universidad nacional agraria de la selva · 2019-05-22 · universidad nacional agraria de la selva...
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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA
FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
INFORME FINAL
MODELO DE CELDA ELECTROCOAGULACIÓN PARA LA DISMINUCIÓN
DE LA DBO DEL LACTOSUERO DE LA PLANTA PILOTO DE LECHE LA
MOLINA
EJECUTOR : MANRIQUE GUERRA, Luis Antonio
ASESOR : Ing. PAREDES SALAZAR, José Luis
CO-ASESORA : Mg. HUAMAN PAREDES, Elsa Flora (UNALM)
LUGAR : Laboratorio de Tesis de la Facultad de Ciencias - UNALM
FECHA : 02 de Abril – 03 de Julio 2018
Tingo María - Perú
2019
ÍNDICE GENERAL
Página
I. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 1
1.1. Justificación ......................................................................................... 2
1.2. Objetivo generaL .................................................................................. 3
1.2.1. Objetivos específicos ................................................................. 3
II. REVISIÓN DE LITERATURA……………………………………………….….4
2.1. Industria láctea……………………………...……………………………...4
2.2. Producción de leche fresca en el mundo…………………………………4
2.3. Industria láctea en el Perú ................................................................. 5
2.3.1. Producción anual de leche fresca en el Perú…….…………..….7
2.3.2. Producción anual de queso fresco en el Perú………...………….9
2.3.3. Lactosuero ............................................................................ 10
2.4. Métodos de tratamiento de aguas residual industriales ................... 12
2.4.1.Tipos de tratamiento de aguas residuales………………..……..13
2.4.2. Tratamiento electroquímico……………………………..……….13
2.4.3. Electroquímica ....................................................................... 13
2.5.Reacciones químicas del hierro y aluminio en la
electrocoagulación………………………………….………………..25
2.6. Diseño de una celda de electrocoagulación..................................... 27
2.7. Ventajas y desventajas de la electrocoagulación ............................. 28
2.8. Antecedentes de electrocoagulación de industria láctea ................. 30
2.9. Marco legal ...................................................................................... 32
2.9.1. Valores Máximos Admisibles (VMA)…….………………...……32
2.10. Optimización .................................................................................. 33
2.10.1. Superficie de respuesta……..………………………..………34
2.10.2.Metodologia de superficie de
respuesta………………………………………………………..35
2.11. Demanda bioquimica de oxigeno………..……………………………40
III. MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................. 41
3.1. Lugar de ejecución .......................................................................... 41
3.2. Material experimental ...................................................................... 42
3.2.1. Aspectos generales de la Planta Piloto de Leche La
Molina………. ......................................................................... 42
3.3. Materiales y equipos ....................................................................... 43
3.4. Metodología .................................................................................... 44
3.4.1. Medición de parámetros fisicoquímicos del lactosuero residual
antes y después de la electrocoagulación con la muestra pura
y diluida al 25%.................. ................................................. 44
3.4.2. Construcción y operación de un modelo de celda de
electrocoagulación. ............................................................. 48
3.4.3. Determinación del máximo porcentaje de disminución de DBO
del lactosuero residual con la muestra pura y diluida al 25%
............................................................................................ 51
3.4.4. Comparación de la disminución de la DBO con la normativa
nacional vigente .................................................................. 51
IV. RESULTADOS ....................................................................................... 52
4.1. Caracterización del lactosuero residual antes y después de la
electrocoagulación .......................................................................... 52
4.1.1. Medición de parámetros fisicoquímicos antes de la
electrocoagulación con la muestra pura ........................... 52
4.1.2. Medición de parámetros fisicoquímicos antes de la
electrocoagulación con la muestra diluida al 25% ............ 53
4.1.3. Medición de parámetros fisicoquímicos después de la
electrocoagulación con la muestra pura ............................. 53
4.1.4. Medición de parámetros fisicoquímicos después de la
electrocoagulación con la muestra diluida al 25% .............. 54
4.1.5. Demanda Bioquímica de Oxigeno antes y después de la
electrocoagulación .............................................................. 55
4.2. Construcción de un modelo de celda de electrocoagulación a escala
de laboratorio………. ....................................................................... 58
4.3. Determinación del máximo porcentaje de disminución de la DBO del
lactosuero con la muestra pura y diluida al 25% ............................. 59
4.3.1. Porcentajes de disminución de DBO con la muestra
pura…………. ........................................................................ 59
4.3.2. Porcentajes de disminución de DBO con la muestra diluida al
25%............ ............................................................................ 59
4.3.3. Análisis estadístico para disminución de DBO con la muestra
pura………… ........................................................................ 61
4.3.4. Análisis estadístico para disminución de DBO con la muestra
diluida al 25%.................. ..................................................... 63
4.4. Comparación de los resultados de la disminución de la DBO del
lactosuero con la normativa nacional vigente ................................. 66
V. DISCUSIÓN ............................................................................................. 68
VI. CONCLUSIONES ................................................................................... 73
VII. RECOMENDACIONES .......................................................................... 74
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................... 75
IX. ANEXOS ................................................................................................. 80
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro Página
01. Producción de leche fresca en el Perú…………………..………………………8
02. Producción anual de queso fresco en el Perú…………………………………9
03. VMA para descarga de agua residual no domestico en el sistema de
alcantarillado…………………..………………………………………………...33
04. Número de tratamientos en los diseños……………..…………………………38
05. Niveles y denominacion del Diseño compuesto central (DCC)………….…..39
06. Niveles codificados del Diseño central compuesto (DCC)……………..…….39
07. Matriz de diseño composicion central……………………………….…………39
08. Niveles máximos y mínimos de variables………………………………………45
09. Niveles del diseño central compuesto (DCC)………………...……………….46
10. Niveles codificados del Diseño central compuesto (DCC)………….....……..46
11. Número de valores de tratamientos para los factores en un DCC en el
proceso de electrocoagulación…………………………..…………………….47
12. Medición de parámetros fisicoquímicos antes de electrocoagulación con la
muestra pura……………………………………………..………………………52
13. Medición de parámetros fisicoquímicos antes de electrocoagulación diluida
al 25% ………………………………………………………………………….53
14 . Medición de parámetros fisicoquímicos después de electrocoagulación con
la muestra pura ………………………………………….….…………………..53
15. Medición de parámetros fisicoquímicos después de electrocoagulación con
la muestra diluida al 25%.............................................................................54
16. Medición de DBO antes y después de electrocoagulación de lactosuero
residual con la muestra pura………………………………...…………………55
17. Medición de DBO antes y después de electrocoagulación de lactosuero
residual con la muestra diluida al 25%.........................................................56
18.Características técnicas del modelo de celda de
electrocoagulación………………………………………………..……58
19. Porcentajes de disminución de DBO con la muestra pura……………………59
20 . Porcentajes de disminución de DBO con la muestra diluida al 25%.............59
21. Regresión múltiple para disminución de DBO (%)………………….…………61
22. Análisis de varianza…………………………………………………..………….61
23. Regresión múltiple para disminución de DBO (%)…….………….…………..63
24. Análisis de varianza………………………………………………..…………….64
25. Comparación de VMA y EC muestra pura…………………..…………………66
26. Comparación de los VMA y EC con dilución al 25%......................................67
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura Página
01. Producción mundial de leche fresca ………………………………………...….5
02. Producción nacional de leche 2002 - 2015.................................................... 8
03 . Producción anual de queso fresco en el Perú………………………………...10
04 . Sistema de electrocoagulación…………………………………………..…….14
05 . Mecanismo de coagulación de partículas coloides……………………..……15
06 . Reacción de óxido - reducción………………………………………………….17
07. Esquema de celda de electrocoagulación……………………………………..19
08 . Dimensiones de una celda de electrocoagulación……………………………24
09. Diagrama del equipo de electrocoagulación…………………………………..25
10. Disposición de los electrodos en los reactores tipo Bach…….……………....28
11 . Modelo de superficie de respuesta…………………………………………….34
12. Superficies de respuesta……………………………………….………………..36
13 . Representación y construcción de los DCC……………….……….………….37
14. Ubicación del laboratorio de tesis…………..…………………………..………41
15 . Planta Piloto de Leche la Molina………………………….…………………….42
16 . Flujograma de procesos de producción……………………………………….43
17 . Flujograma para proceso de electrocoagulación……………………………..49
18. Comportamiento de la DBO antes y después de la EC con la muestra
pura………………………………………………………..……………..……….56
19. Comportamiento de la DBO antes y después de la EC con la muestra diluida
al 25%..........................................................................................................57
20 . Comparación de disminución de DBO (%)……………….……………………60
21. Gráfica de superficie respuesta para disminución de DBO
(%)……………………………………………………..………………………….62
22 . Gráfica de contornos para disminución de DBO (%)………………..………..63
23. Gráfica de superficie respuesta para disminución de DBO……………..…..65
24. Gráfica de contornos para disminución de DBO (%)…….……………………66
25.Comparación del VMA con la electrocoagulación del
lactosuero………………….……………………………………………….……67
26. Planta Piloto de Leche La Molina……………………………………………….89
27. Proceso de elaboración de queso - Planta Piloto de Leche…………...…..…89
28. Recoleccion de muestra de lactosuero residual……………………….…..….90
29.Acondicionamiento de la celda de electrocoagulación……………………..…90
30.Acondicionamiento de placas de hierro y aluminio…………………………….91
31. Ensamblado de soporte y celda de electrocoagulación…………….……...…91
32. Prueba de contacto eléctrico de las placas con multitester………………..…92
33. Operación de la celda de electrocoagulación…………………………...….....92
34. Operación de la celda a los 10 minutos………………………….…………..…93
35. Operación de la celda a los 30 minutos………..……………………………....93
36. Filtrado de muestra después de la electrocoagulación…………………….…94
37. Medición de parámetros fisicoquímicos…………..…………………………...94
38. Medición de DBO después de la electrocoagulación……………………..…..95
39. Muestras de lactosuero en incubación ( DBO)………………………………...95
1
I. INTRODUCCIÓN
Hoy en día la humanidad se enfrenta a una de las mayores
problemáticas del siglo XXI, y es la necesidad de proveer agua para una
creciente población mundial, se requiere satisfacer las demandas de agua
potable, de aguas de riego y de agua para la industria (RESTREPO, 2006).
La industria láctea representa una de las principales fuentes de
contaminación de los recursos hídricos, ya que en sus procesos de producción
se utiliza aproximadamente entre 8 - 35 L de agua/kg de leche recibida
(GARCES, 2008). El lactosuero es la sustancia liquida obtenida por separación
de coagulo de leche en la elaboración de queso (ABAIGAR, 2009). Representa
alrededor de 90% del peso de la leche utilizada para la elaboración del queso.
Este residuo corresponde al efluente que más contaminación provoca la industria
láctea, por lo que contienen restos de productos lácteos y productos químicos
(ZAMORA, 2011). Del 90 al 95 % aproximadamente de la Demanda Bioquímica
de Oxigeno (DBO) presente en las aguas residuales de la industria láctea, se
debe a la pérdida de leche o productos lácteos en los procesos de elaboración
(ARANGO, 2007).
El consumo descontrolado y los altos niveles de contaminación del
recurso agua, han dado lugar a la investigación de diversas tecnologías con el
fin de reducir la carga orgánica e inorgánica que se encuentran presentes en las
2
aguas residuales, una de ella es la electrocoagulación, proceso en el cual son
desestabilizadas las partículas de contaminantes que se encuentran
suspendidas, emulsionadas o disueltas en un medio acuoso, induciendo
corriente eléctrica en el agua a través de placas metálicas paralelas de diversos
materiales, siendo el hierro y el aluminio los más utilizados (CHEN, 2004).
1.1. Justificación
La actual situación de las industrias lácteas demanda el uso de
grandes cantidades de agua en sus diferentes procesos, esto hace que se
elimine grandes cantidades de aguas residuales, contaminando diferentes
cursos de agua, por lo cual es de importancia el tratamiento de estas aguas
contaminadas por métodos que satisfagan las necesidades de nuevo uso, como
son aguas de regadío, aguas para agricultura, etc.
Dentro de los tipos de efluentes que vierte esta industria
encontramos que el lactosuero (suero de queso), es uno de los que presenta
valores altos de DBO, sus valores fluctúan en el rango de los 3000 mg/L y 6000
mg/L (ARANGO, 2007). Debido a que es muy rico en lactosa y proteínas
(caseína), el suero de queso es conocido como un subproducto de la industria
láctea (ERGUDER, 2000). Actualmente, la Planta Piloto de Leche la Molina
desarrolla procesos de elaboración de yogurt, leche embolsada y queso; y tienen
proyectado seguir ampliando sus instalaciones para la producción de otros
productos lácteos. Sin embargo, aún no cuenta con una alternativa de sistema
de tratamiento de lactosuero residual como subproducto de la elaboración de
queso, la cual es motivo de la realización de esta práctica pre profesional. Ante
3
la problemática descrita anteriormente, uno de los métodos no tradicionales pero
efectivos es el método electroquímico de electrocoagulación, la cual es una
tecnología de poca aplicación en el país, que tiene como ventajas no usar
coagulantes como el sulfato de aluminio, así como polímeros sintéticos los
cuales encarecen los costos del tratamiento.
1.2. Objetivo general
- Evaluar la disminución de la Demanda Bioquimica de Oxigeno (DBO) del
lactosuero de la planta piloto de leche La Molina mediante un modelo de
celda de electrocoagulación a escala de laboratorio.
1.2.1. Objetivos específicos
- Medir los parámetros fisicoquímicos del lactosuero antes y después de la
electrocoagulación con la muestra pura y con una dilución al 25%.
- Construir y operar un modelo de celda de electrocoagulación a escala de
laboratorio.
- Determinar el máximo porcentaje de disminución de DBO con la muestra
pura y con una dilución al 25%.
- Comparar los resultados de electrocoagulación del lactosuero con la
normativa nacional vigente (Valores Maximos Admisibles).
4
II. REVISIÓN DE LITERATURA
2.1. Industria láctea
La industria láctea representa una de las industrias que generan
mayor impacto ambiental ya que tiene alto consumo de agua y energía en sus
procesos, además por la generación de aguas residuales con alto contenido
orgánico, y de menor importancia son las emisiones de gases y partículas a la
atmósfera. Pero estos aspectos puede diferir entre unas instalaciones y otras en
función de factores como el volumen de producción, equipamiento, planes de
limpieza, sensibilización de los empleados, etc (RESTREPO, 2006).
La composición de estas aguas incluye sustancias orgánicas
disueltas como la lactosa, sales minerales y suspensiones coloidales de
proteínas, presenta valores de DBO entre 6000 – 10000 mg/L, el consumo de
agua en las industrias lácteas oscila entre 8.0 – 35 L/kg de leche (GARCES,
2008).
2.2. Producción de leche fresca en el mundo
De acuerdo con las estadísticas de la Organización de las Naciones
Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), durante el año 2014 la
producción mundial de leche fresca de vaca ascendió a 652.4 millones de
toneladas, la misma que se encuentra distribuida en 197 países, siendo Estados
5
Unidos el principal productor, con 93.5 millones de toneladas, que representa el
14.3% de la producción mundial de leche fresca. En segundo y tercer lugar se
ubica la India y China, con una cuota de participación de 10.2% y 5.7%
respectivamente del total mundial (MINAGRI, 2017).
Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación
y la Agricultura (FAO, siglas en inglés), el ganado vacuno aporta el 83% de la
producción lechera mundial, seguido por los búfalos con el 13%, las cabras con
el 2% y las ovejas con el 1%; mientras que, los camellos producen solamente el
0.3% (MINAGRI, 2017).
Figura 01. Producción mundial de leche fresca
Fuente: MINAGRI (2017)
2.3. Industria láctea en el Perú
La industria de láctea en el Perú está caracterizada por los productos
principales que producen sus establecimientos: leche pasteurizada, leche
6
evaporada, mantequilla, manjar blanco, queso, cremas y yogurt (MINAGRI,
2017).
