales el suministrar agua limpia a la
mayoría de la población a nivel mundial. Debido a esto, existe una
necesidad urgente de desarrollar técnicas innovadoras, eficaces y
económicas para el tratamiento de aguas residuales, ya que un adecuado
tratamiento de estas permitirá su posterior reutilización contribuyendo a la
regeneración ambiental y a un consumo sostenible del agua.
Los efluentes textiles se caracterizan por tener altas
concentraciones de colorantes, estos son descargados a los cauces de ríos
o en los alcantarillados provocando la inestabilidad en los sistemas
ecológicos. Investigaciones realizadas permiten suponer que la aplicación
de nuevas tecnologías al ámbito de la reutilización de efluentes depurados
puede proporcionar excelentes resultados entre estas podemos encontrar
a los procesos de oxidación avanzada (Mollah, 2001).
La reacción fenton ha presentado resultados favorables en la
remoción de contaminantes peligrosos por lo cual permitiría establecer
condiciones para la remoción de colorantes, estas sustancias son
considerados sustancias no coloidales muy estables por su tamaño de
partícula y de difícil remoción del agua por tratamientos convencionales
(Suarez, 2015).
9
1.9 Hipótesis
General
Se reducirá el colorante presente en aguas residuales al aplicar los
procesos de oxidación avanzada.
Especificas
Influirá la variación del pH, relación de H2O2/ Fe2+ y tiempo en el
agua residual textil.
El proceso fenton reducirá la Demanda química de oxígeno y el color
de las aguas residuales textiles.
El agua residual tratada mediante proceso fenton cumplirá con los
máximos permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce
establecidos en el Acuerdo Ministerial 097-A.
1.10 Variables Proceso Fenton
a) Variables independientes
Tiempo
Concentración de H2O2/ Fe2+
b) Variables dependientes
Color
DQO y DBO
Solidos suspendidos y totales
pH
10
1.11 Operacionalización de las variables
En la siguiente Tabla 2 se observa la Operacionalización de las
variables que se tomaron en la investigación.
TABLA 2. OPERACIONALIZACION DE LAS VARIABLES
Fuente. Elaboración propia
Operacionalización de las variables
Variables
Instrumentos de
Medición
Nivel de Medición
Unidades
Dependiente
Color DQO y DBO
SS y SST pH
Equipo DR890 Cono de Imhoff
pH metro
Nominal Razón
Pt/Co Ppm
Independiente
Tiempo
Concentración de H2O2/ Fe2+
Cronometro
Razón
min Ppm
11
CAPÍTULO II
2 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1 Antecedentes
Según informes realizados por la Organización de Naciones Unidas
referentes al desarrollo de los recursos hídricos a nivel mundial, se estima
que el 59% del consumo total de agua en los países desarrollados está
destinado al uso industrial, el 30% a consumo agrícola y un 11% al uso
doméstico. Se estima que para el año 2025, el consumo de agua destinada
a uso industrial alcanzará los 1170 km3 /año, cifra que en 1995 se situaba
en 752 km3 /año (ONU, 2006).
La industria textil es considerada de gran importancia ya que es
una de las industrias con mayor consumo de agua en nuestro país y las
aguas residuales que generan contienen una gran cantidad de
contaminantes de diferente naturaleza (Maldonado Andrea, 2011).
Los efluentes textiles proceden del área de lavandería y tinturado,
generalmente son tratadas con métodos físicos, fisicoquímicos y químicos
convencionales. Sin embargo, estos métodos, pueden llegar a ser muy
12
efectivos, aunque son complejos y de difícil aplicación a gran escala
(Ariadna Flores, 2014).
En las últimas décadas, la presencia de contaminantes orgánicos
en efluentes industriales, ha sido un problema de gran consideración. La
presencia de colorantes en estos efluentes tiene graves consecuencias
ambientales. Por un lado, dificultan la difusión del oxígeno y la luz y por otro
son considerados como persistentes en el ambiente debido a su naturaleza
química; además, algunos de sus subproductos son cancerígenos
(Moeller, 2013).
Esto ha llevado a la búsqueda de métodos eficientes para el
tratamiento de la contaminación ambiental, abriendo el campo a la
investigación de nuevas tecnologías. Hoy en día existen tecnologías
emergentes basadas en procesos de oxidación avanzada que se presentan
como alternativas ofreciendo ventajas competitivas frente a las usadas
tradicionalmente (Giraldo, 2006). Estos procesos de oxidación avanzada
son capaces de degradar completamente y convertir en productos inocuos
y/o biodegradables un amplio rango de compuestos orgánicos e
inorgánicos (Mejía-Franco, 2004).
A nivel nacional, se ha empleado el proceso fenton para el
tratamiento de suelos contaminados por hidrocarburos en Nueva Loja,
Sucumbíos y a su vez contaminados con metales pesados como en
Zaruma, El Oro. Sin embargo la aplicación de este método para el
13
tratamiento de aguas residuales industriales en Ecuador no se ha
promovido a pesar de ser una técnica altamente efectiva (Suarez, 2015).
2.2 Industria Textil
Según Montano; La industria textil consume grandes cantidades de
agua en la mayoría de sus procesos. Estos efluentes se definen por su
elevada DQO, debido a los compuestos orgánicos refractarios; DBO a
causa de a la materia orgánica biodegradable, metales, alta temperatura,
contenido de color elevado, pH variables, sólidos en suspensión y
compuestos orgánicos clorados (Montano, 2007). Unas de las principales
características de estos efluentes son las siguientes (Dos-Santos A, 2007):
Color visible (1100-4500 Pt/co)
Demanda química de oxígeno (800-1600 ppm)
pH alcalino (9-11)
Sólidos totales (6000-7000 ppm)
Alrededor del 30% de los colorantes que son descargados en los
efluentes proceden de la etapa de teñido debido a ineficiencias
presentadas durante su realización. Se considera que el uso de diversos
colorantes químicos genera, efluentes que requieren tratamientos
complejos debido a su composición (Dias A.D, 2011).
Según Ramírez; existen tecnologías determinadas y con altos
costos, por lo cual no son escogidas para una gran diversidad de colorantes
14
y no solucionan totalmente el inconveniente de la decoloración. Entre los
métodos utilizados que han obtenido buenos resultados para remover
colorantes se encuentran la adsorción, transformación química,
incineración y ozonación no obstante estas técnicas resultan caras.
(Ramírez, 2014). En la tabla 3 se presentan las principales características
de las aguas residuales de la industria textil.
TABLA 3. CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES TEXTIL
Fuente: (Ramírez, 2014)
2.3 Procesos de la Industria Textil
2.3.1 Teñido
2.3.1.1 Tinturado
Es la etapa más compleja dentro de las operaciones de procesamiento;
comprende una gran variedad de colorantes y agentes auxiliares de
teñido como el carbosol y el humectal, éstos suministran el medio
Parámetro
Agua residual proveniente de
diferentes procesos de una fábrica textil
Calidad del cuerpo de agua
Antes de la descarga
del efluente
Después de la descarga del efluente
Color azul claro azul cielo
pH 8.4-10 7.2 7.7
Solidos suspendidos (mg/Lt)
185-294 11.3 67.6
Solidos totales (mg/Lt) 1500-2470 23.4 298.3
Oxígeno disuelto (mg /Lt) - 8.3 1.3
Dbo (mg/Lt) 420-674 2 98.7
Dqo (mg/Lt) 844-1171 - -
15
químico para su difusión y fijación sobre la fibra. En el proceso de teñido
la tela debe estar libre de grasas, gomas, minerales e impurezas y tener
afinidad con los colorantes (Maldonado Andrea, 2011). Este proceso
presenta cuatro variables importantes:
1) Sustrato: material que será teñido, puede tener forma de fibras,
cintas de hilandería, hilos, tejidos o inclusive vestuarios.
2) Insumos: son los encargados de generar el cambio de color
durante el proceso de tintorería para conseguir buenos resultados.
3) Maquinaria: depende del sistema de trabajo, pueden ser por
sistema discontinuo o semicontinuo.
4) Mano de obra: Se considera el principal ya que es quien decide a
los anteriores, alcanza a los niveles operativos, medios y directivos
(Lockua, 2012). Dentro del sustrato e insumos encontramos los
siguientes:
1) Fibras textiles Conjunto de filamentos utilizados para formar hilos
bien sea atravez de hilado, u otros procesos físicos o químicos.
2) Colorantes: Son sustancias orgánicas fluorescentes que dan color
a un objeto incoloro por medio de una adsorción selectiva de luz
dentro de las longitudes de onda de 400nm-700nm del espectro
electromagnético (Leonardo Fabio Barrios Ziolo, 2015).
2.3.1.2 Fijación
Este proceso utiliza el peróxido de hidrógeno y el ácido fórmico que
permite incrementar la afinidad de los colorantes sobre la fibra.
16
2.3.2 Acabado
2.3.2.1 Suavizado
El suavizante suministra esponjosidad. Su principal componente
son los Tensoactivos catiónicos, habitualmente del tipo amonio
cuaternario. Estos se adhieren a las fibras del tejido, proporcionándole
suavidad.
2.3.2.2 Enjuague
Es el último tratamiento que recibe la tela en las lavadoras
industriales para rápidamente pasar a la centrífuga y/o exprimidoras
(Martinez, 2001). La figura 2 muestra los equipos utilizados durante el
proceso.
FIGURA 2. LAVADORA INDUSTRIAL
Fuente: (Maldonado Andrea, 2011)
Para finalizar la prenda pasa por las secadoras industriales
proporcionándole características finales de apariencia, suavidad. En cada
proceso se emite una descarga de agua que favorece la carga
17
contaminante y por ende en la composición del agua residual. La gran
participación de la carga contaminante dentro del proceso de teñido
depende del tipo de colorante empleado, por lo usual generan grandes
sumas de sólidos suspendidos, DQO y DBO (Maldonado Andrea, 2011).
2.4 Tratamientos convencionales de efluentes en una
industria textil
La gran parte de los tratamientos de efluentes manejados en la
industria textil suelen ser tratamientos biológicos principalmente de tipo
aeróbicos que suelen ser combinados por una o más etapas de
tratamiento, como sedimentación, tamizado, coagulación o cualquier otro
tratamiento fisicoquímico avanzado (Jurado, 2009).
Laperlot; establece que la validez del tratamiento biológico para
remover DBO y DQO depende fuertemente de la relación entre estos
(Lapertot M, 2007). El valor medio de esta relación en un efluente textil es
por lo usual de 0,35, es por esto que se dificulta la eliminación total de la
DQO (Rodriguez, 2003).
