2. revisiÓn bibliogrÁfica - universidad de las américas

REVISION BIBLIOGRAFICA 12

2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

2.1 Determinación de los giros industriales que descargan aguas residuales con

metales disueltos.

Dentro de la industria, se encuentran ciertos giros que descargan mayor cantidad de metales

en sus aguas residuales que otras empresas. Dentro de los giros más importantes en la

descarga de metales están: laminado, electro-laminado, curtiduría, acabados y procesos

metálicos, producción de acero y baterías, pinturas y pigmentación entre otras.

La importancia de la industria del laminado es un importante rubro en muchas otras

industrias. La principal ventaja de la industria del laminado es darle servicios a otras

industrias para que sus productos tengan un mejor acabado y de mayor duración. En

cuanto al tiempo de duración, el laminado previene la corrosión y el desgaste de diferentes

materiales [28].

El proceso de laminado altera la superficie de los productos metálicos para producir

[28]:

· Resistencia a la corrosión

· Resistencia al desgaste

· Conductividad eléctrica

· Resistencia eléctrica

· Reflectividad y apariencia

· Tolerancia al torque


· Resistencia química

· Vulcanizado

· Dureza

Figura 2. 1 Porcentaje en diferentes mercados de la industria de laminado [28]

2.2 Determinar las concentraciones de las soluciones a utilizar en los experimentos.

En las industrias antes mencionadas, la concentración de metales es muy variante. Dentro

de un mismo proceso, puede ser que la concentración sea diferente después de una etapa del

proceso. En el anexo A se muestran en diferentes tablas las concentraciones de diferentes

giros industriales en los cuales alguno o todos los metales a utilizar en este experimento

están involucrados. En las tablas A.1 a A.8 se muestran los valores de concentración de

metales en diferentes procesos industriales [58].


2.3 Definir las características de toxicidad de los metales del estudio

De acuerdo con la Agencia de Sustancias Toxicas y Registro de Enfermedades

(Agency for toxic substances and disease registry) [9] de los Estados Unidos de

Norteamérica, se obtienen las siguientes tablas 2.9, 2.10, 2.11, 2.12 con datos de los

metales, vías de exposición y los daños posibles a la salud.

Tabla 2. 1 Características del cromo, su forma de exposición y los daños a la salud [9] CROMO EXPOSICIÓN DAÑOS A LA SALUD

· Elemento natural que se encuentra en rocas, animales, plantas, suelo, polvo y emisiones de volcanes.

· Formas más comunes del cromo: cromo metálico (Cr0), cromo trivalente (Cr+3) y cromo hexavalente (Cr+6).

· Cr+3 ocurre de forma natural y es un esencial para la alimentación.

· Cr+6 y Cr0 son producidos en diferentes industrias.

· Cr0 se utiliza para fabricar acero.

· Cr+3 y Cr+6 se utilizan en cromados, pinturas, pigmentos, curtidurías y preservación de madera.

· Ingerir alimentos contaminados con cromo.

· Respirar aire contaminado de los lugares de trabajo.

· Contacto con la piel por estar en lugares de trabajo.

· Beber agua contaminada de pozo.

· Vivir cerca de lugares de desechos que contienen cromo o industrias que trabajan cromo.

· Respirar altos niveles de cromo hexavalente puede causar irritación a la nariz, ulceras y perforaciones en el tracto nasal.

· Ingerir grandes cantidades de cromo hexavalente puede causar ulceras en el estomago, convulsiones, daño en los riñones y en el hígado e incluso la muerte.

· El contacto de la piel con compuestos con cromo hexavalente puede causar ulceras a la misma.


Tabla 2. 2 Características del cobre, su forma de exposición y los daños a la salud [9] COBRE EXPOSICIÓN DAÑOS A LA SALUD

· Metal que ocurre naturalmente en las rocas, agua y aire.

· Elemento esencial para las plantas, animales y seres humanos.

· Es utilizado para producir diferentes productos (cableado, tuberías, conexiones de gas entre otros).

· Si se combina el cobre con otros metales (aleaciones) para fabricar cañerías y grifos de latón y bronce.

· Compuestos de cobre utilizados generalmente en la agricultura para tratar plagas y enfermedades, tratamiento de agua y para la preservación de telas.

· Respirar aire, beber agua, ingerir alimentos o tener contacto con la piel con cobre, partículas impregnadas de cobre o compuestos que contienen cobre.

· Beber agua que pueda contener altos niveles de cobre si las tuberías son de cobre.