1) Leche pasteurizada
Leche apta para el consumo humano resultante de su exposición a
altas temperaturas, y enfriamiento rápidamente, con lo cual se eliminan
bacterias. Antes de ser pasteurizada, la leche se somete a pruebas de calidad,
además de ser higienizada y homogenizada.
2) Leche evaporada
Se obtiene de la eliminación parcial del agua de la leche entera o
desnatada. Su elaboración supone el tratamiento térmico para garantizar la
estabilidad e inocuidad bacteriológica de la leche.
3) Mantequilla
Es una especie de emulsión de la grasa de la leche y del agua, la
cual se obtiene por el batido de la crema.
4) Manjar blanco
Es un producto obtenido por concentración mediante el
sometimiento al calor a presión normal, en todo o en parte del proceso, de la
leche cruda, leches procesadas aptas para la alimentación con el agregado de
azúcares y, eventualmente, otros ingredientes o aditivos.
5) Queso
Es un producto cuyo contenido es fundamentalmente caseína y
grasa. La elaboración del queso se basa en la coagulación de la caseína de la
7
leche por la acción enzimática del cuajo o por la de bacterias lácticas. Tras la
obtención de la cuajada, se le somete a goteo para eliminar el suero. Se procede
después a un calentamiento, que acelera la coagulación y la obtención de un
producto más seco.
6) Yogurt
Se obtiene a partir de la fermentación de la leche. Dependiendo del
tipo de producto final o materia prima utilizada, la leche pasa por un proceso
previo de pasteurización. Luego de la fermentación, el producto estará listo para
su consumo, añadiéndose otros ingredientes como colorantes para alimentos,
saborizantes o trozos de alimentos.
2.3.1. Producción anual de leche fresca en el Perú
De acuerdo al IV Censo Nacional Agropecuario del año 2012, la
población de ganado bovino totalizó 5.2 millones de cabezas, de las cuales 2.0
millones corresponden a vacas, que representan el 39.8% del total de la
población bovina. Según el propósito de crianza, el 74.8% de la población de
vacas está orientada únicamente a la producción de leche, la misma que es
generada por ganado criollo (63.0% del total de vacas) y ganado de raza Holstein
(11.8% del total de vacas) (MINAGRI, 2017).
Asimismo, la pequeña producción ocupa un lugar importante en el
mercado de leche fresca, no sólo en términos de la cantidad de productores, sino
también por su participación en la producción total, ya que el 39.4% de la
producción de leche proviene de los hatos de menos de 10 cabezas de ganado.
En tanto, los hatos de más de 49 cabezas de ganado generan el 23% de la
producción de leche fresca (MINAGRI, 2017).
8
Cuadro 01. Producción de leche fresca en el Perú
Region
2005 2010 2015
Miles de tonelad
as
participacion (%)
Miles de tonelad
as
participacion (%)
Miles de tonelad
as
participacion (%)
Sur 376.3 28.3 396.5 23.6 374.9 19.8 Arequipa 333.4 25.1 355 21.2 335.5 17.7 Moquegua 18.4 1.4 15.3 0.9 15.9 0.8 Tacna 24.6 1.8 26.2 1.6 23.5 1.2 Norte 336 25.3 404.1 24.1 470.4 24.8 Cajamarca 246.5 18.5 303.4 18.1 345 18.2 La Libertad 89.5 6.7 100.6 6 125.4 6.6 Centro 290.1 21.8 368.3 21.9 441.7 23.3 Lima 249.9 18.8 306.9 18.3 342.8 18.1 Junin 20.9 1.6 31.1 1.9 47.9 2.5 Ica 19.2 1.4 30.3 1.8 51 2.7 Otras regiones 327 24.6 509.5 30.4 608.1 32.1 TOTAL 1329.3 100 1678.4 100 1895.1 100
Fuente: MINAGRI (2017)
Figura 02. Producción nacional de leche 2002 - 2015
Fuente: MINAGRI (2017)
9
2.3.2. Producción anual de queso fresco en el Perú
Según la Asociación de Ganaderos del Perú, la producción de queso fresco en el Perú tiene la tendencia a seguir
incrementándose su producción de acuerdo al cuadro descrito a continuación (MINAGRI, 2017):
Cuadro 02. Producción anual de queso fresco en el Perú
Producción anual de queso fresco (Tn)
Año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Total
2000 - - - 164 183 184 176 212 199 194 211 181 1704 2001 166 166 172 173 174 171 155 158 172 190 185 185 2067 2002 200 189 225 225 213 216 203 212 201 197 212 249 2542
2003 200 191 235 212 189 195 269 181 238 345 216 263 2734
2004 344 330 335 321 286 337 330 342 351 341 355 363 4035 2005 369 376 330 297 326 304 298 291 297 307 286 310 3791 2006 313 315 332 312 323 319 325 346 356 365 360 372 4038 2007 339 369 339 388 377 407 394 413 378 412 585 442 4843 2008 548 482 628 629 645 649 644 625 643 666 611 644 7414 2009 506 512 554 542 545 512 412 397 416 396 416 398 5606 2010 433 398 501 449 444 458 437 420 448 491 460 472 5411
2011 535 528 558 534 506 465 453 498 673 532 490 560 6332
2012 561 671 485 466 470 484 472 475 450 478 489 484 5986 2013 455 447 484 465 465 473 486 477 455 801 456 452 5915 2014 502 495 527 529 503 466 514 472 480 518 501 502 6011 2015 523 507 535 544 549 555 545 527 539 562 557 531 6474 2016 563 555 585 598 525 583 537 541 511 560 550 556 6664
Fuente: MINAGRI (2017)
10
Figura 03. Producción anual de queso fresco en el Perú
Fuente: MINAGRI (2017)
2.3.3. Lactosuero
El lactosuero es definido como la sustancia liquida obtenida por
separación de coagulo de leche en la elaboración de queso (ABAIGAR, 2009).
Representa alrededor de 90% del peso de la leche utilizada para la elaboración
del queso. Este residuo corresponde al efluente que más contaminación provoca
en las queserías si no se tiene un aprovechamiento posterior. Por ello es
aconsejable que estos sueros no sean vertidos directamente al cauce o
depuradoras, pues provocarían un enorme incremento de DBO y DQO
(ARANGO, 2007).
2.3.3.1. Composición química del lactosuero
Su composición varía dependiendo del origen de la leche y el tipo de
queso elaborado, pero en general el contenido aproximado es de 93.1% de agua,
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000P
rod
ucc
ion
de
qu
eso
fre
sco
(Tn
)
Años
Producción anual de queso fresco en el Perú (Tn)
11
4.9% de lactosas, 0.9% de proteína cruda, 0.6% de cenizas (minerales), 0.3%
de grasa. Cerca del 70% de proteína cruda que se encuentra en el suero
corresponde a proteínas con un valor nutritivo superior al de la caseína, la lactosa
es el mayor componente del suero lácteo después del agua, es el principal soluto
del suero con aproximadamente el 71%, el segundo componente en importancia
de los solutos son las proteínas que constituyen del 9 al 11% (ARANGO, 2007).
2.3.3.2. Usos del lactosuero
Debido a los grandes volúmenes de lactosuero que se producen
cada año y la alta concentración de materia orgánica que contiene, se busca
alternativas para la utilización de este residuo industrial o alguno de sus
componentes utilizándose como aditivos en la fabricación de diversos productos
como alimento para ganado o infantes, algunas bebidas, helados, postres,
yogurt, productos de panificación, sin embargo las altas concentraciones de
lactosa y sales minerales evitan su uso generalizando del suero en la
alimentación de uso humano (RESTREPO, 2006).
El suero es considerado en general, como un subproducto molesto
de difícil aprovechamiento. Debido a su capacidad contaminante, con una
Demanda Bioquimica de Oxigeno (DBO) de 3000 a 6000 mg/L y al valor nutritivo
de los componentes del suero, en todo el mundo se han realizado considerables
esfuerzos dirigidos a su aprovechamiento tanto en el ámbito tecnológico como
las políticas gubernamentales que alteren o presionen a las industrias a hacer
uso del subproducto evitando que sea vertido al seno de recursos acuíferos
donde resulta altamente perjudicial para el medio ambienta y también para sus
demás componentes como la flora y fauna (RONDA, 2000).
12
2.3.3.3. Eliminación anual de lactosuero
La producción de lactosuero a nivel mundial genera más de 145
millones de toneladas por año, a pesar de diferentes posibilidades de la
utilización de lactosuero, aproximadamente la mitad del producido a nivel
mundial es descartado sin tratamiento (RESTREPO, 2006).
2.4. Métodos de tratamiento de aguas residual industriales
Las aguas residuales industriales se generan como consecuencia de
los diversos y complejos procesos de la actividad industrial en sus diferentes
rubros de produccion. La diversidad de las aguas residuales industriales puede
ser muy grande (aguas de proceso, limpieza, refrigeración, etc.), ya que pueden
contener contaminantes de naturaleza muy diferente. La mayor parte de los
procesos industriales utilizan el agua de una u otra manera, y una vez utilizada
debe ser tratada mediante diferentes métodos tantos físicos, químicos y
biológicos; antes de ser vertida al medio natural o a la red de alcantarillado
(CHEN, 2004).
2.4.1. Tipos de sistemas de tratamiento de aguas residuales
1) Por tipo de proceso
- Procesos físicos
Remoción de material en suspensión, rejillas, trituradores,
sedimentador primario, espesadores y filtración (RESTREPO, 2006).
- Procesos químicos
Aplicación de productos químicos para la eliminación o
conversión de los contaminantes. Precipitación, adsorción y desinfección
(RESTREPO, 2006).
13
- Procesos biológicos
Se llevan a cabo gracias a la actividad biológica de los
microorganismos. Eliminación de las sustancias orgánicas
biodegradables presentes, eliminación del N, P y producción de gases
(COLLAZOS, 2008). Como su nombre indica, los tratamientos biológicos
de aguas residuales se basan en el empleo de microorganismos,
fundamentalmente bacterias para su depuración(ARNAIZ, 2000).
2.4.2. Tratamiento electroquímico
La electroquímica es una parte de la química que se dedica a
estudiar las reacciones asociadas con la corriente eléctrica que circula en un
circuito. El tratamiento consiste en hacer pasar una corriente directa a través de
dos electrodos que pueden ser de aluminio, cobre, hierro, titanio, grafito, acero,
platino, entre otros, sumergidos en el efluente a tratar (COLLAZOS, 2008).
2.4.3. Electroquímica
La electroquímica es el estudio del intercambio entre química y la
energía eléctrica. Las reacciones químicas producen efectos eléctricos y a su
vez los fenómenos químicos son ocasionados por la acción de corrientes o
voltajes, las tecnologías electroquímicas más utilizadas en el tratamiento de
aguas residuales son: electrodeposición, electroflotación, electrooxidación y
electrocoagulación (ZAMORA, 2011).
2.4.3.1. Electrocoagulación
La coagulación asistida electroquímicamente, o electrocoagulación
(EC), es un proceso electroquímico en el que a partir de compuestos
procedentes de la disolución de un ánodo, se agrupa la materia coloidal existente
14
en un agua residual, posibilitando su conversión en sólidos suspendidos, y su
separación del agua mediante técnicas convencionales de separación
sólido/líquido tales como la decantación, flotación y filtración (RESTREPO,
2006).
Figura 04. Sistema de electrocoagulación
Fuente: MORALES (2010)
El término coágulo se refiere a las reacciones que suceden al
agregar un reactivo químico (coagulante) en el agua originado productos
insolubles, la coagulación comienza al agregar el coagulante al agua para volver
fácil la adherencia entre sus partículas; funciona creando una reacción química
eliminando las cargas negativas que causan que las partículas se repelen entre
si como la coagulación convencional (COLLAZOS, 2008). Actualmente la
electrocoagulación se ha vuelto a considerar como una alternativa viable en el
15
tratamiento de efluentes líquidos, cobrando un importante interés científico e
industrial (RESTREPO, 2006).
Figura 05. Mecanismo de coagulación de partículas coloides
Fuente: COLLAZOS (2008)
2.4.3.1.1. Principio de electrocoagulación
La electrocoagulación es una técnica utilizada para el tratamiento de
las aguas residuales. Los contaminantes de muy diversos efluentes son
removidos aplicando el principio de coagulación, pero en este caso no se hace
uso de un coagulante químico cuya función es llevada a cabo por corriente
eléctrica que es aplicada al medio líquido contaminado (CHEN, 2004).
Podemos entonces definir la electrocoagulación como un proceso
en el cual son desestabilizadas las partículas de contaminantes que se
encuentran suspendidas, emulsionadas o disueltas en un medio acuoso,
16
induciendo corriente eléctrica en el agua a través de placas metálicas paralelas
de diversos materiales, siendo el hierro y el aluminio los más utilizado
(RESTREPO, 2006).
La electrocoagulación es un proceso electroquímico que separa
simultáneamente metales pesados, sólidos en suspensión, compuestos
orgánicos emulsionados y otros muchos contaminantes del agua utilizando la
electricidad en lugar de reactivos químicos. Los fangos producidos durante el
tratamiento se separan posteriormente por filtración, decantación o flotación.
(CHATURVEDI, 2013).
Los principios electroquímicos residen en las reacciones REDOX
que se describen a continuación (NANSEU, 2009):
1) Reacciones de redox
- Son reacciones de óxido-reducción, que ocurren mediante transferencia
de electrones. La reacción redox electroquímica posee las siguientes
características:
- Son reacciones en sistemas heterogéneos: ocurren en una interface
conductor sólido – disolución, donde ésta puede tener naturaleza acuosa
o no, puede ser una membrana.
- Estan fuera del equilibrio: dependen del tiempo ya que las
concentraciones de las especies que participan cambian con éste en las
cercanías de la interface.
- Son unidireccionales: el intercambio de electrones va de una especie
hacia la otra, por medio de conductores, y fluye del ánodo al cátodo.
17
Figura 06. Reacción de óxido- reducción
Fuente: NANSEU (2009)
Un proceso de electrocoagulación involucra tres etapas sucesivas
(KABDASH, 2012):
- Formación de los coagulantes por oxidación electrolítica del
electrodo de sacrificio (ánodo).
- Desestabilización de los contaminantes, partículas suspendidas y
rompimiento de la emulsión.
- Agregación de las fases desestabilizadoras para formar flóculos.
2.4.3.1.2. Mecanismos del proceso de electrocoagulación
En la electrólisis ocurren una serie de procesos físicos y químicos
que permiten la remoción de los contaminantes. Estos procesos se pueden
describir de la siguiente manera: En los electrodos ocurren una serie de
reacciones que proporcionan iones tanto positivos como negativos. El ánodo
18
provee iones metálicos. A este electrodo se le conoce como electrodo de
sacrificio, ya que la placa metálica que lo conforma se disuelve, mientras la placa
que forma el cátodo permanece sin disolverse (RESTREPO, 2006).
Los iones producidos cumplen la función de desestabilizar las cargas
que poseen las partículas contaminantes presentes en el agua. Cuando estas
cargas se han neutralizado los sistemas que mantienen las partículas en
suspensión desaparecen, permitiendo la formación de agregados de los
contaminantes e iniciando así el proceso de coagulación. Los iones que proveen
los electrodos desencadenan un proceso de eliminación de contaminantes que
se puede dar por dos vías: la primera por reacciones químicas y precipitación y
la segunda procesos físicos de agregación de coloides, que dependiendo de su
densidad pueden flotar o precipitar (CHATURVEDI, 2013).
Las reacciones más importantes que pueden sufrir las partículas de
contaminantes son: hidrólisis, electrólisis, reacciones de ionización y formación
de radicales libres. Estas reacciones cambian las propiedades del sistema agua-
contaminantes, que conlleva a la eliminación de la carga contaminante del agua
(RESTREPO, 2006).
A diferencia de la coagulación química, proceso en el cual el
coagulante es adicionado al sistema como agente químico, en la
electrocoagulación el coagulante es formado in situ mediante las reacciones
dadas por la disolución de iones del metal que conforma el electrodo de sacrificio.
Como se explicó anteriormente, la producción de iones metálicos se da en el
19
ánodo y son los iones que por oxidación electrolítica, dan origen a la sustancia
química que hace las veces de coagulante (RESTREPO, 2006).