2.4.1 Tratamiento primarios
2.4.1.1 Coagulación
Proceso químico por el cual se agrega una coagulante al agua con
el objetivo de eliminar la estabilidad de los coloides. Esta empieza cuándo
se colocan los coagulantes en el agua y permanece nada más durante
18
pocos segundos (Yolanda, 2010); Los principales coagulantes que se
utilizan son:
a) Policloruro de aluminio: Sus principales ventajas son que admite
una excelente formación del floc presenta un rango de pH más
extenso, y produce menos lodos además de la mínima necesidad de
recurrir a polielectrolitos.
b) Sulfato de aluminio: Es el más utilizado en el tratamiento de aguas.
Su fórmula general es Al2 (SO4)3.
c) Sales de hierro: En ciertos casos presenta una ventaja sobre las
sales de aluminio, ya que produce un floc más pesado que se
asienta de forma más rápida además de poseer un rango de Ph más
extenso (Mollah, 2001).
2.4.1.2 Floculación
Proceso mediante el cual las partículas una vez desestabilizadas
colisionan entre sí promoviendo el incremento del flóculo hasta lograr el
tamaño y peso adecuado para ser removidos por sedimentación
(Cuasquer, 2015).
2.4.1.3 Sedimentación
Este proceso está basado en la diferencia de peso específico entre
las partículas sólidas y el líquido en el que se localizan, las cuales terminan
en el depósito de los sólidos en suspensión.
19
2.4.2 Tratamientos secundarios
2.4.2.1 Procesos Biológicos
Ayudan a que las bacterias aerobias asimilen la materia orgánica
presente en los efluentes. Por lo general se lo realiza trasladando el
efluente que surge del tratamiento primario a tanques en los cuales son
mezclados con otros efluentes llenos de lodos activos.
2.4.3 Tratamientos terciarios
Estos procesos son muy específicos y eliminan, en gran parte de
los casos, la mayoría de los compontes químicos residuales que no logran
ser separados mediante procesos primarios o secundarios.
2.5 Procesos de Oxidación Avanzados
Los procedimientos avanzados de oxidación (PAOS) son
primordialmente útiles como pre tratamiento resistente a la biodegradación
o como pos tratamiento para dar un pulido de las aguas antes de ser
descargadas. (Salas G, 2010). Los PAOS son los procesos que involucran
la producción de radicales hidroxilo •OH en cantidades necesarias para
interaccionar con los compuestos orgánicos del medio”. Las principales
combinaciones son entre:
Ozono
Peróxido de hidrógeno
Radiación ultravioleta
Fotocatálisis (Cuasquer, 2015).
20
Parag; establece que estos procesos son capaces de producir
cambios profundos en la estructura química de los contaminante (Parag R,
2004). Generan especies temporales de gran poder oxidativo, principal y
usualmente, el radical hidroxilo (.OH). Este radical puede ser forjado por
medios fotoquímicos o por otras formas de energía, y posee una alta
garantía para la oxidación de la materia orgánica. Se pueden detallar los
siguientes objetivos (Montano, 2007) :
Mineralización de los contaminantes, principalmente los compuestos
orgánicos recalcitrantes, hasta su completa transformación en
dióxido de carbono, agua y aniones inorgánicos, evitando la
formación de subproductos.
Degradación de contaminantes orgánicos en compuestos más
biodegradables y/o menos tóxicos.
Cabe recalcar que la calidad del efluente final puede admitir su
reciclaje y reutilización dentro de la propia industria, con lo que es posible
solucionar el inconveniente de vertidos de una forma económica y
ambientalmente asequible (Jurado, 2009).
En consecuencia, el empleo de los procesos de oxidación
avanzada, para reducir la Dqo como tratamiento o pre tratamiento presenta
una opción factible para la reducción de materia orgánica de este tipo de
efluente (Salas G, 2010). En la tabla 4 podemos encontrar los potenciales
de oxidación de algunos agentes oxidantes.
21
TABLA 4. POTENCIALES DE OXIDACIÓN DE ALGUNOS AGENTES
EN MEDIO ACIDO
Agente oxidante Potencial de oxidación (E)
Flúor (F) 3.06
Radical hidroxilo (OH) 2.8
Oxigeno atómico (O) 2.42
Ozono (O3) 2.08
Peróxido de hidrogeno (H2O2) 1.78
Cloro (Cl2) 1.36
Oxigeno molecular (O2) 1.23
Fuente. (Salas G, 2010)
2.6 Proceso Fenton
El proceso Fenton trata los contaminantes con una mezcla de
peróxido de hidrógeno y sulfato ferroso, a presión atmosférica en
condiciones ácidas. (Martinez, 2001). El responsable de la oxidación es
el radical hidroxilo •OH, el cual es muy reactivo y es generado por la
descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en un medio ácido
(Mendez Novelo, 2010).
La principal ventaja del proceso Fenton es que sus componentes
son posibles de tratar, ambientalmente benignos y económicos (Kavitha
V, 2012), por lo que es considerado más asequible que otros
tratamientos (Solmaz Seval, 2006).
22
Nawghare; menciona que la oxidación de materia orgánica
biodegradable es menor que la no biodegradable. Un efluente tratado
por el proceso Fenton sigue teniendo grandes concentraciones de
materia orgánica, por lo que demanda de otro tratamiento previo a su
disposición en cuerpos de agua (Nawghare P, 2001).
La concentración y estructura inicial de la carga contaminante que
se oxidara se encuentra relacionada con la dosis y la relación másica
del reactivo Fenton. Es necesario determinar dichas relaciones para
lograr un estado de oxidación más elevado.
Las razones de Fe+2/H2O2 y DQO/H2O2 empleadas en
investigaciones preliminares presentaron gran inestabilidad, por lo cual
es trascendente establecer los valores óptimos de estas (Mendez
Novelo, 2010).
2.7 Fundamentos de la Reacción Fenton
La reacción de Fenton clásica se origina cuando se ponen en
contacto peróxido de hidrogeno e iones Fe2+ en solución acuosa a pH
acido. El ion ferroso inicia la reacción de descomposición del peróxido, que
da como resultados la generación de los altamente reactivos radicales
hidroxilos y de agua, así como de una innegable cantidad de calor, dado
que la reacción global es exotérmica:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO・ + OH- (k25 oC = 76 mol-1 l s-1) [1]
23
Además, la participación del ion ferroso Fe2+ en la reacción de
Fenton debería ser de naturaleza catalítica ya que, teóricamente, la especie
oxidada Fe3+ reaccionaria de nuevo con el peróxido de hidrogeno,
generando a su vez radicales hidroperoxilo (HO2・), de menor poder
oxidante (Eo = 1,76 V). En el proceso regresaría a su forma reducida, para
dar inicio de nuevo a la reacción [1]:
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2・ + H+ (k25 oC = 0.01 mol-1 l s-1) [2]
No obstante, en la práctica los iones férricos Fe3+ desarrollados en
la reacción [1], mucho más rápida que la reacción [2], se acumulan
progresivamente en solución acuosa hasta lograr su producto de
solubilidad, dando lugar a la aparición de precipitados de hidróxido férrico
Fe (OH)3 de un particular tono pardo-rojizo y aspecto coloidal (Ruiz, 2015).
2.8 Ventajas y desventajas del proceso fenton Ventajas
Amplio rango de aplicación a varios tipos de efluentes,
contaminantes y cargas orgánicas.
Rápida eliminación del color con tiempos de contacto relativamente
bajos.
Facilita la biodegradación de compuestos orgánicos refractarios.
Menores costes de inversión y explotación con respecto a otros
PAOS.
Reduce la toxicidad de efluentes y vertidos finales.
24
Desventajas.
Producción de lodos: Es el principal inconveniente del método
desde un punto de vista operacional. Se trata de un precipitado
coloidal de color pardo rojizo, que debe ser apartado de la mezcla
liquida en una etapa posterior a la oxidación, y tratado
adecuadamente como residuo sólido.
Control del pH: El pH recomendable para la reacción cercano a 3,
limita su aplicación salvo que se efectué una acidificación anterior
de los efluentes, así como su neutralización posterior a la etapa de
oxidación.
Consumo de reactivos: La ausencia de regeneración de Fe2+
obliga al suministro en continuo del catalizador durante la reacción.
El consumo de peróxido de hidrogeno puede elevar
exorbitantemente los costes de explotación en el caso de grandes
caudales de aguas residuales, o para elevadas cargas orgánicas,
hasta tornarlo desventajoso (Moeller, 2013).
2.9 Parámetros que influyen en el proceso
2.9.1 pH
La reacción deberá ser efectuada a pH ácido para producir
radicales HO• y alcanzar velocidades de oxidación superiores. El valor
óptimo para la degradación de contaminantes orgánicos mediante el
proceso Fenton clásico se sitúa en un estrecho rango de pH en torno a 3.
25
A pH excesivamente bajos (pH < 2,0), y a partir del Fe (II) se
produce la formación de Fe (OOH)2+ que reacciona muy lentamente con el
H2O2 dificultando la generación de .OH. Además, reduce el coeficiente de
absorción de los complejos de hierro (Parag R, 2004).
El Fe (III) aparece como Fe3+ (H2O)6 y es mucho menos seguro en
la absorción de luz y en la obtención de .OH. Este grupo de reacciones
requiere, por tanto, un control implacable del pH (Montano, 2007).
Así, la baja eficiencia del proceso Fenton por encima de pH 4 se
atribuye a la baja tasa de producción de radicales HO・a causa de
disipación de Fe2+ del medio de reacción. Valores de pH superiores darían
lugar a la descomposición del peróxido de hidrogeno en oxígeno y agua,
reduciéndose drásticamente la formación de HO・ y, con ella, el
rendimiento global del proceso (Ruiz, 2015).
2.9.2 Concentración de H2O2
La concentración de partida de peróxido de hidrógeno está dada
por la cantidad estequiométrica, respecto a la DQO inicial; es un
componente determinante de la eficiencia global del proceso de
degradación de la materia orgánica. Habitualmente esta se verá elevada
con el aumento de la aportación de peróxido. No obstante, a la hora de
determinar la dosis óptima para el proceso debe tenerse en consideración
que la fracción residual de peróxido de hidrogeno no reaccionado
contribuye a elevar la DQO de la mezcla (Ruiz, 2015).
26
La dosis de peróxido de hidrogeno debe ajustarse de manera que
la totalidad de la cantidad provista reaccione eficientemente durante el
proceso de oxidación Fenton. Como regla orientativa, puede acudir
inicialmente al cálculo de la dosis de H2O2 correspondiente a la relación
estequiométrica teórica entre la DQO del efluente y el peróxido de
hidrogeno.
2.9.3 Concentración de Fe 2+
Salas G; menciona que la concentración de partida de Fe2+ utilizada
ayuda a la prolongación de la reacción, ya que genera mayor cantidad de
radicales HO• (Salas G, 2010). Una excesiva concentración de Fe2+ en la
mezcla no aumentara la tasa de oxidación de materia orgánica mediante el
proceso Fenton.