· Lagos y ríos que pudieron ser tratados con cobre para controlar el crecimiento de agua.

· Ingerir de fungicidas que contienen cobre.

· Vivir cerca de lugares donde hay una planta procesadora de cobre a bronce.

· Lugar de trabajo en minas de cobre o metales que contienen cobre.

· Respirar altos niveles de cobre pueden causar irritación a la nariz y a la garganta.

· Ingerir elevados niveles de cobre pueden causar nausea, vomito y diarrea.

· Niveles de cobre muy elevados pueden causar daño a los riñones, hígado e incluso causar la muerte.


Tabla 2. 3 Características del níquel, su forma de exposición y los daños a la salud [9] NÍQUEL EXPOSICIÓN DAÑOS A LA SALUD

· Elemento natural abundante.

· Utilizado para formar aleaciones las cuales se utilizan para la fabricación de joyas, válvulas e intercambiadores de calor.

· Gran parte de este metal se usa para fabricar acero inoxidable.

· Muchos compuestos de níquel son fácilmente disueltos en agua y son de color verde.

· El níquel es utilizado en el niquelado, coloración de cerámicas, fabricación de baterías.

· El níquel se encuentra en los suelos, emisiones volcánicas, meteoritos y el suelo de los océanos.

· Ingerir alimentos que contienen níquel.

· Contacto de la piel con suelo, agua o metales que tengan níquel, así como tocando monedas o joyería que contienen níquel.

· Beber agua que contienen bajas cantidades de níquel.

· Respirar aire o fumando tabaco que contiene níquel.

· Elevadas exposiciones pueden ocurrir si se trabaja en industrias que procesan níquel.

· El efecto a la salud más común por el níquel es la reacción alergénica que se tiene. Generalmente esta alergia se da cuando la gente utiliza joyería que contiene níquel. La reacción mas común que se tiene a este metal es una irritación en la piel, aunque en casos extremos se puede dar un ataque de asma.

· Exposición continua al níquel puede producir bronquitis crónica y la reducción de las funciones respiratorias.

· Beber agua contaminada con níquel puede causar dolores estomacales y sufrir consecuencias adversas al torrente sanguíneo y a los riñones.


Tabla 2. 4 Características del zinc, su forma de exposición y los daños a la salud [9] ZINC EXPOSICIÓN DAÑOS A LA SALUD

· Elemento muy común en la corteza terrestre

· Se encuentra en el aire, suelo y el agua, presente en la mayoría de los alimentos.

· Se utiliza como revestimiento para prevenir la corrosión, así como en los compartimientos de baterías secas.

· Los compuestos de zinc son utilizados en la industria para producir pinturas, preservativos de madera y caucho.

· Beber agua contaminada o que fluye a través de tuberías de zinc.

· Comer muchos suplementos alimenticios que contienen zinc.

· Trabajar en algún lugar donde esté presente el zinc (construcción, pinturas, automóviles, baterías, etc.).

· La ingesta de zinc en elevadas cantidades por un periodo de tiempo corto, pueden causar dolores estomacales, nauseas y vómitos.

· La ingesta de zinc por un periodo largo puede causar anemia y disminuir los niveles de colesterol bueno.

· Inhalar elevadas concentraciones de zinc pueden cuasar ciertos problemas a corto plazo como la llamada “fiebre de metal”.

· Posible irritación de la piel cuando se está en contacto con cantidades pequeñas de zinc.

2.4 Revisión de las metodologías de tratamiento de metales pesados disueltos

Cuando se tienen metales pesados solubles en el agua, hay más de una opción para poder

tratarla y obtener un agua libre de metales. La decisión de que tratamiento se debe de

utilizar va a depender del equipo con el que se cuente además de que, se debe de tomar en

cuenta para que se va a usar el agua que se obtiene. Algunas de las opciones que se tienen

son: remoción por columnas de adsorción, precipitación con sulfatos, precipitación alcalina

y remoción con bacterias. En la tabla 2.13 se muestra un cuadro con las técnicas de

remoción de metales mas utilizadas por rubro.