Se considera que en el proceso de electrocoagulación intervienen
tres etapas: inicialmente se forma el coagulante por oxidación electrolítica del
metal del ánodo, luego se da la desestabilización de los contaminantes y
emulsiones y, finalmente, se produce la formación de flóculos por agregación de
partículas del contaminante o adsorción de éstas en el coagulante
(CHATURVEDI, 2013).
Figura 07. Esquema de celda de electrocoagulación
Fuente: CHATURVEDI (2013)
2.4.3.1.3. Factores que afectan el proceso de electrocoagulación
1) Voltaje
El potencial aplicado determina las especies predominantes en la
reacción que se lleva a cabo en el ánodo. El voltaje es directamente proporcional
al costo energético y puede variar por factores como la conductividad de la
20
solución, la distancia entre los electrodos, el material y la geometría de los
mismos (CHEN, 2004).
2) Densidad de corriente
Este parámetro determina la velocidad de metal electroquímico que
se dosifica al agua y la densidad electrolítica de las burbujas producidas. Las
fuentes literarias reportan un amplio rango de densidades de corrientes
aplicadas entre 1-100 mA/cm2 dependiendo del caso en estudio (KABDASH,
2012). La fuente de corriente en el sistema de electrocoagulación determina la
cantidad de iones Al3+ o Fe2+ liberados de los respectivos electrodos. Sin
embargo, cuando se utiliza corriente demasiado grande, hay una alta
probabilidad de perder energía eléctrica en el calentamiento del agua. Aun mas
importante, una densidad de corriente demasiado grande daría lugar a una
disminución significativa de la eficiencia. Para que el sistema de
electrocoagulación funcione por un periodo de tiempo largo sin mantenimiento,
se sugiere que la densidad de corriente debe ser de 20-25 A/m2 a menos que
se disponga de medidas para una limpieza periódica de la superficie de los
electrodos. La selección de la densidad de corriente se debe hacer en función
de otros parámetros de funcionamiento tales como el pH y la temperatura, así
como también del caudal para asegurar una alta eficacia de corriente (CHEN,
2004).
3) Efecto del pH
El pH del agua o agua residual en la electrocoagulación son
reflejados por la eficiencia de la corriente, así como la solubilidad de los
hidróxidos del metal. Cuando hay iones cloruro presentes, la liberación de cloro
21
también es afectado. En general se encuentra que la eficacia de corriente usando
electrodos de aluminio son más altas en cualquier medio ácido o alcalino que en
un medio neutro. El funcionamiento del tratamiento depende de la naturaleza de
los agentes contaminantes con una mejor remoción del agente contaminador
encontrado cerca de un pH 7. El consumo de energía es, sin embargo, más alto
para un pH neutro debido a la variación de la conductividad. Cuando la
conductividad es alta, el efecto del pH no es significativo. El pH del efluente
después del tratamiento de la electrocoagulación aumentará para efluentes
ácidos pero disminuirá para efluente alcalinos. Éste es una de las ventajas de
este proceso. El aumento de pH a condiciones ácidas es atribuido a la evolución
del hidrógeno en los cátodos (CHEN, 2004).
4) Temperatura
Si bien la electrocoagulación ha estado por más de 100 años, el
efecto de la temperatura en esta tecnología no ha sido muy investigado. Pero se
ha encontrado que la eficiencia de la corriente se incrementa inicialmente hasta
llegar a 60 °C, punto donde se hace máxima para luego decrecer. El incremento
de la eficiencia con la temperatura esta atribuida al incremento en la actividad de
destrucción de la película de óxido de aluminio en la superficie del electrodo
(COLLAZOS, 2008).
5) Conductividad
Un incremento en la conductividad eléctrica genera a su vez un
incremento en la densidad de corriente. Cuando se mantiene constante el voltaje
alimentado a la celda de electrocoagulación y adicionalmente el incremento de
la conductividad, manteniendo la densidad de corriente constante, se produce
22
una disminución del voltaje aplicado. El cloruro de sodio (NaCl) es habitualmente
empleado para incrementar la conductividad de las aguas o aguas residuales
para ser tratados (KABDASH, 2012).
6) Tipo de electrolito y concentración
El cloruro de sodio (NaCl) es generalmente empleado para
incrementar la conductividad de las aguas residuales que se tratan. La
conductividad del agua residual afecta la producción Farádica, el voltaje de la
celda y por lo tanto el consumo de energía en la celda de electrocoagulación.
Además, el incremento de la conductividad del agua usando NaCl tiene otras
ventajas; por ejemplo, los aniones cloruro pueden reducir significativamente los
efectos adversos de otros aniones, tales como el HCO3 - y SO4 2-. De hecho, la
existencia de aniones carbonato pueden conducir a la precipitación de iones
Ca2+. Estos iones pueden formar una capa de aislamiento en la superficie del
cátodo, que puede aumentar la resistencia óhmica de la celda electroquímica.
Inversamente, una cantidad excesiva de NaCl induce un consumo excesivo de
los electrodos de aluminio debido a la corrosión por picaduras; la disolución del
aluminio puede llegar a ser irregular (KABDASH, 2012).
7) Tipo de electrodo y arreglo
En la mayoría de los estudios reportados en la literatura científica, el
aluminio (Al), fierro (Fe), acero dulce y electrodos de acero inoxidable se han
utilizado como materiales para los electrodos. La eficiencia de los electrodos
depende de su potencial estándar de reducción. En términos económicos y
disponibilidad, las láminas de aluminio y hierro son las más empleadas. Además,
según estudios realizados se observó que la electrocoagulación fue superior con
23
electrodos de aluminio en comparación con electrodos de acero. Esto fue
atribuido a la formación in situ de complejos dispersados de hidróxido de aluminio
por la hidrólisis del ión aluminato, lo que no ocurre al emplear electrodos de acero
(COLLAZOS, 2008).
8) Tiempo
El tiempo de residencia, a mayor valor, mayor es la cantidad de
sólidos formados, debido a que se favorece tanto los procesos de electrodos
como la floculación y precipitación de los sólidos. Se producen más gases, que,
al ascender, llevan las partículas de óxido a la superficie en forma de espuma y
a su vez promueve el crecimiento de los flóculos y su posterior precipitación. Un
pequeño cambio del tiempo representa una gran influencia en la cantidad de
sólidos obtenidos. Sin embargo, estos mismos autores señalan que sus
variaciones resultan estadísticamente menos significativas que las variaciones
de pH, ya que éste, está muy vinculado a la constante del producto de solubilidad
(Kps) la cual debe de disminuir al elevarse el mismo, lo que significa que los
sólidos son más insolubles y por tanto se obtiene una mayor precipitación de los
mismos en la medida que el pH aumenta (NANSEU, 2009).
2.4.3.1.4. Reactores para procesos de electrocoagulación
Los reactores para la electrocoagulación pueden clasificarse en
primera instancia como reactores tipo Bach o reactores de sistema continuo. La
selección de uno de estos tipos de reactor depende de las características del
contaminante y de su concentración, así como de las cantidades de agua
residual a tratar (RESTREPO, 2006).
24
1) Tipo Bach:
El reactor que se utiliza para realizar la electrocoagulación en una
operación por Bach, en su forma más simple, está formado por una celda
electroquímica con un ánodo y un cátodo dispuestos en forma vertical y
conectada a una fuente de energía . El material anódico se corroe eléctricamente
debido a la oxidación, mientras que el cátodo permanece pasivo (ARANGO,
2007).
2) Zonas del proceso de electrocoagulación
- Zona de reacción: Donde están sumergidos los electrodos y se
produce el proceso de electrocoagulación.
- Zona de Sedimentación: Donde precipitan los lodos
sedimentables.
- Zona de Flotación: Donde se acumulan los lodos productos de la
flotación.
Figura 08. Dimensiones de una celda de electrocoagulación
Fuente: RESTREPO (2006)
25
2.4.3.1.5. Fuente de poder
Se utiliza en las pruebas permite regular la cantidad de corriente
suministrada a la celda para el proceso de electrocoagulación, un ejemplo puede
ser una fuente de poder de una capacidad de suministrar hasta 12 amperios y
un voltaje de 0 a 32 V, los cuales se podrán monitorear con medidores
analógicos de amperaje y voltaje. Para el suministro de corriente continua a los
electrodos se utiliza cables de uso eléctrico y cocodrilos para conectarlos a las
placas de fierro y aluminio (ARANGO, 2007).
Figura 9. Diagrama de un equipo de electrocoagulación
Fuente: ARANGO (2007)
2.5. Reacciones químicas del hierro y aluminio en la
electrocoagulación
En el caso del hierro es usado para el tratamiento de aguas
residuales. Las reacciones químicas que se llevan a cabo en el ánodo son los
siguientes (CHEN, 2004):
26
1) Cuando el hierro (Fe) es el ánodo
- Para ánodo de Hierro:
Fe -2 → Fe2+ (1)
En condiciones alcalinas:
Fe 2+ + 2OH - → Fe (OH)2 (2) En condiciones acidas:
4 Fe 2+ + O2 + 2 H2O → 4 Fe 3+ + 4 OH - (3)
La electrolisis del agua produce oxigeno e hidrogeno de la siguiente forma
2 H2O + 4e → O2 + 4 H + (4)
- En el cátodo es:
2 H2O + 2e → H2 + 2 OH - (5)
2) Cuando el aluminio (Al) es el ánodo
Cuando el aluminio actúa como ánodo las reacciones son las
siguientes:
- En el ánodo:
Al(s) → Al+3 + 3e- (6)
Al+3 (ac) + 3H2O → Al(OH)3 (s) + 3H+ (ac) (7)
nAl(OH)3 (s) → Aln(OH)3 n(s) (8)
- En el cátodo:
3H2O + 3e- → 3H2(g) + 3OH (9)
Los procesos de precipitación forman el Al(OH)3(s), como se
muestra en la reacción de ánodo. El Al(OH)3(s) es una sustancia amorfa de
carácter gelatinoso, que expone una gran área superficial con propiedades
absorbentes y que es propicia para los procesos de adsorción y atracción de las
partículas contaminantes (NANSEU, 2009).
27
2.6. Diseño de una celda de electrocoagulación
En la actualidad no existe una metodología definida para el diseño y
construcción de un equipo de electrocoagulación. Sim embargo se deben ternen
cuenta un aspecto de naturaleza física y química que garanticen un buen
desempeño y construcción del equipo. A continuación, se describen las
consideraciones más importantes (ARANGO, 2007):
- Diseño de prototipo
- Electrodos para electrocoagulación
El material anódico se corroe eléctricamente debido a la oxidación,
mientras que el cátodo permanece pasivo, los electrodos más modernos son
fabricados de titanio con una pequeña capa de óxidos de metales nobles, sin
embargo, los materiales más comúnmente utilizados son el aluminio y el hierro
ya que estos presentan un alto potencial estándar de reducción, esto quiere decir
que con estos metales se puede obtener una mayor eficiencia en el proceso de
electrocoagulación de acuerdo a los contaminantes que se requiere eliminar o
reducir (ARANGO, 2007).
- Numero de electrodos
La presencia de más o menos electrodos determinara la mayor o
menor presencia de iones que puedan desestabilizar el agua residual, mas no
por esto pondremos mayor número de electrodos, ya que al aumentar su número
disminuiremos la distancia entre estos, ocasionando atascamientos por las
deposiciones de compuestos en estos, que dificultaran el paso de la corriente,
limitaran el espacio para una correcta agitación (auto agitación producto de la
circulación de iones) (KABDASH, 2012).
28
Figura 10. Disposición de electrodos en los reactores tipo Bach
Fuente: KABDASH (2012)
En su forma más simple, un reactor electroquímico está compuesto
por una celda electrolítica con un ánodo y un cátodo conectados a una fuente
potencia externa, allí el ánodo esta electroquímicamente corroído debido a la
oxidación mientras que el cátodo estará sujeto a pasivación (COLLAZOS, 2008).
2.7. Ventajas y desventajas de la electrocoagulación
2.7.1. Ventajas (ARANGO, 2007)
- Los costos de operación son menores que los de procesos
convencionales usando polímeros.
- Requiere de equipos simples y fáciles de operar, con la suficiente
libertad operacional para manejar los problemas encontrados en su
funcionamiento.
- Puede generar aguas potables, incoloras e inodoras.
29
- Elimina requerimientos de almacenamiento y uso de productos
químicos.
- Genera lodos más compactos y en menor cantidad, que involucra
menor problemática de disposición de estos lodos.
- Los flóculos formados por la electrocoagulación son similares a los
producidos químicamente, pero más grandes, contienen menos
agua ligada, más estables y pueden ser separados rápidamente
por filtración.
- Ausencia de magnesio en los lodos por la no utilización de éste en
el proceso.
- Alta efectividad en la remoción de un amplio rango de
contaminantes.
- Purifica el agua y permite su reciclaje.
- Reduce la contaminación en los cuerpos de agua.
- Produce efluentes con menor cantidad de SDT comparado con los
tratamientos químicos, si esta agua se reúsa, los bajos niveles de
SDT contribuye a bajos costos de tratamiento de aguas.
- Remueve las partículas coloidales más pequeñas, ya que el campo
eléctrico aplicado las pone en movimiento más rápidamente
facilitando la coagulación.
2.7.2. Desventajas
- Reposición de los electrodos de sacrificio.
- Los lodos contienen concentraciones de hierro y aluminio,
dependiendo del material del electrodo utilizado.
- El uso de electricidad puede ser costoso en muchos lugares.
30
- Una película de óxido impermeable puede formarse en el cátodo
que lleva a la pérdida de eficiencia del proceso.
2.8. Antecedentes de electrocoagulación de industria láctea
TROMPETTE (2009), analizo la influencia de los electrolitos soporte
en la oxidación de electrodos de aluminio y la variación del pH durante la
electrocoagulación de una muestra de leche sin desnatar, una emulsión de aceite
de corte, evaluando la remoción de (DQO) y la disminución de la turbidez.
Encontraron que los iones de cloro y amonio fueron beneficiosos en la corrosión
del aluminio y en la regulación del pH, mientras que los cationes de sodio
tuvieron un rol neutral. La electrocoagulación se realizó a un potencial anódico
bajo.
DARCHEN (2010), estudio el tratamiento de efluentes de la industria
láctea por electrocoagulación usando electrodos de aluminio. La
experimentación fue llevada a cabo sobre un agua residual artificial derivada de
una solución de leche en polvo. Los flóculos generados durante este tratamiento
fueron separados por filtración, el análisis del filtrado mostró que la demanda
química de oxígeno (DQO), se redujo al 61%, mientras que la reducción de los
contenidos de fósforo y nitrógeno y la disminución de la turbiedad, fueron de
89.81 % y 100% respectivamente. Un tratamiento análogo aplicado a soluciones
de fosfato y lactosa, revelaron que la lactosa no fue eliminada, lo que podría
explicar la baja disminución de DQO.
GURAY (2008), estudio el tratamiento electroquímico de aguas
residuales de suero desproteinizado. A través de corridas en lote determinaron
que el material apropiado para el electrodo era el hierro a raíz de su alta remoción
31
de la demanda química (DQO) y de su alta remoción de turbidez. Optimizaron
las condiciones del tratamiento electroquímico a través de una metodología con
superficie de respuesta, donde el voltaje aplicado fue mantenido en un rango y
la concentración de electrolito fue minimizada, la concentración de los residuos
y el porcentaje de remoción de DQO fueron maximizados a 25°C. Las
condiciones óptimas fueron estimadas a 11.29V, 100% concentración del agua
residual (40 g/L lactosa) y una concentración de electrolito de 19.87 g/L que
alcanzó una remoción de 29.27% DQO.
SENGIL (2006), estudio el tratamiento de aguas residuales de la
industria láctea usando electrodos de acero dulce y hierro. Investigaron la
electrocoagulación con corriente directa en la remoción de la DBO y grasa de las
aguas residuales de la industria láctea. En la electrocoagulación se analizaron
los efectos del pH inicial, el tiempo de electrolisis, la concentración inicial de
DBO, la conductividad y la densidad de corriente. La DBO y la grasa en fase
acuosa fueron removidos cuando se utilizó hierro como ánodo de sacrificio. Los
rangos de operación óptima para cada variable de operación se determinaron.
