5. resultados experimentales y discusiÓn
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5. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y DISCUSIÓN
5. Resultados experimentales y discusión
91
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.1 CARACTERIZACIÓN INICIAL
Se realizó la caracterización del agua de red utilizada por una empresa de
acabados de piel para su proceso de fabricación (hay que tener en cuenta
que en función del proceso en que se emplee será descalcificada o no). Los
resultados de la caracterización del agua no descalcificada se muestran en la tabla 5.1.
Tabla 5.1. Características del agua inicial
Parámetro Valor Parámetro Valor pH 7,9 Mg
(mg/L) 87
Conductividad (µS/cm)
616 Mn (mg/L)
< 0.05
Na (mg/L)
204 Fe (mg/L)
< 0.05
K (mg/L)
< 0.03 Al (mg/L)
< 0.3
Ca (mg/L)
216 Cr (mg/L)
< 0.06
CO32-
(mg/L) 34 HCO3
-
(mg/L) 256
5. Resultados experimentales y discusión
92
Se realizó una caracterización de las aguas en las diferentes etapas del
proceso de tintura, ya que este es el proceso que más cantidad de agua
consume ( 97 % del agua del proceso total). Los resultados de las distintas etapas se muestran en la tabla 5.2.
Tabla 5.2. Características del agua del proceso de tintura NEUTRALIZADO FIJACIÓN LAVADO FINAL
pH
6,4 pH
4,1 pH
5,4
Conductividad (µS/cm)
16.200 Conductividad(µS/cm)
10.740 Conductividad (µS/cm)
1.174
DQO (mg/L)
2.200 DQO (mg/L)
5.650 DQO (mg/L)
311
SS (mg/L)
860 SS (mg/L)
320 SS (mg/L)
< 0.01
Cr (mg/L)
24 Cr (mg/L)
35 Cr (mg/L)
4,8
Turbidez (NTU)
405 Turbidez (NTU)
512 Turbidez (NTU)
39,4
Color (1/20)
Inapre- ciable
Color (1/20)
Apreciable
Color (1/20)
Apreciable
Aceites y grasas (mg/L)
3.580 Aceites y grasas (mg/L)
2.310 Aceites y grasas (mg/L)
1.890
Como se puede observar en la tabla anterior, las aguas vertidas en la etapa de
neutralizado se caracterizan por una elevada conductividad, demanda química
de oxígeno, turbidez y aceites y grasas. Esto es debido, además de a los
propios reactivos, a que las pieles al ser puestas en contacto con el agua,
sueltan aquellos componentes, adquiridos en el proceso de curtición anterior,
que no están bien absorbidos. Se observa que al avanzar el proceso de tintura
las concentraciones disminuyen debido a los sucesivos lavados de las pieles.
Se realizaron dos caracterizaciones completas del agua global vertida, a lo
largo de los meses de junio y julio de 1997, basadas en los parámetros que
se recogen en el Real Decreto 849/1986 del 11 de abril (BOE nº 103 de
30/04/1986). La toma de muestras se realizó de una balsa de
homogeneización de la que dispone la empresa. Los resultados de cada
analítica se presentan en tabla 5.3.