Tabla 2. 5 Tecnología para la remoción de metales pesados. [52] TECNOLOGIA AGENTES

Precipitación convencional Hidróxidos Sulfatos Carbonatos Co-precipitación Precipitación mejorada Dimetil tio carbamato Dietil tio carbamato Trimercapto-s-tricina, sal trisodica Otros métodos Intercambio iónico Adsorción Oportunidades de recuperación Intercambio iónico Membranas Técnicas electrolíticas

En las tecnologías antes mencionadas de la tabla 2.13, los métodos de precipitación

son fáciles de realizar, dando una metodología simple y con grandes resultados. La

diferencia entre precipitación convencional y precipitación mejorada es el uso de

coagulantes o floculantes para facilitar la precipitación y que el tamaño de sedimento sea

más grande. En cuanto a los otros métodos de remoción de metales, son técnicas que

requieren más infraestructura y espacio. Además de que en las tecnologías de intercambio

iónico se tiene que pensar acerca de la regeneración de las columnas o de las resinas, así

como de las membranas.

Para este estudio en particular, se utilizará la técnica de precipitación alcalina de

metales. En la tabla 2.14 se muestran algunas de las ventajas y desventajas del método a

utilizar en esta investigación para la remoción de los metales.


Tabla 2. 6 Tabla de ventajas y desventajas de la precipitación alcalina [40] VENTAJAS DESVENTAJAS

Fácil control del pH de la solución Los precipitantes hidróxidos tienden a resolubilizarse si el pH de la solución se varía

Método aprobado y aceptado en la mayoría de las industrias

La remoción de mezclas de metales por este método no siempre es efectiva porque la mínima solubilidad de los diferentes metales ocurren a diferentes condiciones de pH

Operación relativamente simple La presencia de compuestos complejos tiene efectos adversos en la remoción de los metales

Costo de precipitante relativamente bajo

El cromo hexavalente no es removido con esta técnica

El cianuro interfiere con la remoción de metales pesados al utilizar este método

Las cantidades del lodo alcalino (resultante) pueden ser sustanciales y generalmente son difíciles de desaguar por su estructura de partícula amorfa

No hay gran precipitación alcalina cuando el pH es menor a 6

Las ventajas de la técnica de precipitación alcalina son pocas comparadas a las

desventajas. Aun así, las ventajas son muy sólidas de por qué esta técnica es la más fácil y

adecuada al momento de sólo tener metales disueltos en aguas residuales industriales. Las

desventajas se pueden contrarrestar con un buen funcionamiento de una planta de

tratamiento de aguas. El mantener el pH constante y controlado se puede llevar a cabo con

controladores de pH, medidores de flujo y bombas inteligentes que estén conectadas a los

medidores para poder medir la dosificación del agente precipitante (hidróxido).

En cuanto al valor de pH, para la remoción de varios metales, si se pone un nivel

entre 9 y 10, se puede inferir una buena remoción de metales. Claramente va a haber una


diferencia de remoción por no ser el óptimo valor de remoción, pero si se tendrá una buena

remoción dado a que la precipitación se lleva en pH altos. En el caso de tener mezclas de

metales dentro de las aguas residuales, si se tendrán interferencias de remoción, pero es

mejor tratarlas con este método a dejarlos pasar en altas concentraciones y ser un peligro

para la salud.

La generación de lodos es a mayor volumen al estar precipitando los metales. Este

punto puede ser benéfico al tratar de incorporar los lodos a diferentes procesos industriales

que los puedan utilizar como materia prima. Los lodos generados también pueden ser

estabilizados para que los metales no tengan movilidad y así sean menos propensos a ser

tóxicos para el ambiente.

2.5 Revisión de la metodología de precipitación alcalina e interferencias

La precipitación es un proceso físico-químico en el cual metales solubles e inorgánicos son

convertidos a metales y sales inorgánicas relativamente insolubles al adicionar un agente

precipitante. Comúnmente se utiliza un reactivo alcalino para poder aumentar el pH de la

solución y así disminuir la solubilidad del metal y por ende inducir la precipitación. La

precipitación alcalina es un proceso automático y controlado por una solución de pH

básico. Al aumentar el valor del pH con una solución común alcalina como NaOH,

Ca(OH)2, el hidróxido metálico correspondiente se vuelve insoluble y se precipita en la

solución.


La solubilidad que se obtiene teóricamente generalmente no es la misma que en la

práctica. La solubilidad teórica se puede definir como [49], [40]: el número de moles o

miligramos de soluto que se pueden disolver en un litro de solución.

Los coagulantes metálicos son utilizados en la mayoría de las veces para acelerar la

coagulación y precipitación de los metales pesados. El hidróxido ferrico y/o el hidróxido

de aluminio precipitan y tienden a formar co-precipitados con níquel y cromo.