La concentración adecuada de catalizador, que es la que determina
la velocidad del proceso, viene fijada por la dosis de peróxido de hidrogeno,
con la que se relaciona a través de la relación estequiométrica optima de
ambos reactivos para cada agua tratada (Ruiz, 2015).
2.9.4 Relación estequiométrica de [H2O2] / [Fe2+]
Montano; establece tanto la eficacia como la velocidad de reacción
tienden a acrecentar con la concentración de reactivos. Sin embargo, un
exceso de hierro da lugar a una rebaja de la eficacia debido a la activación
de reacciones secundarias no deseadas, como es el caso de la formación
de Fe (OH)3 que puede precipitar, por lo que se ha de tener en cuenta la
Kps de esta especie para evitarnos este problema. (Montano, 2007)
27
La relación estequiométrica Fe2+ / H2O2 debe tenerse en cuenta las
características del efluente a tratar. Dependerá del mismo para encontrar
la relación adecuada entre Fe(II) y agente oxidante para poder tener la
condición más favorable de operación desde el punto de vista técnico,
económico y medioambiental (Jurado, 2009).
2.9.5 Temperatura
La reacción de oxidación Fenton es endotérmica. La velocidad de
oxidación acrecienta con el incremento de temperatura (Zhang H., 2005).
Contrario de que el proceso Fenton puede ocurrir a temperatura ambiente,
un aumento de ésta favorece la cinética de las reacciones de oxidación
(Homem, 2009 ). No obstante, el incremento de temperatura puede reducir
la estabilidad del H2O2, ya que elevados valores de temperatura
incrementan la velocidad de degradación del H2O2 a O2 y H2O (Malíková,
2009).
2.9.6 Composición del efluente y los tipos de contaminantes
Los elevados valores de salinidad usualmente encontrados en las
aguas residuales industriales, en general, y en los efluentes de las
industrias textiles, en particular, pueden provocar efectos negativos sobre
la formación de las especies reactivas de interés al establecerse reacciones
competitivas con las de oxidación de la materia orgánica (Ruiz, 2015).
Tanto la DQO como el COT son parámetros fundamentales a la
hora de conocer el grado de contaminación de las aguas y de gran
28
importancia en la eficiencia del proceso Fenton (Hasan, 2012). A altos
niveles de contaminantes, aumenta el número de colisiones entre éstos y
el catalizador y los radicales °OH, lo cual posibilita y apresura la
degradación de los compuestos tóxicos (Bianco, 2011).
2.9.7 Tiempo
Desde un punto de vista económico, se ha demostrado que operar
con altos tiempos de residencia no es viable de hecho, con bajos períodos
de reacción se obtienen buenos niveles de degradación de contaminantes
en comparación con otros procesos de oxidación química.
El tiempo de contacto óptimo también debe ser determinado de
forma individual para cada efluente específico. Como rango general, se
sitúa en la mayoría de los casos en torno a los 60 – 120 minutos para la
etapa de oxidación. Los tiempos de reacción están también restringidos por
el objetivo buscado con la introducción de un proceso de tipo Fenton en el
esquema general de tratamiento de un agua residual industrial (Ghosh,
2010).
29
CAPÍTULO III
3 DESARROLLO EXPERIMENTAL
3.1 Metodología de la investigación
El enfoque metodológico de la investigación es del tipo
experimental, ya que atravez del uso de las dosis optimas de reactivos se
busca eliminar los contaminantes presentes en aguas residuales de la
industria textil mediante la aplicación del proceso fenton logrando así
sustituir parcialmente a los tratamientos utilizados.
3.1.2 Métodos y técnicas
Las técnicas y métodos empleados para la recolección de datos se
basan en los siguientes aspectos:
Análisis documental
De acuerdo a la investigación realizada y a los datos bibliográficos
se procede a estudiar la posibilidad del uso de procesos avanzados de
oxidación concretamente el proceso fenton como tratamiento para la
reducción de colorante azul presente en efluentes textiles.
30
Diseñó Experimental
Con base a la información obtenida de los procesos de oxidación
avanzada utilizados en la remoción de contaminantes en efluentes textiles
se resume mediante las siguientes etapas para el desarrollo experimental:
Elaboración y Caracterización del efluente inicial, Acidificación, Oxidación
fenton, Ajuste de pH, Coagulación, Floculación, Decantación y Filtración.
Para esta investigación se realizaron diversas tablas que nos
faciliten la recolección de los valores de dosis tanto de oxidantes como
de coagulante y floculante que serán obtenidos en los test de jarras.
Además se realizaran pruebas de tratabilidad con diferentes coagulantes y
floculantes para determinar cuál es el más idóneo.
3.1.3 Normativas
Para la elaboración de esta investigación se tomó como referencia
del registro oficial no 387 los valores de límites permisibles de descarga a
un cuerpo de agua dulce los cuales se en encuentran en el acuerdo
ministerial 097 del texto unificado de la legislación secundaria del ministerio
del ambiente. Tomando como referencia la Tabla 9. Límites permisibles de
descarga a un cuerpo de agua dulce (Anexo 1) y la Tabla 12. Parámetros
de monitoreo de las descargas industriales (Anexo 2).
Caracterización del efluente textil
El efluente seleccionado para este trabajo es un efluente sintético
el cual presenta características similares a las generadas en una industria
31
textil para esto dicha agua se analizó en el laboratorio acreditado de aguas
de la facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil.
Test de jarras
Para determinar las dosificaciones apropiadas de oxidantes se
parte de un test de jarras y también se efectuó ensayos de tratabilidad con
diferentes coagulantes y floculantes. En la figura 3 podemos observar el
equipo de test de jarra empleado en este trabajo de investigación.
FIGURA 3. EQUIPO DE TEST DE JARRAS
Fuente. Elaboración propia
Determinación de pH
El pH se determinó mediante ensayos realizados en el laboratorio
de aguas con el Ph metro el cual se observa en la figura 4.
32
FIGURA 4. MEDIDOR DE PH
Fuente. Elaboración propia
Determinación de DQO y color
Para las siguientes variables se realizaron ensayos en el laboratorio
con el Equipo “DR 890 COLORIMETER” tal como se observa en la figura 5
con el manual Dr 2800 bajo los siguientes métodos: Método 10212:
Demanda de oxigeno química UHR (250 - 15000 mg/L DQO) (Anexo 3) y
Método 8025: Platinum-Cobalt Standard Method1. (15 a 500 unidades)
(Anexo 4).
FIGURA 5. EQUIPO “DR 890 COLORIMETER”
Fuente. Elaboración propia
33
Se emplearon los siguientes equipos y materiales:
Colorimetro “DR 890”
Celda para muestras de vidrio
Pipetas
Reactor
Conjunto de Reactivos
Vasos de precipitación
3.2 Equipos y materiales
Reactivos
Ácido sulfúrico (acidificación)
Hidróxido de sodio (Ajuste de Ph)
Soluciones Patrón ( determinación de pH)
Peróxido de hidrogeno y sulfato ferroso ( oxidación)
Agua destilada (preparación de soluciones)
Efluente textil (sintético)
Reactivos ( determinación de DQO)
Coagulante (policloruro de aluminio)
Floculante (catiónico)
Materiales
Vasos de precipitación
Pipetas
Agitadores
34
Embudos
Jeringuillas
Papel filtro
Papel indicador de pH
Probetas
Pisetas
Equipos
pH metro
Colorímetro Dr. 890
Equipo de Test de jarra
Balanza analítica
Reactor
Conductimetro
3.3 Diseño del proceso
En la primera fase de esta investigación se procede con la
elaboración del agua sintética la cual representa los distintos procesos que
acontecen en una industria textil después se caracteriza esta agua teniendo
en cuenta lo siguiente: DQO, color, pH, metales pesados y sólidos
suspendidos.
Luego se ajusta el pH (acidificación) del efluente para llevarse a
cabo la reacción fenton. Una vez acidificada se filtra la muestra descartando
35
así impurezas y comprobar que si al filtrar se presentara una mayor o
menor cantidad de mineralización de los lodos.
Alcanzadas todas las condiciones anteriores se realiza la búsqueda
de la dosis optima de reactivo fenton mediante test de jarras; luego de
ocurrir la reacción el paso siguiente es el ajuste de pH con NaOH de esta
manera puede ser sometido a un proceso de coagulación y floculación
mediante las dosis determinadas y finalmente una separación de los sólidos
para obtener un efluente clarificado y la separación de los lodos generados
en el proceso.
3.4 Desarrollo de la experimentación
3.4.1 Elaboración del efluente textil
TABLA 5. COMPOSICIÓN EFLUENTE TEXTIL PARA 1KG DE
MATERIA PROCESADA
Proceso Producto Unidad Cantidad Volumen (Lt)
Desencolado y descrudado
fécula
g
90
10
Tinturado
agua descalcificada Lt 10
10
NaCl g 500
NaOh g 10
Na2Co3 g 50
colorante MX-2R g 34
Dispersante (Marvacol) g 6
Aclarado agua descalcificada Lt 30 30
Jabonado
agua descalcificada Lt 30 30 (Quimisoft) g 15
Suavizado
agua descalcificada Lt 10 10
(Evosoft) g 6
Fuente. (Lorena Salazar Gamez, 2009)
36
Agua= 16Lt
Quimisoft= 6 gr
El efluente textil está compuesto por diversos efluentes del proceso
de Fábrica, se define por su caudal muy variable y tener una gran cantidad
de subproductos provenientes de las diferentes etapas del proceso. En la
tabla 5 se observa la composición de cada uno de los distintos efluentes de
los procesos unitarios que se formaran al procesar 1 Kg de materia prima.
FIGURA 6. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE ELABORACIÓN
DEL EFLUENTE SINTÉTICO.
Fuente. Elaboración propia
T= 15 min
Temp= 100 0C
Desencolado y Descrudado
Tinturado
Aclarado
Jabonado
Suavizado
Fécula= 90gr
Agua= 5Lt
Tela= 1kg
NaCl= 500gr
NaOh= 10gr
Na2Co3= 50gr
Colorante= 24gr
Dispersante= 6gr
T= 90 min
Agua= 20 Lt
Agua= 20Lt
Quimisoft= 15 gr
37
Desencolado y descrudado: Se agrega 90 gr de fécula en 5 Lt de
agua caliente junto con 1kg de tela de algodón blanca durante 15
min.
Tinturado: Transcurrido este tiempo se coloca 24 gr de colorante
azul (Mx-2R) en el recipiente con la tela y se deja calentar por 10
min como podeos observar en la figura 7; después se agrega 500 gr
de NaCl se deja calentar alrededor de 30 min. Luego se coloca 50
gr de Na2CO3 y se deja calentar alrededor de 20 min. Posterior a
esto se coloca 10 gr de NaOH y se deja calentar por otros 20 min.
Agitar constantemente durante 30 min luego de esto apagar la estufa
y dejar enfriar el agua.