5. Resultados experimentales y discusión
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Tabla 5.3. Características del agua vertida según R.D. 849/1986 Parámetro 03/06 15/07 Parámetro 03/06 15/07 Parámetro 03/06 15/07 Parámetro 03/06 15/07
pH
5,30 5,26 SO42-
(mg/L) 2.297 875 COT
(mg/L) 367 659 Cd
(mg/L) < 0.02 < 0.02
Tª (ºC)
16 16 NO3-
(mg/L) < 1 < 1 Na
(mg/L) 1.572 1.211 Cu
(mg/L) < 0.03 < 0.03
Conduct. (µS/cm)
6.350 3.870 SO32-
(mg/L) 4,0 2,3 K
(mg/L) 0,7 7,5 Sn
(mg/L) < 1 < 1
Color (1:20)
Apre-ciable
Apre- ciable
PT (mg/L)
0,1 0,1 Ca (mg/L)
191 55 Hg (mg/L)
< 2 < 2
Turbidez (NTU)
326 22 Cr(VI) (mg/L)
0,2 < 0,05 Mg (mg/L)
56 17 Ni (mg/L)
2,7 1,3
SS (mg/L)
300 428 CN- (mg/L)
0,06 < 0.03 Cr (mg/L)
104 24 Pb (mg/L)
< 0,5 < 0,5
STD (mg/L)
112 120 Cl- (mg/L)
1.000 1.120 Fe (mg/L)
0,8 1,1 Se (mg/L)
< 5 < 5
STV (mg/L)
51 53 F- (mg/L)
< 0,5 < 0,5 Mn (mg/L)
< 0.05 < 0.05 Zn (mg/L)
0,8 < 0.01
MS (mg/L)
44 49 Aceites Grasas (mg/L)
741 579 Al (mg/L)
0,4 < 0.3 Toxicid. (UT)
56 27
ST (mg/L)
628 789 Deterg. (mg/L)
2,8 3,7 As (mg/L)
< 3 < 3 Cl2 (mg/L)
0,2 0,3
DBO5 (mg/L)
259 100 Fenoles (mg/L)
2,3 2,0 Ba (mg/L)
< 0.2 < 0.2
DQO (mg/L)
1.775 1.990 CT (mg/L)
386 667 B (mg/L)
< 5 < 5
Se observa que las características de las aguas vertidas fluctúan dependiendo
del día debido a que en función de los requerimientos del cliente, los procesos
a que son sometidos las pieles son diferentes y de los reactivos utilizados.
En vista de los resultados se optó por realizar once caracterizaciones más del
agua vertida, determinando únicamente los parámetros más interesantes en los
tratamientos a aplicar.
Se realizaron once tomas de muestra de las aguas residuales vertidas, determinando los parámetros que se muestran en el anexo I. En la tabla
5.4 se muestran los valores mínimo, máximo y promedio de todas las tomas
de muestra realizadas.
5. Resultados experimentales y discusión
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Tabla 5.4. Características medias de las aguas vertidas por una industria de acabados de piel
PARÁMETRO MÍN. MÁX. PROM. PARÁMETRO MÍN. MÁX. PROM.
pH
4,6 7,9 6,1 Cr (VI) (mg/L)
< 0.05 < 0,05 ----
Tª (ºC)
12 20 14,4 Aceites y grasas (mg(L)
143 872 578
Conductividad (µS/cm)
3.234 6.350 4.283 CT (mg/L)
173 1.008 669
Turbidez (NTU)
18,8 1.751 409 COT (mg/L)
154 991 654
SS (mg/L)
63,5 6.879 1.050 Na (mg/L)
559 1.572 938
STD (mg/L)
100 958 266 K (mg/L)
0,7 11 7,5
STV (mg/L)
20 729 152 Ca (mg/L)
46 191 95
DBO5 (mg/L)
94 865 320 Mg (mg/L)
15 65 36
DQO (mg7L)
1.663 12.500 3.369 Cr (mg/L)
8,3 104 32
SO42-
(mg/L) 426 2.297 905 Fe
(mg/L) < 0,05 2,0 ----
NO3-
(mg/L) < 0.5 11,2 ---- Cl2
(mg/L) 0,1 1,7 0,5
PT (mg/L)
0,1 0,1 0,1 Color (1/20)
Inapre-ciable
Aprecia-ble
Aprecia-ble
Según los resultados obtenidos, se observa una gran variación en las características del efluente vertido. En la tabla 5.5 se presenta una
comparación de las características del efluente con los valores límite que
establece el Real Decreto 849/1986 y con los valores límite que establece la
Entitat de Sanejament, en rojo se presentan los valores que sobrepasan las
concentraciones máximas establecidas por el R. D. 849/1986 (tabla III).
5. Resultados experimentales y discusión
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Tabla 5.5. Comparación entre los valores límite del R.D. 849/1986 (Tabla III) y los valores mín., máx. y promedio
REAL DECRETO 849/1986 ENTITAT DE
SANEJAMENT EMPRESA
PARÁ
METRO
TABLA
I
TABLA
II
TABLA
III
Conc. media diaria máx.
Conc. instant.
máx.