Los experimentos por lotes revelaron que la DBO y la grasa en fase acuosa
fueron removidos, el promedio de remoción alcanzada fue de 98% y 99%,
respectivamente.
PRAKASH (2010), estudio la remoción de componentes orgánicos
de efluentes de la industria láctea por tratamiento electroquímico y eliminación
de residuos. En el estudio se uso un electrodo de hierro, un diseño central
factorial de tres factores: J (densidad de corriente), t (tiempo de electrolisis) y pH,
los cuales se utilizaron para la remoción de DBO; los parámetros de operación
32
variaron en los siguientes rangos: J entre 61.73 – 308.64 A/m2 , un tiempo de 10
- 70 min y pH de 3 - 9. El valor optimo se encontró a J=270 A/m2 , t = 50 minutos
y pH = 7.
Según LOPEZ (2012), reporta el empleo de electrodos de aluminio
y hierro para la electrocoagulación de lactosuero residual, considerando factores
como tiempo, pH y voltaje, teniendo como resultado disminución de DQO de 93%
y DBO5 de 86%.
2.9. Marco legal
Las descargas de efluentes industriales a las redes del alcantarillado
generan un gran problema para los sistemas de tratamiento de aguas residuales
es por ello que se promulgo la norma valores máximos admisibles (VMA) de las
descargas de aguas residuales no domésticas en el sistema de alcantarillado
sanitario D.S.N° 021-2009-VIVIENDA.
En este marco, se ha aprobado el decreto supremo 021-2009-
VIVIENDA, que regula mediante VMA las descargas de aguas residuales no
domésticas en el sistema de alcantarillado sanitario a fin de evitar el deterioro de
las instalaciones, la infraestructura sanitaria, las maquinarias y los equipos, y de
asegurar su adecuado funcionamiento, garantizando la sostenibilidad de los
sistemas de alcantarillado y tratamiento de las aguas residuales (MINISTERIO
DE VIVIENDA CONSTRUCCION Y SANEAMIENTO, 2009).
2.9.1. Valores Máximos Admisibles (VMA)
Es aquel valor de la concentración de elementos, sustancias o
parámetros físicos y/o químicos, que caracterizan a un efluente no doméstico
33
que va a ser descargado a la red de alcantarillado sanitario, causa daño
inmediato o progresivo a las instalaciones, infraestructura sanitaria, tratamiento
de aguas residuales y tiene influencias negativas en los procesos de tratamiento
de aguas residuales (MINISTERIO DE VIVIENDA CONSTRUCCIÓN Y
SANEAMIENTO, 2009).
Cuadro 03. Valores máximos admisibles para descarga de agua residual
no domestico en el sistema de alcantarillado
Parámetro Unidad Expresión
VMA para
descargar al
sistema
alcantarillado
Demanda
bioquímica de
oxígeno (DBO5) mg/L DBO5 500
Demanda química
de oxígeno (DQO) mg/L DQO 1000
Solidos suspendidos
totales
mg/L S.S.T 500
Aceites y grasas mg/L A y G 100
Fuente: MVCS (2009)
2.10. Optimización
Se puede definir como optimización al proceso de seleccionar, a
partir de un conjunto de alternativas posibles, aquella que mejor satisfaga el o
los objetivos propuestos. Ahora bien, el mejor proceso debe ajustar el flujo de la
tareas, entradas y salidas de manera que entregue la mejor calidad al menor
costo y en el tiempo recomendable (OZDEMIR, 2008).
34
2.10.1. Superficie de respuesta
Es el conjunto técnicas matemáticas y estadísticas utilizadas para
modelar y analizar problemas en los que una variable de interés es influenciada
por otras, el objetivo es optimizar la variable de interés. La principal ventaja de la
superficie de respuesta, es que reducen el número de experimentos necesario
para obtener resultados estadísticamente válidos, además de que son más
rápidas y entregan más información que las evaluaciones clásicas (OZDEMIR,
2008).
1) Factores: Son las condiciones del proceso que influencian la variable de
respuesta. Estos pueden ser cuantitativos o cualitativos.
2) Respuesta: Es una cantidad mediable cuyo valor es afectado al cambiar
los niveles de los factores. El interés principal es optimizar dicho valor.
Figura 11. Modelo de superficie de respuesta
Fuente: RESTREPO (2006)
35
2.10.2. Metodología de superficie de respuesta
La metodología de superficie de respuesta implica tres aspectos:
diseño, modelo y técnica de optimización. El diseño y el modelo se piensan al
mismo tiempo, y dependen del tipo de comportamiento que se espera en la
respuesta. De manera específica, el modelo puede ser de primero o segundo
orden (plano o con curvatura); por ello, el tipo de diseño utilizado y el método de
optimización se clasifican, según sea el caso, como de primero o segundo orden
(GUTIERREZ, 2008).
1) Modelos
Las superficies de respuesta se caracterizan ajustando un modelo a
los datos experimentales. Los modelos que se utilizan en metodología de
superficie de respuesta (MSR) son básicamente polinomios. De esta manera, si
se tienen k factores, el modelo de primer orden está dado por:
𝑌 = 𝛽0 + ∑ 𝛽𝑖𝑋𝑖
𝑘
𝑖=1
+ ℰ (10)
y el modelo de segundo orden es:
𝑌 = 𝛽0 + ∑ 𝛽𝑖𝑋𝑖
𝑘
𝑖=1
+ ∑ 𝛽𝑖𝑖𝑋𝑖2
𝑘
𝑖=1
+ ∑
𝑘
𝑖=1 <
∑ 𝛽𝑖𝑗𝑋𝑖𝑋𝑗+ ℰ
𝑘
𝑗=1
(11)
En la figura se muestran las gráficas para los modelos dados por las
ecuaciones 1 y 2, en donde se consideran dos variables de proceso x1 y x2, así
como diferentes valores de los parámetros. La figura a representa un modelo de
primer orden y se observa que su superficie es un plano. En las figuras b, c y d
36
se representan varios modelos de segundo orden. La forma específica que toma
la superficie depende de los signos y magnitudes de los coeficientes en el
modelo. En las figuras se representan las tres formas básicas, que son: b)
superficie de máximo (montaña), c) superficie con mínimo (valle) y d) superficie
con punto silla (minimax). Para más de dos factores las superficies de respuesta
no se pueden graficar completas de una sola vez porque se encuentran en cuatro
dimensiones o más, pero se preserva la misma idea.
Esto es, para k > 2 el modelo de primer orden representa un
hiperplano y el de segundo orden constituye un hiperelipsoide o hiperboloide. Sin
embargo, para k = 3 factores es posible graficar la superficie haciendo las tres
gráficas con dos factores cada vez, con el tercero constante (GUTIERREZ,
2008).
Figura 12. Superficies de respuesta: a) descrita por un modelo de primer orden; b), c) y d ) descritas por modelos de segundo orden.
Fuente: GUTIERREZ (2008)
37
2) Diseño de composición central
El diseño de composición central (DCC) es el más utilizado en la
etapa de búsqueda de un modelo debido a su gran flexibilidad se puede construir
a partir de un diseño factorial completo 2k o fraccionado 2k-p agregando puntos
sobre los ejes y al centro además de otras propiedades deseables. Este diseño
se compone de tres tipos de puntos (GUTIERREZ, 2008):
- Una réplica de un diseño factorial en dos niveles, completo o fraccionado. A
esta parte del DCC se le llama porción factorial.
- Numero de puntos o repeticiones al centro del diseño, con n0 ≥ 1.
- Dos puntos sobre cada eje a una distancia a del origen. Estos puntos se llaman
porción axial. La manera en que se ensamblan y el DCC resultandte para los
casos de dos y tres factores.
Figura 13 . Representación y construcción de los DCC para k = 2 y 3 factores
Fuente: GUTIERREZ (2008)
38
Con k factores el número total de corridas experimentales es:
𝑁 = 2p + 2p1 + 𝐶 (12)
El número de corridas al centro y la distancia de los puntos axiales
deben escogerse de manera adecuada, dependiendo de las propiedades que se
quieren en el diseño de composicion central (DCC).
3) Número de tratamientos según el tipo de diseño
Se establecen el número de tratamientos u observaciones de
acuerdo al tipo de diseño, entre las cuales tenemos:
Cuadro 04. Número de tratamientos en los diseños
Número de factores
Número de corridas
Número de parametros
Factorial completo
3k
Central compuesto
Box - Behnken
Draper y
Lin
2 6 9 13 - 16 - -
3 10 27 17 - 23 15 12
4 15 81 27 - 36 27 18
5 21 243 29 - 36 46 24
6 28 729 47 - 59 54 30
Fuente: GUTIERREZ (2008)
4) Matriz de diseño composicion central
El diseño de composición central o compuesto central, presenta un
numero de tratamientos que tiene un rango de 13 a 16 tratamienos u
observaciones, esto varia de acuerdo a las repeticiones en el centro del diseño,
se recomienda realizar un mínimo de cuatro o cinco replicaciones en el punto
central para tener suficiente sensibilidad de falta de ajuste. Primero tenemos los
niveles y la denominación del diseño compuesto central.
39
Cuadro 05. Niveles y denominacion del diseño compuesto central (DCC)
Nivel codificado (Xi) Denominación
-k Nivel Mínimo -1 Nivel Bajo 0 Nivel Medio
+1 Nivel Alto +k Nivel Máximo
Fuente: GUTIERREZ (2008)
El siguiente paso es decodificar las escalas hallando el centro del
diseño, el radio de la ecuación decodificada. Los valores -1.414 y 1.414 son
valores codificados de los puntos axiales del diseño de composición central
o compuesto central.
Cuadro 06. Niveles codificados del Diseño central compuesto (DCC)
Nivel codificado (Xi) Denominación
-1.414 Nivel Mínimo -1 Nivel Bajo 0 Nivel Medio 1 Nivel Alto
1.414 Nivel Máximo
Fuente: GUTIERREZ (2008)
Cada variable de estudio se codifica en su nivel inferior y superior,
basado en el 2k diseño compuesto central (22). Finalmente tenemos la matriz de
diseño con cinco repeticiones en el centro.
Cuadro 07. Matriz de diseño composicion central
Diseño Tratamiento X1 (factor A) X2 (factor B)
Diseño compuesto
central
1 -1 -1
2 +1 -1
3 -1 +1
4 +1 +1
5 0 0
6 0 0
7 0 0
8 0 0
9 0 0
10 -1.414 0
40
11 +1.414 0
12 0 -1.414
13 0 +1.414
Fuente: GUTIERREZ (2008)
2.11. Demanda bioquímica de oxigeno
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una prueba usada
para la determinación de los requerimientos de oxígeno para la degradación
bioquímica de la materia orgánica en las aguas municipales, industriales y en
general residuales; su aplicación permite calcular los efectos de las descargas
de los efluentes domésticos e industriales sobre la calidad de las aguas de los
cuerpos receptores. Los datos de la prueba de la DBO se utilizan en ingeniería
para diseñar las plantas de tratamiento de aguas residuales (NAVARRO, 2007).
La prueba de la DBO es un procedimiento experimental, tipo bioensayo, que
mide el oxígeno requerido por los organismos en sus procesos metabólicos al
consumir la materia orgánica presente en las aguas residuales o naturales. Las
condiciones estándar del ensayo incluyen incubación en la oscuridad a 20ºC por
un tiempo determinado, generalmente cinco días; que ya en ese lapso de tiempo
se p Las condiciones naturales de temperatura, población biológica, movimiento
del agua, luz solar y la concentración de oxígeno no pueden ser reproducidas en
el laboratorio. Los resultados obtenidos deben tomar en cuenta los factores
anteriores para lograr una adecuada interpretación Para su determinación se
dispone de métodos de dilución y métodos instrumentales que se derivan de
métodos respirométricos que permiten seguir automáticamente la evolución de
la DBO en el curso de oxidación de las materias orgánicas contenidas en el agua
(NAVARRO, 2007).
41
III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. Lugar de ejecución
La presente practica se realizó en el laboratorio de Tesis de la
Facultad de Ciencias la cual pertenece a la Universidad Nacional Agraria la
Molina (UNALM).
• Coordenadas UTM: 287727 E
8663467 N
• Elevación: 241 m.s.n.m
Figura 14. Ubicación del laboratorio de tesis - UNALM
Fuente: ArcGis (2018)
42
3.2. Material experimental
El lactosuero residual utilizado para los tratamientos, fueron
recogidos de la Planta Piloto de Leche la Molina. Estos efluentes provienen de
la etapa del desuerado del proceso de elaboración de queso fresco, recogido en
horas de la mañana 10:30 am., para su posterior tratamiento por
electrocoagulación y luego proceder analizar en el laboratorio.
3.2.1. Aspectos generales de la Planta Piloto de Leche La Molina
Se encuentra ubicada dentro de las instalaciones de la Universidad
Agraria La Molina, entre sus procesos están la elaboración de queso, yogurt y
leche embolsada.
Figura 15. Planta Piloto de Leche la Molina (2018)
1) Flujograma de procesos de la Planta Piloto de Leche
Según datos recolectados del área de control de calidad de la planta
piloto de leche La Molina, el volumen de leche procesado para la elaboración de
43
queso asciende a una cantidad de 1000 L de leche/dia, considerando que la
producción de queso se realiza interdiario. El volumen de lactosuero como
residuo de la elaboración de queso asciende a una cantidad de 800 L.
Figura 16. Flujograma de procesos de producción
Fuente: Planta Piloto de Leche La Molina (2018)
3.3. Materiales y equipos
3.3.1. Materiales
Se utilizaron los siguientes materiales: Recipiente rectangular de 3.5
L, placas de hierro y aluminio, cables de conexión (puntas cocodrilo), guantes
desechables, galones de 4 L, libreta de apuntes, vaso de precipitado pírex de
5ml, 50ml,1000ml marca Boeco, probeta graduada de 50ml Marca Boeco,
Recepción de leche fresca
Pasteurización
Elaboración de leche embolsada
Elaboración de queso Elaboración de yogurt
Pasteurización Pasteurización
Inoculo de cultivo
Homogenización
Enfriamiento
Envasado
Inoculo de cuajo
Enfriamiento
Adición de
preservantes
Salado y amasado
Empacado
Lactosuero residual (80%)
Embolsado y almacenamiento
Residuos líquidos (1%) Residuos líquidos (1.5%)
44
pipetas graduadas pírex de 5 y 10ml, termómetro, matraces Erlenmeyer de
250ml, franela, picetas, botellas winkler, retazos de madera, embudos de vidrio,
taladro, cinta de 1.5 m, pernos y tuercas, agua destilada, vaso precipitado, papel
filtro intermedio.
3.3.2. Reactivos
Se utilizaron los siguientes reactivos: Cloruro de hierro (FeCl3),
cloruro calcio (CaCl2), sulfato de magnesio (MgSO4), solucion buffer fosfato.
3.3.3. Equipos
Se utilizaron los siguientes equipos: Multiparámetro marca HACH
modelo HQ 40D, sonda de pH modelo Hach, sonda de oxígeno disuelto (OD)
marca Hach, sonda de conductividad marca Hach, estufa, motor oxigenador,
multitester, fuente de energía regulable modelo UNI – T.
3.3.4. Software
Se utilizaron los siguientes programas: Excel 2016, Word 2016,
Statgraphics centurión XVII, ArcGis 10.4.
3.4. Metodología
3.4.1. Medición de parámetros fisicoquímicos del lactosuero residual
antes y después de la electrocoagulación con la muestra pura y
diluida al 25%
3.4.1.1. Medición de oxígeno disuelto
La medición del oxígeno disuelto (OD) fue realizado mediante el
método del electrodo de membrana establecido en la norma estándar APHA. El
procedimiento descrito se encuentra en el Anexo 01.
45
3.4.1.2. Medición de pH
La medición del pH fue realizado mediante el método electrometrico
establecido en la norma estándar APHA. El procedimiento descrito se encuentra
en el Anexo 02.