La constante del producto de la solubilidad mejor conocida como Kps depende de

cada compuesto y las condiciones de operación a las que se encuentran. La Kps se puede

definir como: “es igual al producto de las concentraciones de los iones que participan en el

equilibrio, cada una elevada a la potencia de su coeficiente en la ecuación de equilibrio”

[Brown, 1998]. Generalmente se toman a 25°C y el compuesto disuelto en agua pura. La

manera de calcular Kps [40] es la siguiente:

CaAb(s)→aC+bA

Kps=[C]a[A]b

Donde [C] y [A] son las concentraciones en moles por litro.

La formación de un precipitado [18] se puede inferir al hacer la comparación entre

la concentración de iones presentes en la solución y el Kps de la solución.

[C]a[A]b<Kps no hay precipitado.

[C]a[A]b>Kps hay formación de precipitado.


A continuación, se muestra en la tabla 2.15 una comparación entre los valores Kps

encontrados en la literatura para los compuestos a utilizar en este proyecto de investigación.

Tabla 2. 7 Comparación entre los valores de Kps en diferentes fuentes de la literatura Faculty of chemical technology in Split Metcalf & Eddy Brown

Compuesto Formula K sp (25 °C) pKsp Kps

Hidroxido de Cromo (III) Cr(OH)3 30.2 6.3x10-31

Hidroxido de Cobre (II) Cu(OH)2 4.8×10-20 19.66 2.2x10-20

Hidroxido de Niquel Ni(OH)2 5.48×10-16 15 1.6x10-14

Hidroxido de Zinc Zn(OH)2 3×10-17 16.7 1.2x10-17

Los agentes precipitantes alcalinos mas utilizados en la industria son:

· Hidróxido de sodio (NaOH)

· Hidróxido de calcio (Ca(OH)2)

· Hidróxido de magnesio (Mg(OH)2)

Al poner en contacto estos agentes precipitantes con la solución que contiene el

metal disuelto, se llevan a cabo las reacciones que se muestran en la tabla 2.17 En la tabla

2.16 se dan algunas de las características de los tres agentes precipitantes antes

mencionados.


Tabla 2. 8 Comparación de las propiedades de los agentes precipitantes [40] PROPIEDAD Na(OH) Ca(OH)2 Mg(OH)2

Peso molecular 40 74.1 58.3 Contenido hidróxido (%) 42.5 45.9 58.3

Calor de la solución (kg-cal/mol) 9.94 2.79 0.0 Solubilidad (g/100mL H2O) 42.0A 0.185A 0.0009B

pH máximo reactivo 14.0 12.5 9.0 Peso de equivalencia 1.47 1.27 1.0

Punto de fusión 16.0 0.0D 0.0E Contenido de sólidos del lodo (%)F 30.0 35.0 55.0

Densidad del lodo kg/m3 (lb/ft3) 11300 (80.0)

1400 (85.0)

1600-1750(100-110)

Tiempo de filtrado (hr) 7-8 7-9 1.5-2.0 Volumen del lodo m3/ton métrica 5.0

(3.0) 4.2

(2.5) 2.2

(10.6) A temperatura, 0˚C B temperatura 18˚C

C 50% solución D 30% lodos E 59% lodos

F lodos de un plato y marco de un filtro prensa G consiste de hidróxido de metal y cal

En la figura 2.2 se muestra una curva de solubilidad de los metales pesados

comunes y su solubilidad vs. el pH de la solución. Las líneas que se muestran son las

curvas teóricas de solubilidad de los diferentes metales y una forma característica de estas

líneas es la forma en “U” que tienen, denotando un mínimo de solubilidad en un valor

específico de pH.


Figura 2. 2 Solubilidades de hidróxidos metálicos en función del pH [23]

Si se le pone atención al cobre, se puede observar que a pH de valor 6 tiene una

solubilidad de 20 mg/L y a pH 8 la solubilidad es de 0.05 mg/L. El níquel tiene una curva

similar a la de cobre, pero su solubilidad mínima ocurre a pH de 3 unidades mayor a la del

cobre. A pH de 8 el níquel tiene una solubilidad de 10 mg/L mientras que a pH de 10.2 la

solubilidad es 0.1 mg/L.

Varios metales como el cromo y el zinc son anfotéricos, lo cual quiere decir que son

solubles tanto en condiciones acidas como básicas. El cromo alcanza la solubilidad teórica

mínima de 0.08 a pH de 7.5. Si los dos, el cromo y el níquel están presentes en la solución


se debe de escoger un valor de pH que precipite a los dos metales, el pH de 9 o 9.5 es

utilizado frecuentemente para precipitar a ambos metales.