MÍNIMO
MÁXIMO
PROMEDIO
pH
Comprendido entre 5,5 y 9,5 Comprendido entre 5,5 y 9,0
4.6 7,9 6,1
Tª (ºC)
3 3 3 40 50 12 20 14,4
Color
Inapreciable en dilución 1/40 1/30 1/20
Inapreciable a dilución 1/40
Inaprec. Aprec. Aprec.
SS (mg/L)
300 150 80 500 1.000 63,5 6.879 1.050
DBO5 (mg/L)
300 60 40 500 1.000 94,2 865,2 319,6
DQO (mg/L)
500 200 160 1.000 1.500 1.662 12.500 3.369
SO42-
(mg/L) 2.000 2.000 2.000 1.000 1.000 425,9 2.297 904,8
NO3-
(mg/L) 20 12 10 20 65 < 0.5 11,2 ----
PT (mg/L)
20 20 10 15 50 0,06 0,14 0,11
Cr (VI) (mg/L)
0,5 0,2 0,2 0,5 3 < 0.05 < 0.05 ----
Grasas (mg/L)
40 25 20 100 150 143 872 578
Cr (mg/L)
4,5 3,2 2,2 2,5 5 8,3 104,4 32,0
Fe (mg/L)
10 3 2 5 10 < 0,05 2 ----
Mn (mg/L)
10 3 2 5 10 < 0.05 < 0,05 ----
Como se puede observar en la tabla 5.5 los principales contaminantes del
vertido de estas aguas son sólidos en suspensión, DBO5, DQO, aceites y
grasas y cromo total, además del color presente en las aguas vertidas,
parámetros que habrá que disminuir en concentración para obtener unas aguas
menos contaminantes y cumplir con la legislación vigente.
5. Resultados experimentales y discusión
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5.2. LONGITUDES DE ONDA ÓPTIMAS
Para la realización de los diferentes ensayos se seleccionaron cuatro de los
colorantes más utilizados por las industrias de acabados de piel (información
facilitada por Clariant Ibérica). Estos cuatro colorantes fueron: Carbón Derma
NBS, Azul Corácido 2B-175, Pardo Derma D2R y Pardo Corácido CG.
Con el fin de conocer el porcentaje de la reducción del color, conseguido
mediante los distintos tratamientos, nos guiaremos por la absorbancia máxima
de cada colorante, por lo que en primer lugar se tendrá que determinar para
cada colorante la longitud de onda donde presenta la máxima absorbancia.
Para determinar las longitudes de onda óptima, se prepararon disoluciones de
40 ppm11,37,100 en colorante y se estudió el espectro en un intervalo de longitudes de onda comprendido entre 200-800 nm. En la figura 5.1 se
muestran los espectros obtenidos.
Figura 5.1. Espectros de los colorantes
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Longitud de onda (nm)
Abs
orba
ncia
AguaCarbón Derma NBSAzul Corácido 2B-175
Pardo Corácido CGPardo Derma D2R
5. Resultados experimentales y discusión
97
En la tabla 5.6 se muestran las longitudes de onda óptima (a las que se va a
realizar la medida de la absorbancia en los ensayos de eliminación de color)
elegidas para cada colorante.
Tabla 5.6. Longitudes de onda óptimas para cada colorante
Colorantes
Carbón Derma NBS
Azul Corácido 2B-175
Pardo Corácido CG
Pardo Derma D2R
λ (nm) 490 600 443 381
5. Resultados experimentales y discusión
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5.3. ENSAYOS DE OXIDACIÓN
5.3.1. TRATAMIENTO CON CLORO
Como se recoge en el apartado 2.2.3.1, debido a su estructura electrónica, el
cloro es un agente oxidante muy poderoso y funciona como tal en la mayoría
de sus reacciones químicas, favoreciendo la destrucción de la materia
orgánica. Al añadir cloro o sus compuestos al agua, se desprenden los
siguientes compuestos:
1. Ácido hipocloroso (HClO), ion hipoclorito (ClO-) y cloro elemental (Cl2). La
distribución de las tres especies depende del pH. El cloro elemental,
procedente del cloro gaseoso, sólo perdura durante breves instantes dentro
de la zona de pH normal.
2. Monocloramina (NH2Cl), dicloramina (NHCl2) y tricloruro de nitrógeno
(NCl3). Para la producción de estos compuestos, en el medio debe haber
amoníaco o nitrógeno orgánico. De nuevo, la distribución de las especies
será función del pH.