FIGURA 7. TELA DESPUÉS DEL PROCESO DE TINTURADO
Fuente. Elaboración propia
Aclarado: Se procede a realizar varios enjuagues de la tela con 20
Lt de agua con la finalidad de remover todo el exceso de colorantes
y otros materiales utilizados en el proceso anterior.
38
Jabonado: Se agrega 15 gr de Quimisoft en 20 Lt de agua junto con
la tela procurando disolver el jabón completamente.
Suavizado: Se coloca 6gr de Evosoft en 16 Lt de agua junto con la
tela de algodón y se debe escurrir varias veces. Para finalizar se
enjuaga la tela con 20 Lt de agua este paso es opcional. Todos los
efluentes obtenidos en las diferentes etapas del proceso se
colocaran en un tanque de capacidad 160 Lt el cual servirá para
unificarlas y de esta manera obtener un efluente inicial homogéneo
como se muestra en la figura 8.
FIGURA 8. EFLUENTES PROCEDENTES DE LAS DISTINTAS
ETAPAS DEL PROCESO
Fuente. Elaboración propia
39
FIGURA 9. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO
Fuente. Elaboración propia
Acidificacion
Oxidacion
Neutralizacion
Coagulacion y Floculacion
Decantacion y Filtracion
Ph= 3
Sulfato Ferroso
Peróxido de Hidrogeno
T= 60min
NaOh
T= 60min
Policloruro de aluminio
Floculante catiónico
T= 15min
T= 15min
40
3.4.2 Acidificación
Antes de proceder con la oxidación, el agua residual debe ser
acidificada hasta un valor de pH en torno a 3, óptimo para el desarrollo de
la reacción Fenton. Normalmente esta acidificación se lleva a cabo
mediante la adición de ácido sulfúrico de grado técnico en una dilución
adecuada como se observa en la figura 10.
FIGURA 10. ACIDIFICACIÓN DE LAS MUESTRAS
Fuente. Elaboración propia
3.4.3 Oxidación
Se dosifican las cantidades necesarias de los reactivos (peróxido
de hidrogeno y sulfato ferroso) al efluente, las cuales se determinaron
mediante test de jarras como se observan en la figura 11, al pH ajustado
anteriormente, en función de las condiciones de operación establecidas de
cada prueba a desarrollar se deja actuar por un tiempo de 60 min
aproximadamente.
41
FIGURA 11. OXIDACION DE LAS MUESTRAS
Fuente. Elaboración propia
3.4.4 Ajuste de pH
Una vez completada la oxidación mediante radicales HO・, la
mezcla del efluente y reactivos residuales es enviada a una etapa de ajuste
de pH convencional, donde se agrega una solución de NaOH (10%v/v).
Durante un tiempo aproximado de 60 min. La cual sirve para eliminar el
posible exceso de H2O2 y provoca la precipitación del catalizador metálico
añadido en el proceso. El incremento del pH hasta valores neutros genera
la aparición de precipitados rojizos de hierro (III), como se observa en la
figura 12.
FIGURA 12. AJUSTE DE PH DE LAS MUESTRAS
Fuente. Elaboración propia
42
3.4.5 Coagulación y floculación
La aparición de los precipitados de hierro (III), característicos de la
reacción de Fenton, demanda que el proceso se complete con una tercera
etapa en la que se acelera la floculación de los lodos férricos coagulados
mediante la adición de polielectrolitos adecuados. Esta etapa se realiza en
el equipo de test de jarras como se muestra en la figura 13 durante un
tiempo de 15 minutos. La coagulación y floculación contribuye también a
la eliminación de la posible materia particulada presente en el agua
residual.
FIGURA 13. COAGULACION Y FLOCULACION DE LAS MUESTRAS
Fuente. Elaboración propia
3.4.6 Decantación y Filtración
Al finalizar la etapa de anterior, el agua tratada se deja decantar y
se filtra el sobrenadante como podemos observar en la figura 14. Dicho
filtrado será analizado posteriormente.
43
Los lodos que se obtienen generalmente presentan un contenido
típico en solidos comprendido entre el 1 y 2% en peso, lo que hace preciso
someterlos a sucesivas operaciones de espesamiento y secado, hasta
alcanzar las condiciones adecuadas para su disposición final.
FIGURA 14. DECANTACION Y FILTRACION DE LAS MUESTRAS
Fuente. Elaboración propia
44
CAPÍTULO IV
4 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
4.1 Resultados experimentales
4.1.1 Caracterización de la muestra inicial
En las tablas 6 y 7 se presentan las características Iniciales de la
muestra junto con sus respectivos límites permisibles de descarga.
TABLA 6. CARACTERIZACIÓN DE METALES PESADOS DE LA
MUESTRA INICIAL
Parámetros
Expresado
como
Unidad
Resultados
Límites
Máximos Permisibles
Hierro
Fe
mg/l
1.1
10
Cadmio
Cd
mg/l
0.0005
0.02
Níquel
Ni
mg/l
0.0063
2
Cromo Hexavalente
Cr+6
mg/l
0.01
0.5
Fuente. (Grupo Químico Marcos, 2016)
45
TABLA 7. CARACTERIZACIÓN INICIAL DE LA MUESTRA
Parámetros
Expresado
como
Unidad
Resultados
Límites Máximos
Permisibles
Potencial de Hidrogeno
pH
9.8
6 - 9
Color
Color real
Pt/Co
2840
Inapreciable en dilución:
1/20
Demanda Bioquímica de Oxigeno (5 días)
D.B.O.5
mg/l
563
100
Demanda Química de
Oxigeno
D.Q.O.
mg/l
1075
200
Solidos suspendidos
Totales
SST
mg/l
850
130
Solidos totales
SS
mg/l
5480
1600
Aceites y grasas
Solubles hexano
mg/l
8
30
Fuente. (Laboratorios de aguas petróleo y medio ambiente de la Facultad de
Ingeniera Química, 2016)
A partir de las tablas 6 y 7 se puede observar las características
iniciales de la muestra la cual se define por tener valores elevados de DQO,
DBO, solidos totales, solidos suspendidos, pH alcalino además de
presentar gran concentración de color, el cual es característico de este tipo
de aguas residuales. En cuanto a los metales analizados se observa que
se encuentran dentro de los máximos permisibles de descarga. La relación
de DBO/DQO es de 0.52 esto indica que posee un contenido orgánico que
es parcialmente biodegradable (Jurado, 2009).
46
4.1.2 Evaluación de la etapa de acidificación
Esta etapa tiene una influencia determinante en el proceso de
oxidación fenton. Debido a esto se llevó acabo la reacción a pH ácido (pH
3) con el fin de generar más radicales hidroxilos (HO•) que son los
encargados de oxidar los contaminantes y conseguir velocidades de
oxidación elevadas.
Esta acidificación se logró añadiendo una disolución de ácido
sulfúrico (10% v/v). Con el fin de evaluar la influencia del pH en la reacción
se trabajó además con pH 2; los resultados obtenidos con este pH no
fueron favorables ya que la reacción fenton no se produjo; debido a la
formación de complejos de hierro, lo cual reduce la concentración de Fe +2
libre que queda disponible en la mezcla acuosa. También se trabajó con
pH 4 sin embargo al aumentarse el pH implicaría una disminución de las
velocidades de reacción debido a la precipitación de hierro en forma de Fe
(OH)3.
GRAFICO 1. EFECTO DEL PH EN LA REMOCION DE COLOR
Fuente. Elaboración propia
0
30
60
90
120
0 40 80 120 160
% R
EMO
CIO
N
TIEMPO (MIN)
% REMOCION COLOR VS T IEMPO
ph 4 ph 3 ph 2
47
GRAFICO 2. EFECTO DEL PH EN LA REMOCION DE DQO
Fuente. Elaboración propia
En las gráficas 1 y 2 se observa el efecto del pH en la remoción de
los principales contaminantes de la muestra como son el DQO y Color
durante el proceso. El mayor % de remoción de contaminantes se presenta
al trabajar a pH 3, ya que se produce mayor cantidad de radicales hidroxilos
que son los encargados de remover los contaminantes orgánicos de la
muestra. Se obtuvieron resultados similares trabajando con pH 4 pero esto
implicaría la formación de Fe (OH)3 que disminuye las velocidades de
reacción provocando una disminución de la eficiencia de remoción. Al
trabajar con pH 2 no se produjo remoción de los contaminantes esto es
debido a que en este rango de pH se reduce la concentración Fe+2 por la
formación de complejos de hierro.
4.1.3 Evaluación de la etapa de Oxidación Fenton
0
20
40
60
80
100
0 40 80 120 160
% R
EMO
CIO
N
TIEMPO (MIN)
% REMOCION DQO VS TIEMPO
ph 4 ph 3 ph 2
48
Las dosis de sulfato ferroso y peróxido de hidrogeno son los
principales factores de operación que determinan la eficacia del proceso
fenton. Inicialmente las dosis óptimas de oxidantes se determinaron
partiendo de la concentración de DQO de la muestra para obtener así el
H2O2 estequiometricamente requerido a partir de la siguiente ecuación
(Salas G, 2010):
[H2O2] est = (DQ0/8)* 17
Con los resultados obtenidos a partir del uso de la dosis
estequiometricamente requerida se encontró que altas concentraciones de
H2O2 producen un incremento de la DQO como se observa en el test de
jarra 2 (Anexo 9). Tomando como referencia estos valores se realizaron
pruebas empleando la mitad y el doble de la dosis estequiométrica los
cuales se encuentran en el test de jarra 3 (Anexo 9).
Se realizaron diferentes ensayos variando tanto las
concentraciones de H2O2 como de sulfato ferroso con el fin de determinar
su influencia dentro de la reacción fenton. Teniendo en cuenta que un
exceso de H2O2 conduce a una mayor producción de radicales hidroxilo,
regeneración de Fe2+ y aumento de las velocidades de reacción.
A más de que la concentración inicial de sulfato ferroso (catalizador)
empleada favorece la extensión de la reacción, debido a una mayor
producción de radicales (HO•). Las condiciones de operación empleadas
en los experimentos realizados en discontinuo, para la muestra de agua
residual se resumen en la tabla 8.
49
TABLA 8. CONDICIONES DE OPERACIÓN EMPLEADAS EN LA
EXPERIMENTACIÓN
pH
Fe2+
(mg/L)
H2O2
(mg/L)
D.Q.O (mg/L)
Color
(Pt/Co)
3 400 1000 184 53
3 180 460 193 68
3 80 210 472 182
Fuente. Elaboración propia
A partir de las condiciones experimentales resumidas en la tabla 8
se determina la influencia del peróxido de hidrogeno y sulfato ferroso en la
remoción de los contaminantes presentes en la muestra como son el color
y DQO así como su cinética de remoción en el proceso. También se
determina la influencia del tiempo en las distintas etapas del proceso.