3.4.1.3. Medición de conductividad
La medición de la conductividad se realizo mediante el método de
laboratorio establecido en la norma estándar APHA. El procedimiento descrito
se encuentra en el Anexo 03.
3.4.1.4. Medicion de temperatura
La medición de la temperatura se realizo mediante el método de
laboratorio establecido en la norma estándar APHA. El procedimiento descrito
se encuentra en el Anexo 04.
3.4.1.5. Medición de la Demanda Bioquímica de Oxigeno
La medición de la DBO se realizo mediante el método de incubación
por 5 días a temperatura de 20 °C. establecido en la norma estándar APHA. El
procedimiento descrito se encuentra en el Anexo 05.
3.4.1.6. Factores de estudio
1) Variables de estudio
Cuadro 08. Niveles máximos y minimos de variables
Factores Unidad Nivel minimo Nivel maximo
Voltaje Voltios 10 20
Tiempo Minutos 10 30
2) Variable Respuesta
➢ Demanda Bioquímica de Oxigeno
46
El proceso descrito se realizó para cada uno de los tratamientos
experimentales de acuerdo al diseño compuesto central rotable (DCCR), de un
factor con cinco niveles, dos puntos estrella, cinco repeticiones del punto central.
El diseño permite evaluar a la vez 5 niveles de cada factor tal como se muestra
en el cuadro. A continuación, se muestra en el cuadro , la matriz de diseño de
estudio, tanto escala codificada como a escala natural para la optimización de
parámetros fisicoquímicos (Demanda Bioquímica de Oxigeno).
Cuadro 09. Niveles del Diseño central compuesto (DCC)
Nivel codificado (Xi) Denominación
-k Nivel Mínimo -1 Nivel Bajo 0 Nivel Medio
+1 Nivel Alto +k Nivel Máximo
El siguiente paso es decodificar las escalas hallando el centro del
diseño, el radio de la ecuación decodificada.
Cuadro 10. Niveles codificados del Diseño central compuesto (DCC)
Nivel codificado (Xi) Nivel real
Voltaje (V) Tiempo (minutos)
-1.414 9 6 -1 10 10 0 15 20 1 20 30
1.414 21 31
Cada variable de estudio se codifica en su nivel inferior y superior,
basado en el 2k diseño compuesto central (22).
Numero de tratamientos u observaciones en el estudio (p= 2)
𝑁 = 2p + 2p1 + 𝐶 (13)
N= 22+2*2+5 = 13 tratamientos u observaciones
47
Donde:
N= número total de tratamientos
2p= número de tratamientos básicos de parte factorial o combinaciones de
tratamientos
𝟐𝒑1= corresponde a los tratamientos de la parte axial o estrella combinación de
tratamientos en los puntos axiales.
𝑪= constituye el tratamiento central que se repite un número determinado de
veces dependiendo del número de factores o replicas en el centro del diseño.
𝑷= número de factores en estudio o variables.
Cuadro 11. Número de valores de tratamientos para los factores en un DCCR en
el proceso de electrocoagulación
N° tratamientos
Variables de estudio
Factores naturales Factores codificables
X1(factor A) X2 (factor B) Voltaje (V) Tiempo (min)
1 -1 -1 15 20
2 +1 -1 15 20
3 -1 +1 10 10
4 +1 +1 15 20
5 0 0 15 31
6 0 0 20 10
7 0 0 9 20
8 0 0 15 6
9 0 0 21 20
10 -1.414 0 15 20
11 +1.414 0 20 30
12 0 -1.414 10 30
13 0 +1.414 15 20
La relación de variables podemos presentarlos como:
Y= f (Xi,j) (14)
Donde:
Y = Demanda Bioquímica de Oxigeno (% DBO)
X(i,j) = Voltaje, Tiempo (min).
48
3.4.1.7. Modelo matemático
Modelo de la ecuación es:
𝛾 = b0 + b1X1 + b2𝑋2 + b12𝑋1x2 + ℰij (15)
Donde:
𝛾 = variable de respuesta (%DBO) , X1 = variable estudio (voltaje) , X2 =
Variable de estudio (tiempo) , ℰij = error , b0, b1, b2, b12 = coeficientes de
correlación.
3.4.2. Construcción y operación del modelo de celda de
electrocoagulación
3.4.2.1. Construcción del modelo de celda de
electrocoagulación
La celda de electrocoagulación se construyó considerando una
distribución volumétrica que contempla tres regiones: una región superior,
llamada zona de flotación, una región media de reacciones electroquímicas,
llamada zona de reacción y una región inferior, llamada zona de sedimentación
(ARANGO, 2007).
Para la construcción de la celda de electrocoagulación se
consideraron las siguientes características:
- Material del recipiente, distancia de la placa a la cara lateral de la
celda, distancia máxima entre placas, material de electrodo,
volumen total de la celda, numero de electrodos (placas).
El número de electrodos se determinó, asumiendo un ancho de
celda, distancia de los electrodos a cara lateral, distancia máxima entre
electrodos y espesor de placa; empleando la siguiente expresión (ARANGO,
2007).
49
N° de electrodos = (Largo de la celda)−2(Distancia electrodos cara lateral)
Distancia maxima entre electrodos+Espesor de placa (16)
3.4.2.2. Operación del modelo de celda de electrocoagulación
3.4.2.2.1. Procedimiento para la operación del
modelo de celda de electrocoagulación
Luego de realizar la caracterización inicial del lactosuero residual se
procede al proceso de operación de la celda de electrocoagulación.
Figura 17. Flujograma para el proceso de electrocoagulación
1) Muestreo de lactosuero residual
Se recolectó en envase de polietileno de 4L previamente lavadas,
debido a que el flujo de agua residual no es continuo, se decidió tomar muestras
del sistema de drenaje del desuerado de proceso de elaboración de queso
50
alrededor de las 10:30 am. Luego fueron llevadas a refrigeración inmediatamente
para que se preserven hasta el momento de su uso.
2) Almacenamiento
Se procedió al almacenamiento de la muestra en recipientes de
plástico de capacidad 4 litros, luego fueron transportadas al laboratorio para su
posterior análisis.
3) Análisis de lactosuero
Se realizó el análisis inicial fisicoquímico del lactosuero residual
como son: Demanda bioquímica de oxigeno (DBO), pH, temperatura,
conductividad y oxígeno disuelto (OD).
4) Electrocoagulación
La primera etapa estuvo basada en la conexión del equipo,
colocación de nuevos electrodos (placas) de aluminio y hierro previamente
lijados y limpiados, se determinó los parámetros fisicoquímicos de las muestras
iniciales. Se registró la DBO, pH, conductividad eléctrica, temperatura y oxígeno
disuelto (OD). Se realizó los ensayos con el lactosuero, revisando los rangos de
voltaje mínimos y máximos, así como de los tiempos, ensayos experimentales
en base al diseño compuesto rotable factorial 2k, con cinco puntos centrales los
cuales son 13 corridas, y se evaluarán los efectos de tiempo y voltaje en la
disminución de DBO.
5) Precipitación
Se realizó la electrocoagulación y luego se dejó precipitar por un
tiempo de 1 hora.
6) Filtrado
Se realizó con el fin de separar el sólido - líquido con papel filtro de
porosidad intermedia para posterior análisis de los parámetros fisicoquímicos.
51
7) Análisis de lactosuero depurado
Se realizó los análisis de parámetros fisicoquímicos como: pH, OD,
temperatura, DBO, conductividad.
8) Análisis estadístico
Se realizó mediante el software libre Statgraphics Centurión XVI
serie U8B2-333S-32I0-P31N-63M3.
3.4.3. Determinación del máximo porcentaje de disminución de DBO del
lactosuero residual con la muestra pura y diluida al 25%
Se determino el máximo porcentaje de disminución de DBO con las
mediciones antes y después de la electrocoagulación. La disminución de la DBO
expresada en porcentaje se determina de la siguiente manera:
𝑛 =𝐶𝑖−𝐶𝑓
𝐶𝑖∗ 100 (17)
Donde:
𝑛 : porcentaje de disminución de DBO, Ci : Concentración Inicial de DBO,
Cf : concentración Final de DBO
Los porcentajes de disminución de DBO con la muestra pura y
diluida al 25% se registran en diferentes cuadros reportados en los
resultados.
3.4.4. Comparación de la disminución de la DBO con la normativa
nacional vigente
Posteriormente a la obtención de los resultados de disminución
de DBO se realizará la comparación con la normativa nacional vigente
(Valores Máximos Admisibles) establecidos para la descarga de aguas
residuales al alcantarillado sanitario según D.S. Nº 021-2009-VIVIENDA.
52
IV. RESULTADOS
4.1. Caracterización del lactosuero antes y después de la
electrocoagulación
4.1.1. Medición de parámetros fisicoquímicos antes de la
electrocoagulación con la muestra del lactosuero pura
Cuadro 12. Medición de parámetros fisicoquímicos antes de
electrocoagulación con la muestra pura
Muestra Tto Combinaciones
pH Conductividad
(ms/cm) OD
(mg/L) T (°C) voltaje
(V) tiempo (min)
Pura
EC-1 15 20 7.02 15.57 6.17 24.3 EC-2 15 20 7.21 15.49 6.26 24.5 EC-3 10 10 7.12 15.36 6.33 24.6 EC-4 15 20 7.15 15.21 6.29 24.4 EC-5 15 31 7.04 15.33 6.31 24.5 EC-6 20 10 7.10 15.42 6.21 24.7 EC-7 9 20 7.06 15.51 6.37 24.3 EC-8 15 6 7.16 15.29 6.24 24.8 EC-9 21 20 7.22 15.44 6.36 24.7
EC-10 15 20 7.19 15.34 6.18 24.3 EC-11 20 30 7.17 15.37 6.25 24.6 EC-12 10 30 7.14 15.48 6.22 24.5 EC-13 15 20 7.13 15.38 6.19 24.7
En el cuadro 12 se muestra los resultados de la caracterización
inicial del lactosuero con la muestra pura, se realizaron mediciones de pH,
conductividad, oxigeno disuelto (OD) y temperatura.
La muestra pura consiste en aquella que no se agrego agua
destilada para diluir el lactosuero en cierto porcentaje.
53
4.1.2. Medición de parámetros fisicoquímicos antes de la
electrocoagulación con la muestra de lactosuero diluida al 25%
Cuadro 13. Medición de parámetros fisicoquímicos antes de
electrocoagulación con la muestra diluida al 25%.
Muestra Tto Combinaciones
pH Conductividad
(ms/cm) OD
(mg/L) T
(°C) voltaje
(V) Tiempo (min)
Diluida al 75%
EC-1 15 20 6.92 13.21 6.92 23.3 EC-2 15 20 6.61 13.43 6.74 23.6 EC-3 10 10 6.88 13.52 6.79 23.2 EC-4 15 20 6.76 13.46 6.87 23.4 EC-5 15 31 6.66 13.33 6.96 23.3 EC-6 20 10 6.71 13.49 6.75 23.1 EC-7 9 20 6.90 13.22 6.31 23.6 EC-8 15 6 6.85 13.37 6.78 23.4 EC-9 21 20 6.77 13.51 6.73 23.2
EC-10 15 20 6.89 13.39 6.84 23.7 EC-11 20 30 6.67 13.48 6.99 23.9 EC-12 10 30 6.75 13.53 6.89 23.3 EC-13 15 20 6.64 13.42 6.77 23.1
En el cuadro 13 se muestra los resultados de la caracterización
inicial del lactosuero residual con la muestra diluida al 25%, se realizaron
mediciones de pH, conductividad, oxigeno disuelto (OD) y temperatura. La
muestra diluida al 25% consiste en que por cada 100 ml de solución hay 25 ml
de agua y 75 ml de lactosuero.
4.1.3. Medición de parámetros fisicoquímicos después de la
electrocoagulación con la muestra pura
Cuadro 14. Medición de parámetros fisicoquímicos después de
electrocoagulación con la muestra pura
Muestra Tto
Combinaciones
pH Conductividad
(mS/cm) OD
(mg/L) T
(°C) Voltaje (V)
Tiempo (min)
Pura EC-1 15 20 9.89 10.777 7.56 29.5
EC-2 15 20 9.95 10.656 7.45 29.9
54
EC-3 10 10 9.98 10.676 7.48 29.1
EC-4 15 20 9.01 10.687 7.66 29.5
EC-5 15 31 9.14 10.643 7.81 29.7
EC-6 20 10 9.09 10.681 7.67 29.5
EC-7 9 20 9.11 10.644 7.62 29.2
EC-8 15 6 9.04 10.661 7.53 29.3
EC-9 21 20 9.75 10.701 7.47 29.2
EC-10 15 20 9.64 10.734 7.75 29.0
EC-11 20 30 9.42 10.763 7.31 29.9
EC-12 10 30 9.53 10.689 7.49 29.8
EC-13 15 20 9.08 10.721 7.47 29.1
En el cuadro 14 se muestra los resultados de la medición de pH,
conductividad, oxigeno disuelto (OD) y temperatura con la muestra pura
realizada despues de la electrocoagulación, se observa un incremento del pH,
oxigeno disuelto y temperatura, por otro lado la conductividad presenta una
disminución con respecto a la caracterización inicial.
4.1.4. Medición de parámetros fisicoquímicos después de la
electrocoagulación con la muestra diluida al 25%
Cuadro 15. Medición de parámetros fisicoquímicos después de
electrocoagulación con la muestra diluida al 25%
Muestra Tto Combinaciones
pH Conduc-tividad
(ms/cm)
OD (mg/L)
T (°C) voltaje (V)
Tiempo (min)
Diluida al 75%
EC-1 15 20 8.76 10.351 7.91 28.8 EC-2 15 20 8.95 10.387 8.12 28.9 EC-3 10 10 8.93 10.361 7.93 28.1 EC-4 15 20 8.84 10.394 7.96 28.6 EC-5 15 31 8.67 10.377 7.98 28.7 EC-6 20 10 8.90 10.389 7.77 28.4 EC-7 9 20 8.70 10.372 8.07 28.2 EC-8 15 6 8.97 10.396 7.97 28.7 EC-9 21 20 8.82 10.392 7.89 28.2 EC-10 15 20 8.85 10.359 7.86 28.7 EC-11 20 30 8.98 10.383 7.94 28.9 EC-12 10 30 8.64 10.374 7.99 28.5 EC-13 15 20 8.77 10.381 8.08 28.3
55
En el cuadro 15 se muestra los resultados de la medición de pH,
conductividad, oxigeno disuelto (OD) y temperatura con la muestra diluida al 25%
realizada despues de la electrocoagulación, se observa un incremento del pH,
oxigeno disuelto y temperatura, por otro lado la conductividad presenta una
disminución con respecto a la caracterización inicial.
4.1.5. Demanda Bioquímica de Oxigeno antes y después de la
electrocoagulación
4.1.5.1. Demanda Bioquímica de Oxigeno antes y
después de la electrocoagulación con la muestra pura
Cuadro 16. Medición de DBO antes y después de electrocoagulación de
lactosuero residual con la muestra pura
Muestra Tratamiento
Combinaciones DBO (mg/L) antes
de EC
DBO (mg/L) después de
EC voltaje
(V) tiempo (min)
pura
EC-1 15 20 1448 180
EC-2 15 20 1435 183
EC-3 10 10 1468 321
EC-4 15 20 1472 188
EC-5 15 31 1458 210
EC-6 20 10 1453 161
EC-7 9 20 1476 410
EC-8 15 6 1451 354
EC-9 21 20 1456 156
EC-10 15 20 1486 174
EC-11 20 30 1473 140
EC-12 10 30 1481 215
EC-13 15 20 1470 177
En el cuadro 16 se muestra los resultados de las mediciones de
Demanda Bioquimica de Oxigeno (DBO) con la muestra pura; antes y después
56
de la electrocoagulación, se puede observar una disminución con respecto al
antes de la electrocoagulación.