A continuación en la tabla 2.17 se muestran las reacciones que se llevan a cabo de

los metales al estar en contacto con los hidróxidos. Cabe notar, que al combinar la figura

2.2 y la tabla 2.17 se puede saber en que intervalo de pH se van a obtener hidróxidos

metálicos no solubles y a que intervalo de pH se obtendrán hidróxidos metálicos solubles

(escenarios con un pH muy ácido).

Tabla 2.9 Reacciones de precipitación alcalina [40] Hidróxido de calcio

M2++Ca(OH)2→M(OH)2(s)+Ca2+ Hidróxido de sodio

M2++2NaOH→M(OH)2(s)+2Na+ Hidróxido de magnesio

M2++Mg(OH)2→M(OH)2(s)+Mg2+

Nota: M simboliza el metal a precipitar

2.5.1 Fuentes de materia prima alternativa

Las rocas sedimentarias como su nombre lo indica, son rocas formadas de sedimentos. Hay

diferentes espesores de estas rocas, y varían en los miles de metros, pero pueden llegar a

pasar los 15,000 metros. Estas rocas están dispuestas en capas sobre la corteza terrestre.

Existen dos tipos de rocas sedimentarias las clásticas (constan de partículas de otras rocas

que han sido transportadas de un lugar a otro) y las no clásticas (rocas que son compuestas

de materia precipitada a partir de una solución química y el carbón) [55].


2.5.1.1 Carbonatos

Los carbonatos son un grupo de minerales que contienen el ion (CO3)2- que es

característico. Los carbonatos típicos son transparentes, densidad promedio o un poco más

alta, solubles por lo menos en soluciones acidas y tienden a originarse en ambientes

sedimentarios y oxidantes con la excepción de intrusiones ígneas carbonatadas. Estas

características son muy similares en todos los tipos de carbonato dado a su estructura

química pero ciertas clases de carbonatos muestran diferencias por los efectos de los

cationes metálicos como plomo, cobre, manganeso y fierro [30] [31].

2.5.1.1.1 Dolomitas

Se considera que la dolomita, por su gran semejanza a la calcita, se forma combinando una

capa de calcita (CaCO3) con una capa de magnesita (MgCO3).

2. 5.1.1.1.1 Características

La dolomita cuando esta pura tiene un color blanco perla, pero con trazas de fierro da un

color amarillo-café; entre mas fierro tenga la dolomita, se presenta en un color café oscuro.

El manganeso generalmente da un color rosa o rojo. La densidad de la dolomita es mas

denso que la calcita (2.86 g/cm3) y tiene índices de refracción mas altos. La dolomita es

solo soluble en ácidos fríos diluidos (0°C - 20°C) y no hay reacción de efervescencia. La

dolomita recién hecha polvo reacciona y se disuelve fácilmente con efervescencia en ácidos

tibios (30°C - 50°C ) [51].


2.5.1.1.1.2 Estructura

La formula química de la dolomita es CaMg(CO3)2. Los porcentajes de los

componentes de este suelo se muestran a continuación en la tabla 2.21.

Tabla 2. 10 Composición química de la dolomita [32] Peso molecular = 184.40 gramos Calcio 21.73 % Ca 30.41 % CaO Magnesio 13.18 % Mg 21.86 % MgO Carbono 13.03 % C 47.73 % CO2 Oxigeno 52.06 % O ______ ______ 100.00 % 100.00 % = oxido total

La estructura de la dolomita se parece a la calcita, pero tiene una estructura

ligeramente de menor simetría.

Figura 2. 3 Forma cristalográfica de la dolomita [32]

La apariencia de las dolomitas varían mucho, a continuación, se muestran en la

figura 2.10 dolomita de España y en la figura 2.11 dolomita de Francia.


La matriz es de cristales rosas rombohedrales. Localización: Eugui,

Navarra, España. Figura 2. 4 Imagen de dolomita

proveniente de España [32]

Cristales pequeños, prismáticos aciculares

de color café (disaquisita) en dolomita blanca cristalina.

Figura 2. 5 Imagen de dolomita proveniente de Francia [32]

2.5.1.1.1.3 Variedades

De acuerdo con Deer, Howie y Zussman (1993), [51] la sustitución del ion

magnesio por otros iones es posible en la estructura de la dolomita. Los iones más

comunes que se pueden encontrar en este tipo de minerales son: fierro, manganeso, zinc,

cobalto y níquel. Las estabilidades relativas para la dolomita, teniendo una formula

Ca2+R2+(CO3)2 son: R2+=Mg>>Mn>Zn>Fe>Co>Ni.