GRAFICO 3. EFECTO DEL H2O2 EN LA REMOCIÓN DE DQO
Fuente. Elaboración propia
dosis optima
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
200
400
600
800
1000
1200
0 150 300 450 600 750 900 1050
% R
EMO
CIO
N
DQ
O (
MG
/L)
CONSUMO DE H202 (MG/L)
DQO, % REMOCION VS CONSUMO DE H202
Dqo % Remocion Dqo
50
GRAFICO 4. EFECTO DEL H2O2 EN LA REMOCIÓN DE COLOR
Fuente. Elaboración propia
En las gráficas 3 y 4 se aprecia el efecto del peróxido en la remoción
de la DQO y Color de las muestras. Se observa mayor remoción de DQO
a medida que las dosis de peróxido se incrementan lo que a su vez se ve
reflejado en un elevado % de remoción de esta. En el caso del color los
resultados son similares alcanzando % de remoción elevados por lo cual el
empleo de mayores dosis de peróxido removerá gran parte de los
contaminantes y favorecerá la formación de radicales hidroxilos.
GRAFICO 5. EFECTO DEL Fe+2 EN LA REMOCIÓN DE DQO
Fuente. Elaboración propia
dosis optima
0
20
40
60
80
100
120
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
% R
EMO
CIO
N
CO
LOR
(P
T/C
O)
CONSUMO DE H202 (MG/L)
COLOR, % REMOCION VS CONSUMO DE H202
Color % Remocion de color
dosis optima
0
20
40
60
80
100
0
200
400
600
800
1000
1200
0 100 200 300 400 500
% R
EMO
CIO
N
DQ
O (
MG
/L)
CONSUMO DE SULFATO (MG/L)
DQO, % REMOCION VS CONSUMO DE SULFATO
Dqo % Remocion Dqo
51
GRAFICO 6. EFECTO DEL Fe+2 EN LA REMOCIÓN DE COLOR
Fuente. Elaboración propia
En los gráficos 5 y 6 se observa el efecto que presenta el Sulfato
ferroso en la remoción del Color y DQO. El uso de mayores dosis de sulfato
promueve mejor remoción de la DQO ya que actúa como catalizador de la
reacción haciendo que el peróxido empleado se consuma totalmente
promoviendo la generación de radicales hidroxilos, lo que produciría un
mayor % de remoción de la DQO. A su vez el color presenta elevados %
de remoción a medida que se incrementan las dosis de sulfato. Sin
embargo se debe tener en cuenta que el empleo de una dosis en exceso
de sulfato ferroso podría precipitarse en Fe (OH)3 reduciendo las
velocidades y eficiencia de remoción de la reacción.
4.1.4 Evaluación de la etapa de ajuste de pH
Esta etapa se llevó a cabo una vez finalizada la reacción fenton
mediante la adición de NaOH el cual ayuda a alcanzar un pH en torno a 7.
El incremento del pH hasta valores neutros tiene como consecuencia la
dosis optima
0
20
40
60
80
100
120
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
% R
EDU
CC
ION
CO
LOR
(P
T/C
O)
CONSUMO DE SULFATO (MG/L)
COLOR, % REMOCION VS CONSUMO DE SULFATO
Color % Remocion de color
52
aparición inmediata de precipitados rojizos de hierro de aspecto coloidal y
difícil manejo además de la eliminación de un posible exceso de peróxido;
Dicha etapa se realizó durante un tiempo de aproximadamente 60 min.
Se debe mencionar que las pruebas de esta investigación se
realizaron trabajando con un valor de pH 10, debido a que en ensayos
previos empleando pH 7 no se logró una correcta formación de los flocs
durante la etapa posterior además que al trabajar con pH 10 se mantuvo el
pH de las muestras tratadas dentro de los límites permisibles de descarga.
FIGURA 15. MUESTRA EN PH 7 FIGURA 16. MUESTRA EN PH 10
Fuente. Elaboración propia
4.1.5 Evaluación de la etapa de Coagulación y
Floculación
Una vez finalizado el ajuste del pH se realizó una coagulación y
floculación de las muestras con las dosis seleccionadas esto se efectuó
con el fin de eliminar los precipitados rojizos que se generaron previamente,
la posible materia particulada presente en el agua residual además de
53
residuos de reactivos agregados. Esta etapa precisa de un tiempo de
contacto de alrededor de 15 min.
Se debe tener en consideración que al finalizar esta etapa los flocs
generados en determinados ensayos tenían la tendencia de flotar y en otros
se sedimentaban por completo esto se debe a las dosis utilizadas tanto de
oxidantes como de coagulante y floculante.
4.1.6 Evaluación de la etapa de Decantación y Filtración
Finalmente las muestras fueron decantadas con la finalidad de
separar los precipitados generados en la etapa previa. Una vez separados
estos fueron filtrados con ayuda de papel filtro para posteriormente ser
analizados. Determinados ensayos se realizaron empleando carbón
activado el cual presento ciertas ventajas y desventajas en la investigación;
entre las ventajas tenemos mayor remoción de color y DQO en cuanto a
desventajas podemos mencionar la acidificación de las muestras hasta
valores de pH por debajo de los límites permisibles de descarga además
de suponer un gasto adicional al tratamiento ya que el carbón debe ser
renovado cada cierto tiempo de uso.
4.2 Análisis e interpretación de los resultados
4.2.1 Determinación de la dosis optima de reactivo
fenton
Inicialmente se partió del uso de la dosis estequiométrica de H2O2
obteniendo resultados desfavorables en la remoción de los contaminantes
de las muestras, se optó por realizar diversos ensayos variando las
54
dosificaciones de oxidantes, coagulantes y floculantes hasta encontrar las
mejores dosis de reactivos.
A partir de los resultados más representativos de los ensayos se
eligieron 3 pruebas teniendo en cuenta las dosis de oxidantes empleadas,
% de remoción de DQO y color alcanzados, pH final, índice de Willcomb y
tiempo de formación de los flocs. En la tabla 9 se resumen las pruebas
seleccionada para determinar la dosis optima de reactivo Fenton.
Los criterios de selección de las pruebas se basaron en la influencia
que presentaron los oxidantes en la remoción de la materia orgánica
además de la cinética de remoción de contaminantes en las diferentes
etapas del proceso. La dosis óptima de reactivo fenton escogida
corresponde a la jarra 5 presente en la prueba 2 empleando 180 mg/l de
Fe+2 y 460 mg/l de H2O2 logrando remover hasta un 82% de la DQO y 98%
del Color.
55
TABLA 9. DETERMINACION DE LA DOSIS ÓPTIMA DE REACTIVO FENTON
PRUEBA #1
Jarra
pH
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
pH
Policloruro
de Aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
pH
D.Q.O (mg/L)
%De
remoción DQO
Color
(Pt/Co)
%De
remoción color
1 3 40 210 7 500 40 6 4 Filtrado 5 684 36 290 89
2 3 80 210 7 500 40 6 4 Filtrado 5 472 56 182 93
3 3 160 210 7 500 40 6 4 Filtrado 5 240 78 160 94
4 3 180 210 7 500 40 6 4 Filtrado 5 199 81 130 95
5 3 200 210 7 500 40 6 4 Filtrado 5 197 81 80 97
PRUEBA #2
Jarra
pH
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
pH
Policloruro
de Aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
pH
D.Q.O (mg/L)
%De
remoción DQO
Color
(Pt/Co)
%De
remoción color
1 3 50 460 10 400 20 6 10 Filtrado 7.9 233 78 222 92.18
2 3 75 460 10 400 20 6 10 Filtrado 7.9 228 79 146 94.86
3 3 100 460 10 400 20 6 10 Filtrado 7.9 205 81 91 96.8
4 3 150 460 10 400 20 6 10 Filtrado 7.9 182 83 76 97.3
5 3 180 460 10 400 20 6 10 Filtrado 7.9 193 82 68 97.61
56
Fuente. Elaboración propia
PRUEBA #3
Jarra
pH
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
pH
Policloruro
de Aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
pH
D.Q.O (mg/L)
%De
remoción DQO
Color
(Pt/Co)
%De
remoción color
1 3 200 1000 10 400 20 2 8 Filtrado 7 250 77 104 96
2 3 300 1000 10 400 20 2 8 Filtrado 7 222 79 59 97
3 3 400 1000 10 400 20 2 10 Filtrado 7 184 83 53 98
4 3 450 1000 10 400 20 2 10 Filtrado 8 167 85 49 98
5 3 500 1000 10 400 20 2 10 Filtrado 7 153 86 44 98
INDICE DE WILLCOMB
0. Floculación coloidal, Ningún signo de aglutinamiento.
2. Visible. Floculación muy pequeño casi imperceptible para un observador no entrenado.
4. Disperso. Floculación bien formado pero uniforme distribuido (sedimenta muy lentamente o no sedimenta).
6. Claro. Floculación de tamaño relativamente grande pero que precipita con lentitud.
8. Bueno, Floculación que se deposita fácil pero no completamente.
10. Excelente, floculación que se deposita todo dejando el agua cristalina.
GRADIENTE DE VELOCIDAD (G – SEG – 1)
100 rpm – 60 G-SEG-1
30 rpm – 10G-SEG -1
57
GRAFICO 7. CINETICA DE REMOCION DEL COLOR EN PRUEBAS
ESCOGIDAS
Fuente. Elaboración propia
En el grafico 7 se aprecia la cinética de remoción del color de las
pruebas seleccionadas con respecto al tiempo de proceso a partir de esto
se observa que la prueba 3 alcanzo un 98% de remoción durante el
transcurso del proceso empleando mayores dosis de oxidantes, la prueba
1 logro un % de remoción inferior esto se debe al empleó de menores dosis
de oxidantes lo cual no permitió que la reacción se produjera de manera
adecuada. Finalmente la prueba 2 alcanzo un 98% de remoción del color
empleando menor dosis de oxidantes que la 3era por lo que se seleccionó
dicha prueba como la más idónea para la remoción de este parámetro en
las muestras.
Prueba Seleccionada
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
% R
EMO
CIO
N
CO
LOR
(P
T/C
O)
TIEMPO (MIN)
COLOR, % REMOCION VS TIEMPO
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 % R3 %R2 %R1
58
GRAFICO 8. INFLUENCIA DEL FE+2 EN LA REMOCIÓN DEL COLOR
EN PRUEBAS ESCOGIDAS
Fuente. Elaboración propia
En el grafico 8 se aprecia la influencia del Fe+2 en la remoción del
color de las pruebas seleccionadas. Es así como se muestra que la prueba
3 empleo mayores dosis de sulfato ferroso para llevar acabo la reacción
fenton logrando remover hasta un 98% de la concentración del color
mientras que la prueba 1 al emplear menores dosis de sulfato alcanzo un
96% de remoción. La mejor dosificación se presenta en la prueba 2 debido
a que removió un 98 % de la concentración del color empleando menores
dosis de sulfato que en pruebas anteriores evitando el uso innecesario de
mayores dosis y reduciendo costos durante el proceso.