Figura 18. Comportamiento de la DBO antes y después de la EC con la muestra pura
En la Figura 18 se muestra una grafica del comportamiento de la
DBO antes y después de la EC con la muestra pura, presenta una variación
significativa de hasta 140 mg/L de DBO después de realizar los 13 tratamientos
en sus diferentes combinaciones de tiempo y voltaje.
4.1.5.2. Demanda Bioquímica de Oxigeno antes y después
de la electrocoagulación con la muestra diluida al 25%
Cuadro 17. Medición de DBO antes y después de electrocoagulación de
lactosuero residual con la muestra diluida al 25%
Muestra Tratamiento
Combinaciones DBO (mg/L) antes
de EC
DBO (mg/L) después de
EC voltaje
(V) tiempo (min)
EC-1 15 20 1315 377
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
DB
O (
mg/
L)
Tratamiento
Comportamiento de la DBO antes y despues de la Electrocoagulacion con la muestra pura
DBOantesde laEC
DBOdespues dela EC
57
Diluida al 75%
EC-2 15 20 1324 391
EC-3 10 10 1338 487
EC-4 15 20 1352 383
EC-5 15 31 1330 369
EC-6 20 10 1369 428
EC-7 9 20 1321 441
EC-8 15 6 1361 494
EC-9 21 20 1326 385
EC-10 15 20 1366 411
EC-11 20 30 1313 353
EC-12 10 30 1311 392
EC-13 15 20 1320 381
En el cuadro 17 se muestra los resultados de las mediciones de
Demanda Bioquimica de Oxigeno (DBO) con la muestra diluida al 25%; antes y
después de la electrocoagulación, se puede observar una disminución con
respecto al antes de la electrocoagulación.
Figura 19. Comportamiento de la DBO antes y después de la EC con la
muestra diluida al 25%
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
DB
O (
mg/
L)
Tratamiento
Comportamiento de la DBO antes y despues de la Electrocoagulacion con la muestra diluida al 25%
DBOantesde laECDBOdespues de laEC
58
En la Figura 19 se muestra una grafica del comportamiento de la
DBO antes y después de la EC con la muestra diluida al 25%, presenta una
variación significativa de hasta 353 mg/L de DBO después de realizar los 13
tratamientos en sus diferentes combinaciones de tiempo y voltaje.
4.2. Construcción de un modelo de celda de electrocoagulación a
escala de laboratorio
4.2.1. Características técnicas de la celda de
electrocoagulación
Cuadro 18. Características técnicas del modelo de celda de electrocoagulación
Características técnicas del modelo de celda de electrocoagulación y fuente
Ítem Descripción
Material de la celda Polietileno
Material de electrodos (placas) Aluminio y hierro
Tipo de fuente de poder Digital
Tipo de conexión eléctrica Paralelo
Volumen total de celda (L) 3.5
Volumen de trabajo (L) 2
Área de electrodo (placa unitaria) (cm2) 50
Área total de electrodos (placas de Fe y Al (cm2)) 800
Área de electrodos sumergida o efectiva (placas)
(cm2) 560
Distancia entre placas (cm) 2
Configuración de los electrodos (placas) bipolar - alternado
Distancia a los laterales (cm) 5
En el cuadro 18 se muestra la descripción de las caracteristicas y
dimensiones de trabajo de la celda de electrocoagulación, el material elegido
fueron placas de aluminio (anodo) y hierro (catodo).
59
4.3. Determinación del máximo porcentaje de disminución de DBO de
lactosuero residual con la muestra pura y diluida al 25%
4.3.1. Porcentajes de disminución de DBO con la muestra pura
Cuadro 19. Porcentajes de disminución de DBO con la muestra pura
Tratamiento
Combinaciones DBO (mg/L) antes de EC
DBO (mg/L) después de EC
% disminución de DBO
Voltaje (V)
Tiempo (min)
EC-1 15 20 1448 180 87.57 EC-2 15 20 1435 183 87.25 EC-3 10 10 1468 321 78.13 EC-4 15 20 1472 188 87.23 EC-5 15 31 1458 210 85.60 EC-6 20 10 1453 161 88.92 EC-7 9 20 1476 410 72.22 EC-8 15 6 1451 354 75.60 EC-9 21 20 1456 156 89.29
EC-10 15 20 1486 174 88.29 EC-11 20 30 1473 140 90.50 EC-12 10 30 1481 215 85.48 EC-13 15 20 1470 177 87.96
En el cuadro 19 se muestra los porcentajes de disminución de DBO
con la muestra pura; se puede observar una máxima disminucion de DBO de
90.50% en la combinación de un voltaje de 20 V y un tiempo de 30 minutos.
4.3.2. Porcentajes de disminución de DBO con la muestra
diluida al 25%
Cuadro 20. Porcentajes de disminución de DBO con la muestra diluida al 25%
Tratamiento
Combinaciones DBO (mg/L)
antes de EC
DBO (mg/L)
después de EC
% disminución
de DBO Voltaje (V)
tiempo (min)
EC-1 15 20 1315 377 71.33
EC-2 15 20 1324 391 70.47
EC-3 10 10 1338 487 63.60
EC-4 15 20 1352 383 71.67
EC-5 15 31 1330 369 72.26
EC-6 20 10 1369 428 68.74
60
EC-7 9 20 1321 441 66.62
EC-8 15 6 1361 494 63.70
EC-9 21 20 1326 385 70.97
EC-10 15 20 1366 411 69.91
EC-11 20 30 1313 353 73.12
EC-12 10 30 1311 392 70.10
EC-13 15 20 1320 381 71.14
En el cuadro 20 se muestra los porcentajes de disminución de DBO
con la muestra diluida al 25%; se puede observar una máxima disminucion de
73.12% en la combinación de un voltaje de 20 V y un tiempo de 30 minutos.
Figura 20. Comparación de disminución de DBO (%)
En la Figura 20 se muestra una grafica de comparación de la
disminución de DBO (%) antes y después de la EC con la muestra pura y la
muestra diluida al 25%; presenta una disminucion maxima de DBO de 90.50% y
73.12% respectivamente después de realizar los 13 tratamientos en sus
diferentes combinaciones de tiempo y voltaje.
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Dis
min
uci
on
de
DB
O (
%)
Tratamiento
Comparación de disminución de DBO (%) con la muestra pura y diluida al 75%
Muestrapura
Muestradiluida al75%
61
4.3.3. Análisis estadístico para disminución de DBO con la
muestra pura
1) Regresión Múltiple - Disminución de DBO (%) con muestra pura
- Variable dependiente: DBO (%)
- Variables independientes: Voltaje (V) - tiempo (minutos)
Cuadro 21. Regresión múltiple para disminución de DBO (%)
Error Estadístico
Parámetro Estimación Estándar T Valor-P
CONSTANTE 53.5711 1.95718 27.3716 0.00001 Voltaje (V) 1.14633 0.0861045 13.3133 0.00001
tiempo (minutos) 0.212833 0.0430523 4.9436 0.0026
La ecuación del modelo ajustado es: Disminución de DBO (%) = 53.5711 + 1.14633*Voltaje (V) + 0.212833*tiempo(minutos)
+ 0.065*Voltaje(V)*tiempo(minutos)
Del modelo matemático ajustado para la muestra pura se puede
interpretar que a medida que se incrementa el voltaje y el tiempo aplicado,
disminuye la Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO), y se da en un rango de
región experimental; por encima de dicho rango existe una alta probabilidad que
la disminución de la DBO es mínima.
2) Análisis de Varianza para disminución de DBO con la
muestra pura Cuadro 22. Análisis de varianza
Fuente Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
Modelo 224.291 2 112.145 100.84 0.00001
62
Residuo 6.67259 6 1.1121
Total (Corr.)
230.963 8
- R-cuadrada = 97.111 porciento
- R-cuadrado (ajustado para g.l.) = 96.148 porciento
Puesto que el valor-P en la tabla ANOVA es menor que 0.05, existe
una relación estadísticamente significativa entre las variables independientes
(voltaje y tiempo) y dependiente con un nivel de confianza del 95.0%.
3) Grafica de superficie respuesta para disminución de DBO
(%) con la muestra pura
A continuación se presenta la gráfica de superficie respuesta para la
disminución de la DBO con la muestra pura.
Figura 21. Gráfica de superficie respuesta para disminución de DBO (%)
En la figura 21, se muestra la superficie de respuesta de la
disminucion de DBO con respecto al tiempo y el voltaje, donde se puede apreciar
una relación directamente proporcional, a medida que se incrementa el tiempo y
63
el voltaje la disminucion de DBO (%) tambien se incrementa. Sin embargo, solo
es para un rango de tiempo determinado, ya que luego los electrodos se saturan.
4) Grafica de contorno respecto a la disminución de DBO
(%) con la muestra pura
Figura 22. Gráfica de contornos para disminución de DBO (%)
4.3.4. Análisis estadístico para disminución de DBO con la
muestra diluida al 25%
1) Regresión Múltiple - Disminución de DBO (%) muestra
diluida al 25%
- Variable dependiente: DBO (%)
- Variables independientes: Voltaje (V) - tiempo (minutos)
Cuadro 23. Regresión múltiple para disminución de DBO (%)
Error Estadístico
Parámetro Estimación Estándar T Valor-P
CONSTANTE 51.7953 1.0184 50.8593 0.00001 Tiempo (minutos) 0.135628 0.0310471 4.36845 0.0047
Voltaje (V) 0.790468 0.0447436 17.6666 0.00001
64
La ecuación del modelo ajustado es: % Disminución DBO = 51.7953 + 0.135628*Tiempo (minutos) + 0.790468*Voltaje (V) + 0.036*Voltaje(V)*tiempo(minutos)
Del modelo matemático ajustado para la muestra diluida al 25% se
puede interpretar que a medida que se incrementa el voltaje y el tiempo aplicado,
es relativamente bajo la disminucion de la Demanda Bioquímica de Oxigeno
(DBO), y se da en un rango de región experimental; por encima de dicho rango
existe una alta probabilidad que la disminución de la DBO es mínima, ya que los
efectos del incremento de la temperatura se hacen mas significativos, asi como
también las variaciones de pH, mayor consumo de energía al incrementar la
cantidad de voltaje aplicado.
2) Análisis de Varianza para disminución de DBO con la
muestra diluida al 25%
Cuadro 24. Análisis de varianza
Fuente Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio
Razón-F Valor-P
Modelo 202.267 2 101.134 177.42 0.00001
Residuo 3.42007 6 0.570012
Total (Corr.)
205.687 8
R-cuadrada = 98.3372 porciento
R-cuadrado (ajustado para g.l.) = 97.783 porciento
Puesto que el valor-P en la tabla ANOVA es menor que 0.05, existe
una relación estadísticamente significativa entre las variables independientes
(tiempo y voltaje) y dependiente con un nivel de confianza del 95.0%.
65
3) Gráfica de superficie respuesta para disminución de
DBO (%) con la muestra diluida al 25%
A continuación se presenta la gráfica de superficie respuesta para la
disminución de la DBO con la muestra diluida al 25%.
Figura 23. Gráfica de superficie respuesta para disminución de DBO.
En la figura 23, se muestra la superficie de respuesta de la
disminucion de DBO con la muestra diluida al 25%, con respecto al tiempo y el
voltaje, donde se puede apreciar una relación directamente proporcional, a
medida que se incrementa el tiempo y el voltaje la disminucion de DBO (%)
tambien se incrementa. Sin embargo, solo es para un rango de tiempo
determinado, ya que luego los electrodos se saturan.
4) Grafica de contornos para disminución de DBO (%)
muestra diluida al 25%
A continuación se muestra la gráfica de contornos para la
disminución de la DBO (%) con la muestra diluida al 25%.
66
Figura 24. Gráfica de contornos para disminución de DBO (%)
4.4. Comparación de los resultados de la disminución de la DBO con
la normativa nacional vigente
Cuadro 25. Comparación de los VMA y electrocoagulación con la muestra
pura
Parámetro Unidad Expresión VMA EC – muestra
pura
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)
mg/L DBO5 500 140
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
mg/L DQO5 1000 -
Sólidos Suspendidos Totales (S.S.T)
mg/L S.S.T 500 -
Aceites y Grasas (A y G)
mg/L A y G 100 -
67
Cuadro 26. Comparacion de los VMA y electrocoagulación con dilucion al 25%
Parámetro Unidad Expresión VMA EC – dilución
al 25%
Demanda
Bioquímica
de Oxígeno (DBO)
mg/L DBO5 500 353
Demanda
Química
de Oxígeno (DQO)
mg/L DQO5 1000 -
Sólidos
Suspendidos
Totales (S.S.T)
mg/L S.S.T 500 -
Aceites y
Grasas
(A y G)
mg/L A y G 100 -
La figura 25 muestra la comparación del valor máximo admisible
(VMA) para DBO lo cual es 500 mg/L, y el resultado de electrocoagulación con
la muestra pura presenta una DBO de 140 mg/L; lo cual no supera el VMA.
Figura 25. Comparación del VMA con la electrocoagulación del lactosuero
140
0
100
200
300
400
500
600
DB
O5
(m
g/L)
Comparación VMA - Electrocoagulación
VMA ELECTROCOAGULACION
68
V. DISCUSIÓN
Según HERNANDEZ (2012), reporta que a medida que la
temperatura aumenta también lo hace la velocidad de reacción, lo cual se
pensaría podría ser beneficioso para el proceso, sin embargo, para las
reacciones de electrocoagulación un incremento en la temperatura lleva a la
dispersión de los agregados formados durante el proceso, en su estudio se
observa un aumento de temperatura de 24 °C a 32 °C a un tiempo de reacción
de 40 minutos y un voltaje de 25 V. En contraste con la práctica realizada se
confirma que es similiar a lo reportado por dicho autor ya que después de la
electrocoagulación, la temperatura presenta un incremento que va desde 23.1
°C hasta 29.9 °C a un tiempo de reacción de 30 minutos y un voltaje aplicado de
20 V.
NAVARRO (2007), reporta experimentos con electrodos de aluminio
y hierro, en la cual observó un incremento promedio del pH de la solución de
aproximadamente 79.5% después del proceso de electrocoagulación. Este
fenómeno se da como consecuencia de la disociación de especies solubles de
los electrodos (hidróxidos y poli hidróxidos) con la generación de iones OH- en la
superficie del cátodo durante la electrocoagulación tanto, para los electrodos de
hierro como de aluminio. En concordancia con lo reportado por dicho autor, los
resultados de pH obtenidos en la práctica realizada también experimentan un
69
incremento, que van desde valores de 7.01 (neutro) hasta valores de pH de 9.98
(ligeramente básico).
RAMIREZ (2013), en sus experimentos reporta que la conductividad
mostró una disminución considerable para todos los tratamientos realizados,
debido a que cuando la solución está muy concentrada o muy contaminada, la
proximidad de los iones en solución entre ellos inhibe su actividad de la
conductividad y en consecuencia su habilidad de transmitir corriente. De acuerdo
a lo reportado por dicho autor también se pudo evidenciar en la práctica
realizada, que la conductividad presento una disminución después de la
electrocoagulación, que van desde valores de 15.57 mS/cm hasta 10.65 mS/cm.
Según HUMPIRE (2017), reporta experimentos de disminución de la
Demanda Química de Oxigeno con electrodos de hierro y aluminio teniendo
como resultado un máximo de 94% de reducción de DQO, en su estudio también
reporta el incremento del pH desde 7 hasta un máximo de 9 después de la
electrocoagulación, esto es debido al incremento de los radicales OH- en el
medio acuoso, ya que se forman hidróxidos de hierro y aluminio según sea el
electrodo de sacrificio (ánodo) y poli hidróxidos, a su vez se generan burbujas
de hidrogeno las cuales cumplen la función de remover los contaminantes a la
parte superior por flotación. En la presente practica realizada también se
evidencia un incremento de pH desde 7.02 hasta un máximo 9.98 después de la
electrocoagulación para la muestra pura y valores de pH de 6.61 hasta un
máximo de 8.97 de pH para la muestra diluida al 25%, la cual contrasta con lo
reportado por dicho autor.