A continuación se muestra una lista de las composiciones químicas y el nombre de

las variedades del grupo de la dolomita [30] [31]:

· Anquerita: Ca(Fe, Mg, Mn)(CO3)2

· Benstonita: (Ba, Sr)6(Ca, Mn)6Mg(CO3)13

· Dolomita: CaMg(CO3)2

· Huntita: CaMg3(CO3)4

· Kutnorita: Ca(Mn, Mg, Fe)(CO3)2

· Minrecordita: CaZn(CO3)2

· Norsetita: BaMg(CO3)2


2.5.1.1.1.4. Localización

2.5.1.1.1.4.1. En el mundo

Las dolomitas se pueden encontrar en muchas partes del mundo. A continuación se

listan los países en donde se pueden encontrar este tipo de minerales: Afganistán, Algeria,

Angola, Antártica, Argentina, Armenia, Australia, Austria, Bahamas, Bélgica, Belice,

Bolivia, Bosnia y Herzegovina, Brasil, Bulgaria, Canadá, Chile, China, Colombia, Congo,

Republica Checa, Egipto, Estonia, Finlandia, Francia, Macedonia, Alemania, Grecia,

Groenlandia, Hungría, India, Indonesia, Irán, Irlanda, Isla del Hombre, Italia, Israel, Japón,

Kazakastan, Kirsgistan, Latvia, Lituania, Luxemburgo, México, Marruecos, Burma,

Namibia, Nueva Zelanda, Corea del Norte, Noruega, Oman, Paquistán, Perú, Polonia,

Portugal, Rumania, Rusia, Arabia Saudita, Serbia y Montenegro, Republica Eslovaca,

Eslovenia, Sudáfrica, Corea del sur, España, Suecia, Suiza, Tanzania, Tunisia, Uganda,

Reino Unido de la Gran Bretaña, Ucrania, Estados Unidos de Norte América y Zambia

[29].

2.5.1.1.1.4.2 México

La dolomita se encuentra en forma natural en ambientes sedimentarios con

depósitos de minerales hidrotermales. En la republica, este tipo de mineral se encuentra en

los estados de Baja California Sur, Chihuahua, Durango, Guanajuato, Guerrero, Hidalgo,

Michoacán, Puebla, Sonora, Veracruz y Zacatecas [29] [57].


2.5.1.1.1.4.3 Estado de Puebla

Dentro del Estado de Puebla, se puede encontrar la dolomita en el municipio de

Tetela de Oro [29] [57].

Figura 2. 6 Localización del municipio de Tetela de Oro en el estado de Puebla [43]

2.6 Cumplimiento legal del agua.

Las normas mexicanas tienen especificados los límites máximos permisibles para la

descarga ya sea en drenaje [63] o en lugares naturales [62]. También existen niveles de


concentración de metales en la prueba PECT [64]. En la tabla 2.18 se resumen los límites

máximos para los metales a utilizar en esta tesis.

Tabla 2. 11 Limites máximos permisibles para la descarga de metales por las normas oficiales mexicanas

PARÁMETROS (*) UNIDAD P.M. P.D P.M P.D P.M P.D P.M P.D P.M P.D P.M P.D P.M P.D I

Cobre mg/l 4 6 4 6 4 6 4 6 4 6 4 6 10 15 20Cromo mg/l 1 1.5 0.5 1 1 1.5 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 0.75 1 5

Níquel mg/l 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 4 6 8 5Zinc mg/l 10 20 10 20 10 20 10 20 10 20 10 20 6 9 12

I=instantaneo(A), (B) y (C): Tipo de Cuerpo Receptor según la Ley Federal de Derechos.

Prueba de

Lixiviado

LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA METALES PESADOS

P.M. = Promedio Mensual

Red de Alcantarillado

(drenaje)Uso en riego agrícola (A)

HUMEDALES NATURALES

(B)

Uso público urbano (C)

Uso en riego

agrícola (A)

Uso público urbano (B)

Uso en riego

agrícola (B)

RÍOSEMBALSES NATURALES Y

ARTIFICIALESSUELO

N.A. = No es aplicable

(*) Medidos de manera total.P.D. = Promedio Diario

Tabla 2. 12 Concentraciones límite para metales en la normatividad de Estados Unidos de Norte América para agua potable [19]

Metal Unidad Concentración Estandar

Cromo mg/L 0.1 Estandar primario

Cobre mg/L 1.3 Estandar primario

Cobre mg/L 1 Estandar secundario

Zinc mg/L 5 Estandar secundario

Tabla 2. 13 Concentraciones límites para metales en la prueba PECT de los Estados

Unidos de Norte Amércia [19] Metal Unidad Concentración Prueba

Cromo mg/L 0.6 PECT últimaNiquel mg/L 11 PECT últimaZinc mg/L 4.3 PECT última


Se puede hacer una comparación entre los límites permisibles en las normatividades

de ambos países. La comparación no puede ser tan directa, dado a que la normatividad de

los Estados Unidos es para agua potable y para México es para desagüe, alcantarillado y

áreas naturales, pero aun así, se puede observar que hay reglamentaciones en otros países y

que son iguales o más estrictas que la que existe en nuestro país.