Prueba Seleccionada
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
% R
EMO
CIO
N
CO
LOR
(P
T/C
0)
CONSUMO DE SULFATO (MG/L)
COLOR, % REMOCION VS CONSUMO DE SULFATO
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 % R1 % R2 %R3
59
GRAFICO 9. CINETICA DE REMOCION DE LA DQO EN PRUEBAS
ESCOGIDAS
Fuente. Elaboración propia
En el grafico 9 se observa la cinética de remoción de la DQO de las
pruebas seleccionadas con respecto al tiempo del proceso. .De esta
manera se aprecia que la prueba 1 logro remover un 81% de la
concentración de DQO presente en las muestras durante un tiempo de
proceso de 150 min por otra parte la prueba 3 alcanzó un 86% de remoción
de la concentración de DQO empleando mayores dosis de sulfato ferroso
que en la prueba 1 durante el mismo tiempo. La mejor dosificación se
encontró en la prueba 2 ya que removió un 82% de la DQO empleando
menores dosis de oxidantes que en pruebas anteriores durante el mismo
tiempo de proceso.
Prueba …
0
20
40
60
80
100
0
200
400
600
800
1000
1200
0 20 40 60 80 100 120 140 160
% R
EDU
CC
ION
DQ
O (
MG
/L)
TIEMPO (MIN)
DQO, % REMOCION VS TIEMPO
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 2 %R1 %R2 %R3
60
GRAFICO 13. CINETICA DE REMOCION DEL COLOR POR ETAPAS
DEL PROCESO
Fuente. Elaboración propia
En los gráficos 12 y 13 se observa la influencia del tiempo de las
diferentes etapas del proceso en la remoción de los contaminantes de la
muestra como son el DQO y Color. Una vez que la muestra fue tratada
utilizando la dosis optima de reactivo fenton, se observa que en el
transcurso del proceso los valores de DQO y Color disminuyen lo que se
traduce en una reducción de sus concentraciones logrando % de remoción
del 82 % de la DQO y 98% del Color con lo cual comprobamos el efecto
del tiempo durante cada etapa del proceso en la reducción de los
contaminantes.
4.1.1 Caracterización de la muestra tratada
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 50 100 150 200
% R
EMO
CIO
N
CO
LOR
(P
T/C
O)
TIEMPO (MIN)
COLOR, % REMOCION VS TIEMPO
color % remocion
61
En la tabla 12 se resumen los valores de los parámetros analizados
al final de la experimentación empleando Fe+2 180mg/l y H2O2 460mg/l, en
comparación con los límites máximos permisibles establecidos por la
norma de descarga de efluentes a un cuerpo de agua dulce.
La DQO y DBO5 presentaron reducciones de su concentración en
un 82% y 83% respectivamente. El color redujo un 98%, los sólidos
suspendidos un 99.9 %, los aceites y grasas un 75%.
A pesar de la adición de sulfato ferroso a la muestra la
concentración de Fe+2 logro reducirse en un 95.4% en cuanto a los demás
metales analizados como son Ni y Cr+6 sus % de reducción fueron de 84.1%
y 70 % respectivamente. Los valores de los parámetros mencionados
anteriormente se encuentran dentro de los límites permisibles de descarga
presentes en el Acuerdo Ministerial 097-A correspondiente a la descarga
de efluentes a un cuerpo de agua dulce. Es importante tener en cuenta que
los sólidos totales de la muestra superan los límites permisibles de
descarga. Por ello se recomienda el uso de carbón activado que permitirá
reducir su valor dentro de los rangos permitidos.
62
GRAFICO 10. INFLUENCIA DEL FE+2 EN LA REMOCIÓN DE LA DQO
DE LAS PRUEBAS ESCOGIDAS
Fuente. Elaboración propia
En el grafico 10 se observa la influencia del sulfato ferroso en la
remoción de la DQO de las pruebas seleccionadas. La prueba 1 removió
un 81% de la concentración de DQO empleando dosis de hasta 200 ppm
de Fe+2 y 210 ppm H2O2, la prueba 3 utilizo mayores dosis de oxidantes de
hasta 500 ppm de sulfato y 1000 ppm H2O2 logrando una reducción del
86% de la DQO. Finalmente la prueba 2 removió un 82% de la
concentración de DQO al aplicar dosis de hasta 180 ppm de sulfato y 460
de H2O2.
Debido a esto dicha prueba se escogió como la más idónea, es
importante tener en consideración que en pruebas anteriores los % de
remoción alcanzados fueron mayores como es el caso de la prueba 3 o se
emplearon menores dosis de reactivos como en la prueba 1 pero además
Prueba Seleccionada 0
20
40
60
80
100
0
200
400
600
800
1000
1200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
% R
EMO
CIO
N
DQ
O (
MG
/L)
CONSUMO DE SULFATO (MG/L)
DQO, % REMOCION VS CONSUMO DE SULFATO
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 %R3 %R2 %R1
63
de las dosis de oxidantes también se consideraron otros factores como son
el pH final de las muestras tratadas que en algunos casos fueron inferiores
a los máximos permisibles de descarga.
Otro factor fue el índice de Willcomb de las pruebas el cual
determina las características de los flocs obtenidos en los distintos ensayos
el cual alcanzó un valor de 10 lo que significa que la floculación obtenida
fue excelente y se depositó totalmente dejando el agua completamente
cristalina además también se consideró el tiempo de formación de los floc
durante la etapa de coagulación y floculación.
En la tabla 10 se resumen los valores de la DQO y del Color con
sus respectivos % de remoción obtenidos de la prueba 2 con respecto al
tiempo de acción de las diferentes etapas del proceso. A partir de esta tabla
se determina el % de remoción de los contaminantes que presento cada
etapa del proceso.
64
TABLA 10. REMOCIÓN DE DQO DURANTE LAS DISTINTAS ETAPAS DEL PROCESO
Fuente. Elaboración propia
Etapas del proceso
JARRA 1 JARRA 2 JARRA 3 JARRA 4 JARRA 5
DQO (mg/l)
%
Remoción
DQO (mg/l)
%
Remoción
DQO (mg/l)
%
Remoción
DQO (mg/l)
%
Remoción
DQO (mg/l)
%
Remoción
Acidificación
1075
0
1075
0
1075
0
1075
0
1075
0
Oxidación
512
52
501
53
451
58
440
59
420
61
489
54
479
55
430
60
420
61
401
63
Ajuste de pH
407
62
399
63
358
67
350
67
334
69
Coagulación y
Floculación
305
72
298
72
268
75
262
76
250
77
Decantación y
Filtración
233
78
228
79
205
81
200
81
191
82
65
GRAFICO 11. REMOCION DE LA DQO EN LAS DIFERENTES ETAPAS
DEL PROCESO
Fuente. Elaboración propia
La grafica 11 representa la remoción de la DQO de los diferentes
ensayos presentes en la prueba 2 de la cual se seleccionó la mejor muestra
con respecto al tiempo del proceso. Se observa que elevadas dosis de
oxidantes logran mayor remoción de la DQO, la influencia del tiempo en
las distintas etapas del proceso es similar ya que a medida que transcurre
este se incrementan los % de remoción. Se observa mayor remoción de la
DQO en la jarra 5 al emplear dosis de 180 mg/l de sulfato ferroso y 460mg/l
de peróxido de hidrogeno en un tiempo de 150 min.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0
20
40
60
80
100
0
200
400
600
800
1000
1200
% R
EDU
CC
ION
DQ
O (
MG
/L)
TIEMPO (MIN)
DQO, % REMOCION VS TIEMPO
jarra1 jarra2 jarra3 jarra4 jarra5
%R1 %R2 %R3 %R4 %R5
66
TABLA 11. CINETICA DE OXIDACION DEL EFLUENTE TEXTIL
Etapas del proceso
D.Q.O (mg/L)
%
Remoción
Color
(Pt/Co)
%
Remoción
Tiempo (min)
Acidificación
1075
0
2840
0
0
Oxidación
420
61
146
95
30
401
63
122
96
60
Neutralización
334
69
75
97
90
Coagulación y Floculación
250
77
63
98
120
Decantación y Filtración
191
82
51
98
150
Fuente. Elaboración propia
En la tabla 11 se resume el seguimiento de la evolución de la DQO
como parámetro de calidad del agua residual tratada obtenida durante la
aplicación del proceso fenton en la jarra 5 esto nos proporciona información
sobre la mineralización de la materia orgánica presente además de
englobar la transformación de unas especies químicas a otras con
diferentes grados de oxidación las especies que aportan DQO se pueden
agrupar en una fracción más fácilmente oxidable y otra más resistente a
este tratamiento. Como es de esperarse por ensayos anteriores la
oxidación de la materia orgánica tiene lugar con una elevada relación de
peróxido de hidrogeno respecto del hierro adicionado.
67
GRAFICO 12. CINETICA DE REMOCION DE LA DQO POR ETAPAS
DEL PROCESO
Fuente. Elaboración propia
GRAFICO 13. CINETICA DE REMOCION DEL COLOR POR ETAPAS
DEL PROCESO
Fuente. Elaboración propia
0
20
40
60
80
100
0
200
400
600
800
1000
1200
0 50 100 150 200
% R
EDU
CC
CIO
N
DQ
O (
MG
/L)
Tiempo (MIN)
DQO ,% REMOCION VS TIEMPO
dqo % remocion de Dqo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 50 100 150 200
% R
EMO
CIO
N
CO
LOR
(P
T/C
O)
TIEMPO (MIN)
COLOR, % REMOCION VS TIEMPO
color % remocion
68
TABLA 12. CARACTERIZACIÓN FINAL DE LA MUESTRA
Parámetros
Expresado
como
Unidad
Resultados
Límites Máximos
Permisibles
Potencial de Hidrogeno pH 7.01 6 - 9.
Color
Color real
Pt/Co
51
Inapreciable en dilución:
1/20
Demanda Bioquímica de
Oxigeno (5 días)
D.B.O.5
mg/l
98
100
Demanda Química de
Oxigeno
D.Q.O.
mg/l
191
200
Solidos suspendidos
SST
mg/l
5
130
Solidos totales
ST
mg/l
4515
1600
Aceites y grasas
Solubles hexano
mg/l
2
30
Hierro
Fe
mg/l
0.05
10
Cadmio
Cd
mg/l
<0.02
0.02
Níquel
Ni
mg/l
0.001
2
Cromo Hexavalente
Cr+6
mg/l
0.003
0.5
Fuente. (Laboratorios de aguas petróleo y medio ambiente de la Facultad de
Ingeniera Química, 2016)
En el grafico 14 se observa los valores de la caracterización tanto
inicial como final de la muestra con respecto a los límites máximos
permisibles de descarga. A partir de los parámetros seleccionados se
observa elevadas concentraciones de DQO, Color, DBO5 y Solidos
69
suspendidos de la muestra inicial. Después de aplicar el proceso fenton se
observa una gran reducción de estas concentraciones los cuales se
encuentran dentro de los límites establecidos por la normativa 097.