70
Según LOPEZ (2012), reporta el empleo de electrodos de aluminio
y hierro para la electrocoagulación de lactosuero residual, considerando factores
como tiempo, pH y voltaje, teniendo como resultado disminución de DQO de 93%
y DBO de 86% a un tiempo 35 minutos y un voltaje aplicado de 25 V. En contraste
con la practica realizada se tiene un resultado de 90.5% de disminución de DBO
con un tiempo de reacción de 30 minutos y un voltaje aplicado de 20 V, y
considerando los mismos factores en estudio tanto tiempo y voltaje, es muy
similar a lo que reporta dicho autor.
SENGIL (2006), estudio el tratamiento de aguas residuales de la
industria láctea usando electrodos de acero dulce y hierro. En la
electrocoagulación se analizaron los efectos del pH inicial, el tiempo de
electrolisis, la concentración inicial de DBO, la conductividad y la densidad de
corriente. Los experimentos por lotes revelaron que la DBO y la grasa en fase
acuosa fueron removidos, el promedio de remoción alcanzada fue de 98% y
99%, respectivamente. En los resultados obtenidos en la práctica realizada se
obtuvo una disminución máxima de DBO del 90.5% con la muestra pura a un
tiempo de reacción de 30 minutos y un voltaje aplicado de 20 V, lo cual es menor
a lo reportado por dicho autor, esto puede ser debido al tipo de material utilizado
como electrodo en el proceso de electrocoagulación, lo cual genera un
incremento en la disminución de DBO.
PRAKASH (2010), estudio la remoción de componentes orgánicos
de efluentes de la industria láctea por tratamiento electroquímico y eliminación
de residuos. En el estudio se usó un electrodo de hierro, un diseño central
factorial de cuatro factores: J (densidad de corriente), m (dosificación de cloruro
71
de sodio), t (tiempo de electrolisis) y pH, los cuales se utilizaron para la remoción
de DBO obteniendo una disminución de 70% aplicando un voltaje de 15 y un
tiempo de reacción de 25 minutos. En contraste con la práctica realizada, la cual
se obtuvo una disminución máxima de DBO de 90.5%, es mayor a lo reportado
por dicho autor, esto explica que a un rango de pH de 6.5 – 8.5 se obtiene
mejores resultados en la disminución de DBO, y específicamente si se utiliza
electrodos de aluminio.
ARANGO (2012), reporta en su estudio que el valor de pH en el
proceso de electrocoagulación fue incrementándose a medida que transcurría el
tiempo de reacción y a su vez al aumentar la densidad de corriente; era de
esperar que suceda este incremento debido a que mientras más densidad de
corriente se aplique se libera en mayor grado los iones de los electrodos
provocando un aumento del pH, se muestra la variación del pH trabajando a un
pH inicial de 6.8; cuando se ensayó a una densidad de corriente de 44.39 A/m2
y a un tiempo de tratamiento de 45 minutos, pasa de un valor de pH inicial de 6.8
a un valor final de 9.21, representando la mayor variación que se dio. En
concordancia con lo reportado por dicho autor, en la práctica realizada también
se aprecia un incremento de pH que va desde 7.02 hasta un máximo 9.98
después de la electrocoagulación para la muestra pura y valores de pH de 6.61
hasta un máximo de 8.97 de pH para la muestra diluida al 25%, en un rango de
tiempo de 10 a 30 minutos y un voltaje aplicado de 10 a 20 voltios.
APAZA (2016), reporta que otro de los parámetros que sufre ligeras
variaciones durante el proceso de electrocoagulación es la conductividad. En su
estudio se observó una relación opuesta entre el tiempo de reacción y la
72
conductividad de la muestra, pues a mayor tiempo disminuye la conductividad
de la muestra tratada esto podría ser debido a la precipitación de los iones
disueltos en el efluente, se muestra la variación de la conductividad trabajando
a un pH inicial de 5 y a distintos niveles de densidad de corriente y tiempo,
obteniéndose la mayor disminución de ésta trabajando a la densidad de corriente
de 44.39 A/m2. En contraste con lo reportado por dicho autor también se pudo
evidenciar en la práctica realizada, que la conductividad presento una
disminución después de la electrocoagulación, que van desde valores de 15.57
mS/cm hasta 10.65 mS/cm.
ARANGO (2012), afirma que la temperatura durante un proceso de
electrocoagulación puede variar fuertemente, esto está sujeto principalmente al
tiempo y a la densidad de corriente aplicada. Al aumentar demasiado la densidad
de corriente se presentan pérdidas por transformación de energía eléctrica en
calórica, produciéndose un aumento en la temperatura del medio acuoso lo que
conlleva a un consumo mayor de energía al trabajar a una densidad de corriente
de 44.39 A/m2, se obtiene la mayor variación de temperatura llegando a un valor
de 29.8 °C a los 45 minutos de reacción. En concordancia con lo reportado por
dicho autor, en la práctica realizada se aprecia un aumento de la temperatura
después de la electrocoagulación, con valores desde 23.1 °C hasta 29.9 °C en
un rango de tiempo de reacción de 10 a 30 minutos y voltaje aplicado de 10 a 20
voltios.
73
VI. CONCLUSIONES
1) Los parámetros fisicoquímicos como el pH y la temperatura
presentaron un incremento de 7.02 a 9.98 antes y después de la
electrocoagulación, y de 24.3°C a 29.9°C respectivamente; estos parámetros
son muy importantes y significativos en el proceso de electrocoagulación.
2) El modelo de celda de electrocoagulación construida y
operada tuvo una excelente disminución de la Demanda Bioquimica de
Oxigeno, presentando una máxima disminución de 90.50% la cual fue
importante para los objetivos específicos de la practica realizada.
3) El mayor porcentaje de disminución de DBO fue obtenida
con la muestra pura presentando un valor de 90.5%, a un voltaje aplicado de
20 voltios y un tiempo de reacción de 30 minutos.
4) Los resultados de electrocoagulación de lactosuero no
superan el valor máximo admisible para aguas residuales no domésticas,
siendo el VMA de 500 mg/L de DBO y en el proceso de electrocoagulación
un valor de 140 mg/L de DBO con la muestra pura.
74
VII. RECOMENDACIONES
1) Se recomienda medir la concentración de hierro (Fe) y
aluminio (Al) posterior a la electrocoagulación para determinar su nivel o
grado de significancia en el proceso de electrocoagulación.
2) Se recomienda realizar pruebas con un mayor número de
placas para evaluar si estos afectan significativamente en la disminución de
la Demanda Bioquímica de Oxigeno.
3) Realizar un postratamiento a los lodos generados en el
proceso de electrocoagulación con la finalidad de determinar su composición
y posibles usos.
4) Evaluar el gasto de energía de electrocoagulación por
volumen de lactosuero residual tratado con el fin de conocer el costo y
beneficio del método electroquímico de electrocoagulación.
75
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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aguas residuales de la industria láctea. Revista Universidad EAFIT, Medellin.
43(147): 56-67.
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residuales de la industria láctea. Producción + Limpia, Antioquia. 7(1): 59-67.
ABAIGAR, A. 2009. El lactosuero en la alimentación del ganado porcino. ITG Ganadero,
España. 13(17): 84-96.
ARNAIZ, C. 2000. Tratamiento biológico de aguas residuales. Revista Tecnología del
Agua, Mexico. 7(2): 42-55.
APAZA, A. 2016. Sistema combinado electrocoagulación-filtro biológico para la
remoción de carga orgánica de los efluentes lácteos. Tesis Ing. Ambiental. La
Molina, Perú.Universidad Nacional Agraria La Molina. Lima. 95 p.
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electrocoagulación. [En línea]:
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76
CHATURVEDI, L. 2013. Eliminación de mercurio utilizando electrodos de Al-Al por
electrocoagulación. Revista Internacional de Investigación en Ingeniería
Moderna, Mexico. 3 (1): 109-115.
COLLAZOS, R. 2008. Descripción del comportamiento de un prototipo para tratamiento
electroquímico de aguas residuales industriales. Revista Academia y Virtualidad.
Universidad Militar Nueva Granada, Colombia. 3(2): 125-136.
CHEN, G. 2004. Tecnologías electroquímicas en el tratamiento de aguas residuales.
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IX. ANEXOS
Anexo 01. Procedimiento para la medición del Oxigeno Disuelo (OD) –
Metodo normalizado APHA
Método de electrodo de membrana
1. Principio
Los electrodos de membrana sensibles al oxígeno, de tipo polarográfico o galvánico, están compuestos por dos electrodos metálicos sólidos en contacto con un electrólito de soporte separado de la solución problema por una membrana selectiva. La diferencia básica entre el sistema galvánico y el polarográfico está en que en el primero la reacción es espontánea (similar a la de una célula de combustible), mientras en el segundo se precisa una fuente de voltaje aplicado para polarizar el electrodo indicador. Normalmente, se usan membranas de polietileno y fluorocarbono, al ser permeables al oxígeno molecular y relativamente robustas.
2. Instrumental
Electrodo de membrana sensible al oxígeno, polarográfico o galvánico, con medidor adecuado.
3. Procedimiento
a) Calibrado: Sígase exactamente el procedimiento de calibrado del fabricante para obtener una precisión y exactitud garantizadas. Generalmente, los electrodos de membrana se calibran por lectura frente a aire o una muestra de concentración conocida de OD (determinada yodométricamente), así como en una muestra de OD cero. (Añádase exceso de sulfito de sodio, Na2SO3, y una traza de cloruro de cobalto, CoCl2, para llevar OD a cero). Es preferible calibrar con muestras del agua problema. Evítese un calibrado yodométrico donde se sospechen sustancias interferentes. A continuación se da un ejemplo de los procedimientos recomendados:
1) Agua dulce: Para muestras no contaminadas en que no haya sustancias interferentes, calíbrese la solución problema o agua destilada, lo que sea más cómodo. 2) Agua salada: Calíbrese directamente con muestras de agua de mar o aguas que tengan una concentración de sal constante superior a 1.000 mg/l. 3) Agua dulce con contaminantes o sustancias interferentes: Calíbrese con agua destilada porque la muestra daría resultados erróneos. 4) Agua salada con contaminantes o sustancias interferentes: Calíbrese con una muestra de agua limpia que contenga la misma cantidad de sal que la muestra. Añádase una solución concentrada de cloruro de potasio (KC1) (véase Conductividad, sección 2510 y tabla 2510:1) a agua destilada para producir la
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misma conductancia específica que en la muestra. Para aguas oceánicas contaminadas, calíbrese con una muestra de agua del mar sin contaminar. 5) Aguas de estuarios con cantidades diferentes de sal: Calíbrese con una muestra de agua de mar no contaminada o agua destilada o del grifo. Determínese la concentración de cloruro o sal de la muestra y revísese el calibrado para tener en cuenta el cambio de solubilidad del oxígeno en el agua de estuario. b) Medición de la muestra: Síganse todas las precauciones recomendadas por el fabricante para asegurar unos resultados aceptables. Téngase cuidado de cambiar la membrana para evitar la contaminación del elemento sensor y el englobamiento de burbujas diminutas de aire bajo la membrana que pueden dar lugar a una menor respuesta y a una corriente residual elevada. Proporciónese suficiente flujo de muestra a través de la superficie de la membrana para evitar la respuesta errática (véase un ejemplo típico del efecto de la agitación en la figura 4500 - O:4).
4. Precisión y sesgo
Con la mayoría de los sistemas de electrodo de membrana existentes en el
comercio se puede obtener una exactitud de ±0,1 mg OD/l y una precisión de ±0,05 mg OD/l. Anexo 02. Procedimiento para la medición del pH – Metodo normalizado APHA
Método electrométrico
1. Principio El principio básico de la determinación electrométrica del pH es la medida de la actividad de los iones hidrógeno por mediciones potenciométricas utilizando un electrodo patrón de hidrógeno y otro de referencia. El electrodo de hidrógeno consiste en un electrodo de platino por el que se pasan burbujas de hidrógeno gaseoso a una presión de 101 kPa. Debido a la dificultad de utilizarlo y al potencial de intoxicación del electrodo de hidrógeno, se utiliza comúnmente el electrodo de vidrio. La fuerza electromotriz (fem) producida en el sistema de electrodo de vidrio varía linealmente con el pH y esta relación lineal se describe comparando la fem medida con el pH de diferentes tampones. El pH de la muestra se determina por extrapolación. Dado que no se pueden medir las actividades iónicas aisladas, como aH+, el pH se define operacionalmente o en una escala potenciométrica.
2. Instrumental
Medidor de pH, que conste de un potenciómetro, un electrodo de vidrio, un electrodo de referencia y un dispositivo para compensar la temperatura. El circuito se completa a través del potenciómetro cuando los electrodos se
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sumergen en la solución test. Muchos medidores de pH son capaces de medir pH o milivoltios y algunos tienen una expansión de escala que permite lecturas de hasta 0,001 unidades de pH, pero la mayoría de instrumentos no son tan precisos. Para trabajos de rutina utilícese un medidor de pH exacto y reproducible hasta 0,1 unidades de pH con una escala de 0 a 14, y dotado de un ajuste compensador de la temperatura.
3. Procedimiento
a) Calibrado del aparato: Síganse las instrucciones del fabricante, en cada caso, para el medidor de pH y para conservación y preparación de los electrodos para su uso. Las soluciones recomendadas para conservación de los electrodos a corto plazo varían con el tipo de electrodo y el fabricante, pero generalmente tienen una conductividad superior a 4.000 μohmios/cm. El agua del grifo es mejor sustituto que la destilada, pero lo mejor para el electrodo simple de vidrio es tampón pH 4, y es preferible KCl saturado para un electrodo de referencia de calomelanos y Ag/AgCl. La solución preferida para un electrodo combinado es KCl saturado. Manténganse los electrodos húmedos, devolviéndolos a la solución para almacenado siempre que no se utilice el medidor de pH. Antes de su uso, extráiganse los electrodos de la solución de conservación, lávense y séquense con un paño suave, colóquense en la solución tampón inicial y ajústese el punto de isopotencial (apartado 2a anterior). Selecciónese un segundo tampón cuyo pH no se diferencie en más de 2 unidades del de la muestra y llévese la muestra y el patrón a la misma temperatura, que puede ser la de la habitación, una fija (por ejemplo, 25 °C), o la de una muestra reciente. Sáquense los electrodos del primer tampón, lávense bien con agua destilada, séquense y sumérjanse en el segundo tampón. Regístrese la temperatura medida y ajústese el mando de temperatura de forma que el aparato indique el valor de pH del tampón a la temperatura de la prueba (éste es un ajuste de pendiente). Utilícese el valor de las tablas para el tampón usado a la temperatura de la prueba. Sáquense los electrodos del segundo tampón, lávense bien con agua destilada y séquense los electrodos como se indicó antes. Sumérjanse en un tercer tampón por debajo de pH 10, aproximadamente 3 unidades distinto del segundo; la lectura no debe diferir más de 0,1 unidad del pH del tercer tampón. Si el aparato muestra una respuesta distinta en más de 0,1 unidad del pH esperado, compruébese si los electrodos o el potenciómetro tiene problemas (véanse apartados 5a y b más adelante). El objetivo de la estandarización consiste en ajustar la respuesta del electrodo de vidrio al aparato. Cuando sólo se realicen determinaciones ocasionales del pH, se estandarizará el aparato antes de cada una de ellas. Cuando sean frecuentes y el aparato sea estable, estandaricese menos a menudo. Si el pH de las muestras varia mucho, estandarícese cada muestra con un tampón cuyo pH no difiera más de 1 o 2 unidades del de la muestra. b) Análisis de la muestra: Establézcase el equilibrio entre electrodos y muestra agitando ésta para asegurar su homogeneidad; la agitación será suave para reducir al mínimo el arrastre de dióxido de carbono. Para muestras tamponadas
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ocon gran fuerza iónica, acondiciónense los electrodos después de limpiarlos, introduciéndolos en la muestra durante 1 minuto. séquense y sumérjanse en otra porción nueva de la misma muestra, y léase el pH. Con soluciones diluidas, mal tamponadas, equilíbrense los electrodos por inmersión en tres o cuatro porciones sucesivas de la muestra. Tómese una muestra nueva para medir el pH.