2.7 Revisión bibliográfica del tratamiento que actualmente se le dan a los lodos.

En la actualidad hay diferentes maneras para la disposición de los lodos que provienen del

tratamiento de aguas. Muchas de las opciones de esta disposición dependen de que tipo de

lodo es y de su contenido. Las opciones más comunes para la disposición de estos lodos

son [38] [61]:

· Estabilización: Adición de algún agente químico para que el lodo se transforme a

una forma más estable.

· Compostaje: Transformación del lodo a un fertilizante que se puede utilizar en

diferentes tipos de suelo. Proceso mediante el cual la aireación y la acción

microbiana se encargan de transformar ciertos compuestos en nutrientes.


Lagunas 1-4 (anaeróbica)

Laguna de lodos

Espesamiento de sedimento

Entrega

Lecho de evapotranspiraciónLaguna 5

VentaComposta termofílicaPolvo

A corriente de proceso

Secado

Lote de escurrimiento

Figura 2. 7 Diagrama de flujo del compostaje de lodos [38]

· Digestión anaeróbica: Proceso micro bacteriano mediante el cual ciertos lodos son

estabilizados y la mayoría de los compuestos orgánicos presentes son

transformados a CO2, CH4 y biogas.

Figura 2. 8 Diagrama de flujo de una digestión anaerobia simple. [38]

· Espesamiento: Separación de lodos y agua por sedimentación o flotación. Se puede

dar este espesamiento en tanques o en lagunas.


Figura 2. 9 Laguna de espesamiento de lodos. [38]

· Deshidratación y secado: Es el proceso mediante el cual al lodo se le retira agua con

el objeto de que adquiera una consistencia de sólido. Para llevar a cabo el proceso

de deshidratación se pueden utilizar tanto la centrifuga como el filtro prensa. Para

el secado es muy común utilizar camas de secado u hornos rotatorios.

Figura 2. 10 Dibujo de una cama de secado [38]

· Reuso: Es la acción de utilizar los lodos en otros procesos de la industria. Los más

comunes son en la agricultura como fertilizantes así como para relleno de calles en

ciertos países del mundo.

· Disposición: Los dos métodos de disposición final mas utilizados son el relleno

sanitario y la incineración. Con ambos métodos se debe de tener cuidado por los

contaminantes tóxicos y se deben de tomar las precauciones necesarias para cumplir

con las reglamentación ambiental del lugar.


2.8 Técnicas de solidificación estabilización

Un proceso de solidificación es un proceso físico en el cual un material semi-sólido o un

lodo se tratan para volverlo más sólido. El proceso de estabilización es un proceso químico

en el cual “la matriz del contaminante” se retiene y evita la movilidad del mismo. El

termino solidificación y estabilización se refiere al uso de varios químicos o aditivos que se

le ponen a ciertos materiales para lograr que los contaminantes se unan y se mantengan en

una matriz estable permitiendo la microencapsulacion o la no movilidad de los mismos.

[41].

Existen dos maneras de realizar los métodos de solidificación/estabilización (s/s):

· Ex-situ: El proceso de s/s se lleva a cabo en un lugar diferente de donde proviene la

materia a tratarse. Dentro de la s/s ex-situ, la Federal Remediation Technologies

Roundtable muestra que existen diferentes tecnologías que se utilizan en la

actualidad, las cuales son:

o Bituminizacion: los desechos son mezclados con bitumen caliente para

encapsular los contaminantes cuando éste se enfríe.

o Asfalto enmulsificado: el proceso se lleva a cabo adicionando asfaltos

emulsificados con carga a desechos hidrofilitos líquidos o semilíquidos a

temperatura ambiente. Después del mezclado la emulsión se rompe, el agua

se libera, la fase orgánica forma una matriz continua de asfalto hidrofobito

alrededor de los desechos sólidos. En algunos casos se debe de adicionar

agentes neutralizantes (gypsum o limo).