GRAFICO 14. CARACTERIZACION TOTAL DE LA MUESTRA
Fuente. Elaboración propia
En la figura 17 se muestra el aspecto visual de las muestras durante
el transcurso de las diferentes del proceso partiendo de la muestra inicial,
muestra con dosis optima de reactivo fenton, muestra durante el ajuste pH,
finalmente filtrada y lista para ser descargada en los cuerpos de agua dulce.
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
2700
3000
Color DBO 5 D.Q.O. S. Suspendidos Aceites y grasas
CARACTERIZACION DE LA MUESTRA
Muestra Inicial Muestra tratada Maximos permisibles
70
FIGURA 17. ASPECTO VISUAL DE LAS MUESTRAS DURANTES LAS
DISTINTAS ETAPAS DEL PROCESO
Fuente. Elaboración propia
71
DISCUSION
Partiendo de los datos obtenidos de la investigación denominada:
Degradación de un efluente textil real mediante procesos fenton y foto-
fenton (Jurado, 2009), se los compara con los valores obtenidos en la
presente investigación empleando un efluente textil sintético.
Ambas investigaciones utilizaron el proceso fenton con el objetivo
de reducir la materia orgánica de las muestras. La reacción fenton tuvo
lugar trabajando a pH acido en ambos casos debido a una mayor
producción de radicales hidroxilos.
El empleo de un exceso de peróxido sobre la dosis de sulfato hizo
que la reacción fenton se produzca correctamente logrando reducir los
contaminantes. Es importante tener en consideración que las dosis de
oxidantes empleadas en la presente investigación fueron menores a las
utilizadas en el efluente real lo cual representa menores costes durante el
tratamiento.
De los resultados obtenidos de los muestras tratadas podemos
mencionar que el proceso fenton elimino la materia orgánica que se
encontraba presente alcanzando % de reducción del 70% de la DQO y 96%
del color en el efluente real en cuanto al efluente sintético se logró un 82%
de reducción de la DQO y un 98% del color, en ambas investigaciones los
sólidos suspendidos presentaron un % de remoción del 99.9%.
72
Se atribuye mayores % de remoción de DQO y Color al efluente
sintético debido al empleo de una etapa de coagulación y floculación en la
cual se eliminaron los precipitados rojizos producidos durante el ajuste de
pH.
En ambos casos las muestras finales no pueden ser reutilizadas en
un 100% ya que en el efluente real el contenido de hierro sobrepasa los
límites de descarga en cuanto al efluente sintético el contenido de solidos
totales se encuentra fueras de los máximos permisibles de descarga por lo
que se plantea el uso de carbón activado para su reducción y completa
descarga.
73
CONCLUSIONES
Dentro de los procesos de oxidación avanzada el proceso fenton
presenta gran potencial como tecnología alterna en el tratamiento de
aguas residuales textiles debido a su capacidad de generar radicales
hidroxilos que eliminan significativamente los compuestos orgánicos
refractarios como son los colorantes además de otros contaminantes
característicos de este tipo de efluentes.
De los resultados obtenidos en la investigación para el tratamiento
de un efluente textil sintético se concluye que el empleo de la dosis
estequiométrica de peróxido no mejora la remoción de materia
orgánica a pesar de que un exceso de peróxido produce gran
cantidad de radicales hidroxilos. La dosis optima de reactivo fenton
determinada durante los ensayos fue Fe2+ 180 mg/L y H2O2 460
mg/L; trabajando a pH acido (pH 3) alcanzando % de remoción
elevados. Dichas concentraciones de reactivos lograron
reducciones hasta un 82% de la DQO y 98% del color en un tiempo
de 150 min a temperatura ambiente además de eliminar un 99.9%
del Fe+2 y solidos suspendidos de la muestra. Haciendo que el
tratamiento resulte más eficiente en la degradación de
contaminantes ya que generalmente el tiempo de proceso se sitúa
entre 120 y 240 min con un % de remoción del 80% de la materia
orgánica.
74
El análisis posterior de las características fisicoquímicas realizado al
agua residual indica una gran reducción de las concentraciones de
los parámetros analizados alcanzando valores de 98 mg/L de DQO,
191 mg/L de DBO, 5 mg/L de solidos suspendidos, 98 Pt/Co de color,
2 mg/L de aceites y grasas referente a los metales analizados se
obtuvo valores de 0.05 mg/L de Fe+2, 0.001 mg/L de Ni y 0.003 mg/L
de Cr+6 luego de aplicar el proceso fenton. Dichos valores se
encuentran dentro de los límites permisibles de descarga de
efluentes a un cuerpo de agua dulce cumpliendo de esta manera con
lo establecido por el Acuerdo Ministerial 097-A.
Finalmente se concluye que el proceso fenton es factible para el
tratamiento de aguas residuales que contengan altas cargas
contaminantes no biodegradables debido al poder oxidativo que
presenta la reacción fenton en condiciones acidas y con una
dosificación especifica. Alcanzando altas eficiencias de remoción de
los parámetros analizados logrando remover hasta un 82 % de DQO,
83% de DBO. El color se redujo en un 98%, los sólidos suspendidos
un 99.9 %, aceites y grasas un 75%. La concentración de Fe+2 se
redujo en un 95.4% en cuanto al Ni y Cr+6 sus % de reducción fueron
de 84.1% y 70 % respectivamente.
75
RECOMENDACIONES
Se recomienda trabajar con efluentes reales provenientes de
industrias textiles con el objetivo de comprobar la rentabilidad del
tratamiento aplicado además de la posibilidad de reutilizar este tipo
de efluentes una vez han sido tratados.
Es aconsejable realizar un escalamiento piloto con el fin de
determinar de manera precisa la influencia de las variables
operacionales.
Se recomienda el estudio y análisis de las características químicas
de los productos intermedios y finales que puedan ser generados en
el tratamiento correspondiente a los complejos de hierro, para evitar
concentraciones remanentes en el sistema, aporte de coloración
amarillenta y toxicidad del agua tratada.
Se recomienda el uso de carbón activado para la reducción de una
mayor concentración de colorantes y solidos totales de la muestra
teniendo en cuenta el coste elevado de este y su reutilización un
cierto número de veces. Una alternativa de bajo coste al uso de
carbón activado seria su producción a partir de residuos de la propia
industria textil.
Se recomienda el uso del proceso fenton aplicado a otras fuentes de
contaminación o tipos de colorantes. Logrando así que el tratamiento
se utilice en efluentes que no sean textiles aplicando las condiciones
determinadas en esta investigación.
76
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ANEXOS
ANEXO 1. LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA
DULCE
Fuente. (Registro oficial No 387, 2015)
ANEXO 2. PARÁMETROS DE MONITOREO DE LAS DESCARGAS
INDUSTRIALES
Fuente. (Registro oficial No 387, 2015)
ANEXO 3. MÉTODO 10212 DEMANDA DE OXIGENO QUÍMICA UHR (250 -
15000 MG/L DQO)
Fuente. (Procedure Manual HACH DR-2800, 2013)
ANEXO 4. METODO 8025: PLATINUM-COBALT STANDARD METHOD1.
RANGO 15 A 500 UNIDADES.
Fuente. (Procedure Manual HACH DR-2800, 2013)
ANEXO 5. RESULTADOS DE ANALISIS FISICO QUIMICOS DE LA
MUESTRA INICIAL
Fuente. (Laboratorios de aguas petróleo y medio ambiente de la Faculta de Ingeniera
Química, 2016)
ANEXO 6. RESULTADOS DE ANALISIS DE METALES PESADOS DE LA
MUESTRA INICIAL
Fuente. (Grupo Químico Marcos, 2016)
ANEXO 7. RESULTADOS DE ANALISIS FISICO QUIMICOS DE LA
MUESTRA FINAL
Fuente. (Laboratorios de aguas petróleo y medio ambiente de la Faculta de Ingeniera
Química, 2016)
ANEXO 8. REGISTRO FOTOGRÁFICO
Fotografía 1. Reactivos para elaboración
del efluente
Fuente. Elaboración propia
Fotografía 2. Proceso de Aclarado
Fuente. Elaboración propia
Fotografía 3. Tela después del proceso de
Aclarado
Fuente. Elaboración propia
Fotografía 4. Proceso de Jabonado
Fuente. Elaboración propia
Fotografía 5. Tela después del Proceso de
jabonado
Fuente. Elaboración propia
Fotografía 6. Agua Textil Sintética
Fuente. Elaboración propia
ANEXO 9. RESULTADOS OBTENIDOS EN LOS DIFERENTES TEST DE JARRAS.