4. Precisión y sesgo Utilizando bien un medidor de pH con buenos electrodos, se puede conseguir una precisión de ±0,02 unidades de pH y una precisión de ±0,05 unidades de pH. Sin embargo, en condiciones normales, el límite de precisión es ±0,1 unidades de pH, especialmente para determinaciones en el agua y soluciones mal tamponadas. Por esa razón, el pH se debe dar en los valores más próximos a 0,1 unidad de pH. Se analizó en 30 laboratorios una muestra sintética de solución tampón Clark y Lubs de pH 7,3, electrométricamente, con una desviación estándar de ± 0,13 unidades de pH. Anexo 03. Procedimiento para la medición de conductividad – Metodo Normalizado APHA
Metodo de laboratorio
1. Instrumental
a) Instrumental de conductividad autocontenida: Utilicese un dispositivo consistente en una fuente de corriente alterna, un puente de Wheatstone, un indicador de valor nulo y una celula de conductividad u otro instrumento que mida el indice de corriente alterna y su voltaje a traves de la celula, teniendo este ultimo la ventaja de proporcionar una lectura lineal de la conductividad. Elijase un instrumento capaz de medir la conductividad con un
error que no exceda el 1 por 100 o 1 μmho/cm.
b) Termometro, capaz de marcar hasta 0,1 °C cubriendo una amplitud de 23 a 27 °C. Por la rapidez de su respuesta, resulta conveniente emplear un termómetro electrico provisto de un pequeño sensor de temperatura. c) Celula de conductividad: 1) Tipo electrodo de platino. Este tipo de celula se presenta en forma de pipeta o de inmersion. La eleccion de la celula depende de la amplitud esperada de conductividad y de la amplitud de resistencia del instrumento. Ajustese experimentalmente la amplitud del conjunto total de aparatos, comparando los resultados instrumentales con las conductividades reales de las soluciones de KC1 enumeradas en la tabla 2510:1. Limpiense las celulas nuevas con una mezcla acida cromico-sulfurica y platinicense los electrodos antes de su uso. A continuacion se lavan y se platinizan de nuevo, siempre que las lecturas sean irregulares, cuando no pueda obtenerse un punto final neto o cuando la inspeccion muestre que se han desprendido capas de negro de platino.
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Para platinizar, preparese una solución de 1 g de acido cloroplatinico, H2PtCl6
・ 6H2O, y 12 mg de acetato de plomo en 100 ml de agua destilada. Una solucion
mas fuerte reduce el tiempo requerido para la platinizacion, por lo que puede emplearse cuando el tiempo es un factor decisivo, por ejemplo, cuando la constante celular es de 1,0/cm o mas. Sumerjanse los electrodos en esta solución y conectense ambos al polo negativo de una pila de 1,5 V. Conectese el polo positivo a un trozo de alambre de platino e introduzcase en la solucion. Utilicese una corriente que solo desprenda una pequeña cantidad de gas. Continuar la electrolisis hasta que ambos electrodos se recubran con negro de platino. Conservese la solucion para uso ulterior. Enjuagar cuidadosamente los electrodos y, cuando no se usen, mantenerlos inmersos en agua destilada. 2) Tipo electrodo no de platino. Utilicense celulas de conductividad con electrodos hechos de metales comunes duraderos (acero inoxidable entre otros) para monitorizacion continua y estudios de campo. Calibrense estas celulas mediante comparacion de la conductividad de la muestra con los resultados obtenidos con un instrumento de laboratorio. Para reducir al minimo los errores de la constante celular, utilicese una celula y un aparato adecuadamente disenados y homologados.
2. Procedimiento
a) Determinacion de la constante de la celula: Aclarese la celula de conductividad al menos con tres porciones de solucion KC1 0,01 M. Ajustese la temperatura de la cuarta porcion a 25,0 ± 0,1 °C, midase su resistencia y anotese el valor termico.
b) Medicion de la conductividad: Aclarese la celula con una o mas
porciones de la muestra. Ajustese la temperatura de una ultima porcion a 25,0 ± 0,1 °C. Midase la resistencia o conductividad de la muestra y anotese la temperatura.
Anexo 04. Procedimiento para la medición de temperatura – Metodo normalizado APHA
Métodos de laboratorio y de campo
1. Introduccion La lectura de cifras de temperatura se utiliza en el calculo de diversas formas de alcalinidad, en estudios de saturacion y estabilidad respecto al carbonato de calcio, en el calculo de la salinidad y en las operaciones generales de laboratorio. En los estudios limnologicos, con frecuencia se requieren temperaturas de agua en funcion de la profundidad. Las temperaturas elevadas, consecuencia de descargas de agua calentada, pueden tener un impacto ecologico significativo. A menudo, la identificacion de la fuente de aporte hidrico, como en los manantiales profundos, solo es posible efectuando medidas de temperatura. Las plantas industriales suelen pedir datos de temperatura del agua para uso sistematico o cálculos de transmision de calor.
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2. Procedimiento
1. Medidas de temperatura de aguas no profundas en laboratorios y otras valoraciones de temperatura de aguas no profundas Normalmente, las medidas de temperatura pueden realizarse con cualquier termometro Celsius de mercurio, que, como minimo, debera tener una escala con marcas cada 0,1 °C sobre el tubo capilar y una capacidad termica minima que permita un equilibrado rapido. Compruebese periodicamente con un termómetro de precision certificado por el National Institute of Standards and Technology (NIST, antes National Bureau of Standards), que se utiliza con su certificado y cedula de correccion. Para operacionesde campo, utilicese un termómetro con estuche metalico a fin de evitar roturas. Anexo 05. Procedimiento para la medicion de la Demanda Bioquimica de Oxigeno (DBO5) – Metodo normalizado APHA
Prueba DBO de 5 días – Método de incubación
1. Principio El método consiste en llenar con muestra, hasta rebosar, un frasco hermético del tamaño especificado, e incubarlo a la temperatura establecida durante 5 días. El oxígeno disuelto se mide antes y después de la incubación, y el ROB se calcula mediante la diferencia entre el OD inicial y el final. Debido a que el OD se determina inmediatamente después de hacer la dilución, toda la captación de oxígeno, incluida la que ocurre durante los 15 primeros minutos, se incluye en la determinación del ROB. a) Toma de muestras y almacenamiento: Las muestras para el análisis del ROB pueden degradarse significativamente mientras están almacenadas, entre su recogida y el análisis, y como resultado producir valores de ROB bajos. Hágase mínima la reducción del ROB analizando la muestra inmediatamente o enfriándola hasta una temperatura próxima a la de congelación durante su almacenamiento. Sin embargo, aún a baja temperatura, redúzcase el tiempo de mantenimiento a un mínimo. Caliéntense las muestras enfriadas a 20 °C antes del análisis.
2. Instrumental a) Botellas de incubación, capacidad de 250 a 300 ml. Límpiense los frascos con un detergente, enjuágense perfectamente, y séquense antes de usarlos. Como precauciones contra la entrada de aire en la botella durante la incubación, utilícese un cierre hidráulico. Para conseguir uno satisfactorio inviértanse los frascos en un baño de agua o échese agua a la boca ensanchada de las botellas de ROB especiales. Colóquese una taza de papel o de plástico, o una caperuza de papel de aluminio sobre la boca ensanchada de la botella para reducir la evaporación del cierre hidráulico durante la incubación.
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b) Incubador de aire o baño de agua, controlado por termostato a 20 °C ± 1 °C. Elimínese toda la luz para evitar la posibilidad de producción fotosintética de OD.
3. Reactivos a) Solución de tampón fosfato: Disuélvanse 8,5 g de KH2PO4, 21,75 g de
K2HPO4, 33,4 g de Na2HPO4 · 7H2O y 1,7 g de NH4C1 en unos 500 ml de
agua destilada y dilúyase hasta 1 l. El pH de la solución debería ser de 7,2 sin ajustes adicionales. Deséchese el reactivo (o cualquiera de los siguientes reactivos) si hay algún signo de crecimiento biológico en frasco de reserva.
b) Solución de sulfato de magnesio: Disuélvanse 22,5 g de MgSO4 · 7H2O
en agua destilada y dilúyase hasta 1 l. c) Solución de cloruro de calcio: Disuélvanse 27,5 g de CaCl2 en agua destilada y dilúyase hasta 1 l.
d) Solución de cloruro férrico: Disuélvanse 0,25 g de FeCl3 · 6H2O en agua
destilada y dilúyase hasta 1 l.
4. Procedimiento a) Preparación de agua para dilución: Colóquese el volumen deseado de agua en un frasco adecuado y añádase 1 ml de las soluciones de tampón fosfato, de MgSO4, de CaCl2, y de FeCl3 por litro de agua. Si se desea, siémbrese el agua de disolución como en el apartado 4d. Ensáyese y almacénese el agua de dilución como se ha descrito en los apartados 4b y c, de de calidad garantizada. Antes de usar el agua de dilución debe ponerse a una temperatura de 20 °C. Satúrese con OD agitando en una botella parcialmente llena o aireando con aire filtrado libre de materia orgánica. Alternativamente, almacénese en frascos taponados con algodón durante el tiempo suficiente para que el agua se sature de OD. Protéjase la calidad del agua utilizando material de vidrio, tubos y frascos limpios. b) Determinación del OD inicial: Si la muestra contiene materiales que reaccionanmuy deprisa con el OD, determínese el OD inicial inmediatamente después de llenar el frasco ROB con muestra diluida. Si la captación rápida inicial de OD es insignificante, el tiempo transcurrido entre la preparación de la dilución y la determinación del OD inicial no es crítico. Utilícese la modificación azida del método yodométrico (sección 4500-O.C) o el método del electrodo de membrana (4500 O.G) para determinar el OD inicial en todas las diluciones de la muestra, los blancos de dilución y, cuando sea apropiado, los controles de simiente. Empléese un blanco del agua de dilución como un control aproximado de la calidad del agua de dilución no sembrada y de la limpieza de los frascos de incubación. Junto con cada lote de muestras, incúbese un frasco de agua de dilución no sembrada. Determínese el OD inicial y final tal como se especifica en los apartados 4g y j. La captación de OD no deber ser mayor de 0,2 mg/l y preferiblemente no superior a 0,1 mg/l. c) Incubación: Incúbese a 20 °C ± 1 °C los frascos de ROB que contengan las diluciones deseadas, los controles de simiente, los blancos de agua de dilución,
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y los controles de glucosa-ácido glutámico. Sellar los frascos como se ha descrito en el apartado 4f. d) Determinación del OD final: Después de 5 días de incubación, determínese el OD en las diluciones de la muestra, en los blancos y en los controles, como en el apartado 4g. e) Calculo: Cuando el agua de dilución no está sembrada:
Donde: D1 = OD de la muestra diluida inmediatamentedespués de su preparación, mg/l. D2 = OD de la muestra diluida después de 5 días de incubación a 20 °C, mg/l, P = fracción volumétrica decimal de la muestra utilizada.
Anexo 06. Calculo de DBO con la muestra pura antes de la
electrocoagulación
Tratamiento
OD inicial (mg/L)
Dilucion (%)
Volumen de muestra (ml)
OD final (mg/L)
DBO (mg/L)
EC-1 6.17 0.35% 1.05 1.10 1448 EC-2 6.26 0.35% 1.05 1.24 1435 EC-3 6.33 0.35% 1.05 1.19 1468 EC-4 6.29 0.35% 1.05 1.14 1472 EC-5 6.31 0.35% 1.05 1.21 1458 EC-6 6.21 0.35% 1.05 1.13 1453 EC-7 6.37 0.35% 1.05 1.20 1476 EC-8 6.24 0.35% 1.05 1.16 1451 EC-9 6.36 0.35% 1.05 1.26 1456
EC-10 6.18 0.35% 1.05 0.98 1486 EC-11 6.25 0.35% 1.05 1.10 1473 EC-12 6.22 0.35% 1.05 1.04 1481 EC-13 6.19 0.35% 1.05 1.05 1470
Anexo 07. Calculo de DBO con la muestra pura después de la
electrocoagulación
Tratamiento
OD inicial (mg/L)
Dilucion (%)
Volumen de muestra (ml)
OD final (mg/L)
DBO (mg/L)
EC-1 7.56 2.5% 7.5 3.05 180 EC-2 7.45 2.5% 7.5 2.87 183 EC-3 7.48 2.5% 7.5 3.31 321 EC-4 7.66 2.5% 7.5 2.95 188
88
EC-5 7.81 2.5% 7.5 2.55 210 EC-6 7.67 2.5% 7.5 3.65 161 EC-7 7.62 2.5% 7.5 3.52 410 EC-8 7.53 2.5% 7.5 2.93 354 EC-9 7.47 2.5% 7.5 3.57 156
EC-10 7.75 2.5% 7.5 3.40 174 EC-11 7.31 2.5% 7.5 3.80 140 EC-12 7.49 2.5% 7.5 3.19 215 EC-13 7.47 2.5% 7.5 3.05 177
Anexo 08. Calculo de la DBO con la muestra diluida al 25% antes de la
electrocoagulación
Tratamiento
OD inicial (mg/L)
Dilucion (%)
Volumen de muestra (ml)
OD final (mg/L)
DBO (mg/L)
EC-1 6.92 0.35% 1.05 2.32 1315 EC-2 6.74 0.35% 1.05 2.11 1324 EC-3 6.79 0.35% 1.05 2.11 1338 EC-4 6.87 0.35% 1.05 2.14 1352 EC-5 6.96 0.35% 1.05 2.31 1330 EC-6 6.75 0.35% 1.05 1.96 1369 EC-7 6.31 0.35% 1.05 1.69 1321 EC-8 6.78 0.35% 1.05 2.02 1361 EC-9 6.73 0.35% 1.05 2.09 1326
EC-10 6.84 0.35% 1.05 2.06 1366 EC-11 6.99 0.35% 1.05 2.40 1313 EC-12 6.89 0.35% 1.05 2.30 1311 EC-13 6.77 0.35% 1.05 2.15 1320
Anexo 09. Calculo de la DBO con la muestra diluida al 25% despues de la
electrocoagulación
Tratamiento
OD inicial (mg/L)
Dilucion (%)
Volumen de muestra (ml)
OD final (mg/L)
DBO (mg/L)
EC-1 7.91 2.5% 7.5 1.88 377 EC-2 8.12 2.5% 7.5 1.87 391 EC-3 7.93 2.5% 7.5 1.11 487 EC-4 7.96 2.5% 7.5 1.45 383 EC-5 7.98 2.5% 7.5 2.08 369 EC-6 7.77 2.5% 7.5 1.35 428 EC-7 8.07 2.5% 7.5 1.45 441 EC-8 7.97 2.5% 7.5 1.30 494 EC-9 7.89 2.5% 7.5 1.34 385
EC-10 7.86 2.5% 7.5 1.28 411 EC-11 7.94 2.5% 7.5 1.94 353 EC-12 7.99 2.5% 7.5 1.72 392 EC-13 8.08 2.5% 7.5 1.60 381
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PANEL FOTOGRAFICO
Figura 26. Planta Piloto de Leche La Molina
Figura 27. Proceso de elaboración de queso – Planta Piloto de Leche
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Figura 28. Recoleccion de muestra de lactosuero residual
Figura 29. Acondicionamiento de la celda de electrocoagulación
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Figura 30. Acondicionamiento de placas de hierro y aluminio
Figura 31. Ensamblado de soporte y celda de electrocoagulación
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Figura 32. Prueba de contacto eléctrico de las placas con multitester
Figura 33. Operación de la celda de electrocoagulación
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Figura 34. Operación de la celda a los 10 minutos
Figura 35. Operación de la celda a los 30 minutos
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Figura 36. Filtrado de muestra después de la electrocoagulacion
Figura 37. Medición de parámetros fisicoquímicos
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Figura 38. Medición de DBO después de la electrocoagulación
Figura 39. Muestras de lactosuero en incubación (DBO)
96
Figura 40. Comparación de electrocoagulación de muestra pura y diluida
al 25%
Figura 41. Muestras de lactosuero después de electrocoagulación (pura)