o Cemento de sulfuro modificado: El cemento de sulfuro se funde en el

intervalo de temperaturas de 127°C y 149°C. Posteriormente se mezcla con

los desechos y se colocan en contenedores para su enfriamiento, su

almacenamiento y disposición.

o Extrusión de polietileno: El proceso se lleva a cabo mezclando polietileno y

desecho seco. La mezcla se calienta y el producto es puesto en moldes

para su enfriamiento y solidificación. El producto de este proceso es muy

estable por las propiedades del polietileno.

o Cemento Pórtland/puzolánico: Este proceso consiste en que los silicatos de

los materiales puzolánicos (cenizas, polvo de incineradores o de hornos o

cemento Pórtland) reaccionan químicamente con agua para formar una

matriz cementosa que mejora las características físicas y de manejo del

desecho. También, estas sustancias aumentan el pH del agua propiciando la

precipitación y la inmovilización de los metales pesados que se encuentran

disueltos en el agua. Este método se utiliza cuando existen desechos con

contaminantes inorgánicos. Cuando hay contenido orgánico no se puede

decir que tan efectivo es este proceso.

o Solidificación de residuos radioactivos: Para que la solidificación de este

tipo de desechos se lleve a cabo, se adicionan aditivos químicos que unifican

y estabilizan la matriz para encapsular dichos desechos.

o Estabilización de lodos: Para la estabilización de lodos se adiciona un

reactivo, generalmente materiales de cementación, para transformar el lodo

de tal manera que los materiales peligrosos se encuentren en su forma menos

toxica o movible.


o Fosfatos solubles: Este proceso se lleva a cabo con la adición de diferentes

formas de fosfatos y álcalis para el control del pH y para la formación de

complejos metálicos de baja solubilidad para inmovilizarlos en un gran

intervalo de pH. Este proceso no convierte el desecho a un material más

duro o una masa monolítica.

o Vitrificación: Se utilizan temperaturas de 1200°C para fundir y convertir los

desechos en vidrio u otos productos cristalinos. Las altas temperaturas

destruyen la materia orgánica con muy pocos subproductos. Los metales y

los radio nucleótidos son incorporados a la estructura vítrea la cual es

resistente a la lixiviación.

Figura 2. 11 Diagrama de flujo de la solidificación/estabilización ex-situ. [41]

· In-situ: El proceso de s/s se lleva a cabo en el lugar donde se encuentra la materia a

tratarse. Este método consiste en la inyección de aire con los agentes químicos en

las diferentes capas de la tierra para poder inmovilizar la matriz del suelo e

inmovilizar los contaminantes impidiendo la lixiviación de los mismos y la

infiltración al subsuelo. La maquinaria que se utiliza para esta técnica es de un gran


tamaño con paletas e inyectores para poder realizar la solidificación y la

estabilización del suelo.

Figura 2. 12 Diagrama de flujo de la estabilización/solidificación in-situ [41]

Las limitaciones y puntos a considerar en las técnicas de

solidificación/estabilización son las siguientes:

· Condiciones ambientales pueden afectar la inmovilización de los contaminantes.

· Algunos procesos resultan con el doble de volumen de producto que con el que se

inicia.

· Algunos desechos no son compatibles con las técnicas de s/s.

· Los compuestos orgánicos generalmente no son inmovilizados, a menos de que se

utilicen temperaturas de los 1000°C o mayores.

· No se ha demostrado la efectividad de las técnicas de s/s a largo plazo.

· En el caso de la s/s in-situ, es muy importante conocer la profundidad de los

contaminantes porque esto puede ser una limitante a la maquinaria utilizada.

· El uso futuro de los sitios remediados es disminuido por el cambio a la naturaleza

de los mismos suelos.


2.9 Usos potenciales de lodos alcalinos con contenido de metales.

Los lodos se pueden utilizar en diferentes giros industriales. Un ejemplo de esto es la

utilización de los lodos que provienen del tratamiento de agua en la producción de ladrillos

y tejas. La proporción en la que se le adiciona este lodo puede cambiar las propiedades,

pero se ha visto que en pequeñas cantidades si puede ser beneficio para los productos [7].

En la industria de la construcción, se ha visto que el aglomerado de lodos que

provienen del tratamiento de agua, reemplazan completamente a los agregados de granito

en el concreto. Estudios se han hecho del concreto con el granito y con los lodos, y se ve

un aumento en propiedades y cualidades en el concreto.

2. revisiÓn bibliogrÁfica - universidad de las américas

Documents