Test de jarra #1
Vol. de muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante
ppm
Ajuste de pH
(NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones Efluente tratado
Tiempo de floculación : 10 min Velocidad : 40 rpm
Tiempo de sed: 7 min
Jarra
pH
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
pH
Policloruro
de Aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
pH
D.Q.O (mg/L)
%De
remoción DQO
Color
(Pt/Co)
%De
remoción Color
1 3 200 5000 7 400 10 2 2 filtrada 5 3648 - 186 93.5
2 3 400 10000 7 400 10 2 2 filtrada 5 3229 - 155 94.5
3 3 600 15000 7 400 10 2 2 sin filtrar 5 2810 - 124 95.6
4 3 800 20000 7 400 10 2 2 sin filtrar 5 2391 - 93 96.7
5 3 1000 25000 7 400 10 2 2 sin filtrar 5 1972 - 62 97.8
Test de jarra #2
Vol. de muestra 1000ml
Acidificación (H2SO4)
Dosis del oxidante ppm Ajuste de
pH (NaOH)
Dosis de coagulante y floculante ppm
Observaciones
Efluente Tratado Tiempo de floculacion : 10 min
Velocidad : 40 rpm Tiempo de sed: 7 min
Jarra pH Sulfato ferroso
Peroxido de
hidrogeno pH
Policloruro de Aluminio
Floculante Tiempo de
formacion del floc (min)
Indice de Wilcomb
Filtracion pH D.Q.O (mg/L)
%De remoción
DQO
Color (Pt/Co)
% Remoción de Color
1 3 200 2300 7 400 10 6 2 filtrada 5 2500 0 215 92
2 3 400 2300 7 400 10 6 2 filtrada 5 2200 0 193 93
3 3 600 2300 7 400 10 6 2 filtrada 5 1750 0 184 94
4 3 800 2300 7 400 10 6 2 filtrada 5 1110 0 176 94
5 3 1000 2300 7 400 10 6 2 filtrada 5 980 9 152 95
Test de jarra #3
Vol. de muestra 1000ml
ACIDIFICACIÓN (H2SO4)
DOSIS DEL OXIDANTE ppm
AJUSTE DE PH
(NaOH)
DOSIS DE COAGULANTE Y FLOCULANTE ppm
Observaciones
Efluente Tratado Tiempo de floculacion : 10 min
Velocidad : 40 rpm Tiempo de sed: 7 min
Jarra pH Sulfato ferroso
Peroxido de
hidrogeno pH
Policloruro de
Aluminio Floculante
Tiempo de formacion del
floc (min)
Indice de Wilcomb
Filtracion pH D.Q.O (mg/L)
%De remoción
DQO
Color (Pt/Co)
% Remoción de Color
1 3 200 5000 7 400 10 6 2 filtrada 5 3648 0 186 93
2 3 200 2300 7 400 10 6 2 filtrada 5 2500 0 215 92
3 3 200 1000 7 400 10 6 2 filtrada 5 250 77 104 96
4 3 200 500 7 400 10 6 2 filtrada 5 215 80 198 93
5 3 200 450 7 400 10 6 2 filtrada 5 200 81.4 160 94
Test de jarra #4
Vol. de
muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante
ppm
Ajuste de pH
(NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones Efluente tratado
Tiempo de floculación : 10 min Velocidad : 40 rpm
Tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
Ph
Policloruro
de Aluminio
Floculante
Tiempo de formación
del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
D.Q.O (mg/L)
%De
remoción DQO
Color
(Pt/Co)
%De
remoción Color
1 2 24 190 8 400 10 no hubo formacion 6 sin filtrar 5 - - - -
2 2 32 190 8 400 10 no hubo formacion 6 sin filtrar 5 - - - -
3 2 36 190 8 400 10 no hubo formacion 7 sin filtrar 6 - - - -
4 2 40 190 8 400 10 no hubo formacion 6 sin filtrar 5 - - - -
5 2 48 190 8 400 10 no hubo formacion 6 sin filtrar 5 - - - -
Test de jarra #5
Vol. De muestra 1000ml
Acidificación (H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de Ph (NaOh)
Dosis de coagulante y floculante ppm
Observaciones
Efluente tratado Tiempo de floculación : 10 min
velocidad : 40 rpm tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
Ph
Policloruro de aluminio
Floculante
tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
Dqo
(mg/l)
%de
remoción Dqo
Color
(pt/co)
%De
remoción Color
1 3 200 42 7 500 40 6 4 filtrada 5 472 56.1 280 90.1
2 3 200 84 7 500 40 6 4 filtrada 5 260 75.8 194 93.2
3 3 200 106 7 500 40 6 4 filtrada 5 254 76.4 181 93.6
4 3 200 126 7 500 40 6 4 filtrada 5 248 76.9 167 94.1
5 3 200 168 7 500 40 6 4 filtrada 5 244 77.3 134 95.3
Test de jarra #6
vol. de
muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de
pH (NaOh)
dosis de coagulante y
floculante ppm
observaciones Efluente tratado Tiempo de floculación : 10
min Velocidad : 40 rpm Tiempo de sed: 7 min
Jarra
pH
Sulfato ferroso
Peróxido de hidrogeno
pH
Policloruro
de Aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
pH
D.Q.O (mg/L)
%De
remoción DQO
Color
(Pt/Co)
%De
remoción Color
1 4 160 42 8 600 30 1 6 filtrada 5 348 68 220 92.3
2 4 160 126 8 600 30 1 6 filtrada 5 284 74 211 92.6
3 4 160 210 8 600 30 1 6 filtrada 5 296 72 205 92.8
4 4 180 210 8 600 30 1 6 filtrada 5 252 77 231 91.9
5 4 200 210 8 600 30 1 6 filtrada 5 208 81 271 90.5
Test de jarra #7
Vol. De muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de
pH (NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones
Efluente tratado Tiempo de floculación : 10 min
velocidad : 40 rpm tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido de hidrogeno
Ph
Policloruro de aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
Dqo
(mg/l)
%de
remoción Dqo
Color
(pt/co)
%De
remoción Color
1 4 128 104 8 500 40 4 6 carbon activado 5 340 68 260 90.8
2 4 160 104 8 500 40 4 6 carbon activado 5 248 77 238 91.6
3 4 192 104 8 500 40 4 6 carbon activado 5 144 87 156 94.5
4 4 208 104 8 500 40 4 6 carbon activado 5 118 89 152 94.6
5 4 224 104 8 500 40 4 6 carbon activado 5 92 91 148 94.8
Test de jarra #8
Vol. De muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de
pH (NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones
Efluente tratado Tiempo de floculación : 10 min
velocidad : 40 rpm tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
Ph
Policloruro de aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
Dqo
(mg/l)
%de
remoción Dqo
Color
(pt/co)
%De
remoción Color
1 4 160 920 8 400 26 4 6 carbon activado 5 252 77 56 98.0
2 4 176 920 8 400 26 4 6 carbon activado 5 156 86 50 98.2
3 4 184 920 8 400 26 4 6 carbon activado 5 138 88 45 98.4
4 4 192 920 8 400 26 4 6 carbon activado 5 120 89 23 99.2
5 4 208 920 8 400 26 4 6 carbon activado 5 112 90 19 99.3
Test de jarra #9
Vol. De muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de
pH (NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones
Efluente tratado Tiempo de floculación : 10 min
velocidad : 40 rpm tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
Ph
Policloruro de aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
Dqo
(mg/l)
%de
remoción Dqo
Color
(pt/co)
%De
remoción Color
1 4 124 84 9 500 40 4 6 carbon activado 5 143 87 145 94.89
2 4 128 84 9 500 40 4 8 carbon activado 5 116 89 124 95.63
3 4 158 84 9 500 40 4 6 carbon activado 6 113 89 118 95.85
4 4 160 84 9 500 40 4 6 carbon activado 5 128 88 60 97.89
5 4 192 84 9 500 40 4 6 carbon activado 5 109 90 113 96.02
Test de jarra #10
Vol. De muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de
pH (NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones
Efluente tratado Tiempo de floculación : 10 min
velocidad : 40 rpm tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
Ph
Policloruro de aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
Dqo
(mg/l)
%de
remoción Dqo
Color
(pt/co)
%De
remoción Color
1 4 128 126 10 400 40 4 10 carbon activado 5 277 74 103 96.37
2 4 160 126 10 400 40 4 8 carbon activado 5 184 83 95 96.65
3 4 176 126 10 400 40 4 8 carbon activado 5 105 90 72 97.46
4 4 192 126 10 400 40 4 10 carbon activado 5 97 91 122 95.7
5 4 224 126 10 400 40 4 8 carbon activado 5 91 92 86 96.97
Test de jarra #11
Vol. De muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de
pH (NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones
Efluente tratado Tiempo de floculación : 10 min
velocidad : 40 rpm tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
Ph
Policloruro de aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
Dqo
(mg/l)
%de
remoción Dqo
Color
(pt/co)
%De
remoción Color
1 3 200 500 10 400 20 2 8 filtrada 7.5 215 80 198 93.03
2 3 300 500 10 400 20 2 10 filtrada 7.5 186 83 78 97.25
3 3 350 500 10 400 20 2 10 filtrada 7.5 179 84 72 97.46
4 3 400 500 10 400 20 2 10 filtrada 7.5 173 84 66 97.68
5 3 500 500 10 400 20 2 10 filtrada 7.5 153 86 17 99.4
Test de jarra #12
Vol. De muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de
pH (NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones
Efluente tratado Tiempo de floculación : 10 min
velocidad : 40 rpm tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
Ph
Policloruro de aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
Dqo
(mg/l)
%de
remoción Dqo
Color
(pt/co)
%De
remoción Color
1 3 180 460 10 400 20 4 10 filtrada 7.5 176 88 79 97.22
2 3 400 500 10 400 20 4 10 filtrada 7.5 160 85 69 97.57
3 3 450 450 10 400 20 4 10 filtrada 7.5 125 82 58 97.96
4 3 500 400 10 400 20 4 10 filtrada 7.5 121 88 72 97.46
5 3 570 300 10 400 20 4 10 filtrada 7.5 132 89 91 96.8
Fuente. Elaboración propia
Test de jarra #13
Vol. De
muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de Ph (NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones
Efluente tratado Tiempo de floculación : 10 min
velocidad : 40 rpm tiempo de sed: 7 min
Jarra
Ph
Sulfato ferroso
Peróxido de hidrogeno
Ph
Policloruro de aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
Ph
Dqo
(mg/l)
%de
remoción Dqo
Color
(pt/co)
%De
remoción Color
1 3 50 460 10 400 20 6 10 filtrada 7.9 233 78 222 92.18
2 3 75 460 10 400 20 6 10 filtrada 7.9 228 79 146 94.86
3 3 100 460 10 400 20 6 10 filtrada 7.9 205 81 91 96.8
4 3 150 460 10 400 20 6 10 filtrada 7.9 182 83 76 97.3
5 3 180 460 10 400 20 6 10 filtrada 7.9 193 82 68 97.61
TEST DE JARRA #14
Vol. de
muestra 1000ml
Acidificación
(H2SO4)
Dosis del oxidante ppm
Ajuste de Ph
(NaOh)
Dosis de coagulante y
floculante ppm
Observaciones EFLUENTE TRATADO
Tiempo de floculación : 10 min Velocidad : 40 rpm
Tiempo de sed: 7 min
Jarra
pH
Sulfato ferroso
Peróxido
de hidrogeno
pH
Policloruro
de Aluminio
Floculante
Tiempo de
formación del floc (min)
Índice de Wilcomb
Filtración
pH
D.Q.O (mg/L)
%De
remoción DQO
Color
(Pt/Co)
%De
remoción Color
1 3 180 460 10 450 20 6 10 filtrada 7.95 175 83 75 97.36
2 3 180 460 10 450 20 6 10 filtrada 7.89 173 84 73 97.43
3 3 190 460 10 450 20 6 10 filtrada 7.84 167 85 66 97.67
4 3 200 460 10 450 20 6 10 filtrada 7.73 162 85 54 98.1
5 3 200 460 10 450 20 6 10 filtrada 7.69 152 86 40 98.59
ANEXO 10. HOJAS DE DATOS DE SEGURIDAD DE REACTIVOS
UTILIZADOS EN LA INVESTIGACIÓN
Hoja de datos del ácido sulfúrico
Fuente. (CISPROQUIM, 2005)
Hoja de datos de seguridad del Peróxido de Hidrogeno (50%)
Fuente. (Productos químicos Sydney S.A, 2012)
Hoja de datos de seguridad del Sulfato ferroso
Fuente. (International Programme on Chemical Safety, 2015)