3. Cloraminas orgánicas complejas. En presencia no sólo de amoníaco, sino
también de nitrógeno orgánico, se formarán cloraminas orgánicas de
diferentes tipos.
Entre los compuestos más importantes que reaccionan con el cloro en el
tratamiento de aguas residuales se encuentran: amoníaco, nitritos, materia
orgánica carbonatada, cianuros, y sulfuro de hidrógeno. Frente a estas
sustancias, el ácido hipocloroso presenta tres principales modos de acción:
- Reacciones de oxidación con las especies susceptibles de reducción.
- Reacciones de adición con los enlaces no saturados.
- Reacciones de sustitución electrófila con las posiciones nucleófilas.
5. Resultados experimentales y discusión
99
RESULTADOS
Para estudiar la eliminación de color mediante cloración en los colorantes
seleccionados (Carbón Derma NBS, Azul Corácido 2B-175, Pardo Derma D2R
y Pardo Corácido CG), se adicionaron diferentes cantidades de hipoclorito
sódico (5% p/v de cloro activo) a 400 mL de solución coloreada de
concentración 40 ppm en colorante para obtener disoluciones de diferentes
concentraciones en Cl2 activo (5-125 mg/L). La mezcla se mantuvo en agitación
constante a 50 rpm y se tomaron alícuotas para medir el color al cabo de media
hora. Con el fin de comprobar si la reacción de oxidación había continuado
después de nuestra lectura, se volvió a realizar una segunda medida de la
absorbancia al cabo de otros 30 minutos. Los resultados obtenidos se recogen
en el anexo II.
Los ensayos de adición de cloro realizados muestran que se llega a conseguir
una eliminación del color del 70% con un tiempo de reacción de media hora y
50 mg Cl2 act./L disol. para los colorantes Carbón Derma NBS, Azul Corácido
2B-175 y Pardo Corácido CG, y una eliminación del 30% en las mismas condiciones para el colorante Pardo Derma D2R (figura 5.2).
Esta mayor eliminación del color en los colorantes Carbón Derma NBS, Azul
Corácido 2B-175 y Pardo Corácido CG es debida a que su grupo cromóforo,
unión azo, es destruido11, mientras que el grupo quinona del colorante Pardo
Derma D2R no puede ser oxidado. Además, el cloro protagonizará la cloración
de los anillos aromáticos.
5. Resultados experimentales y discusión
100
Figura 5.2. Reducción del color en los cuatro colorantes (30 minutos)
Finalmente, se realizó el espectro de todos los colorantes para comprobar si
realmente se había eliminado el color o si lo que había tenido lugar era un desplazamiento del mismo hacia otras longitudes de onda. En la figura 5.3 se
comprueba como lo que se consigue es la destrucción parcial de los grupos
cromóforos presentes en las moléculas de colorante.
Figura 5.3. Comparación de los espectros del colorante Carbón Derma
NBS sin/con tratamiento al cabo de 30 minutos (30 mg Cl2 activo/L disolución)
-20
0
20
40
60
80
100
-10 10 30 50 70 90 110 130 150
mg Cl2 activo/L disolución
% E
limin
ació
n co
lor
Carbón Derma NBS Azul Corácido 2B-175
Pardo Corácido CG Pardo Derma D2R
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Longitud de onda (nm)
Abs
Cl2 Sin tratamiento
5. Resultados experimentales y discusión
101
En las fotos de la figura 5.4 se puede apreciar la diferencia de color obtenida
para los cuatro colorantes al cabo de media hora de reacción.
Figura 5.4. Fotografías de los cuatro colorantes sin tratamiento y al cabo
de 30 minutos de reacción (30 mg Cl2 activo/L disolución)
Al cabo de una hora se volvió a medir la absorbancia de las soluciones, y se
comprobó que la reacción de oxidación del cloro activo había finalizado a la
media hora ya que se obtuvo el mismo porcentaje de reducción de color. A modo de resumen, en la tabla 5.7 se muestra una comparación de la
eliminación de color conseguida tras 30 minutos y una hora de reacción.
Tabla 5.7. Comparación en la reducción del color a los 30 minutos y a la
hora de reacción con cloro
% Reducción del color
Carbón Derma NBS
Azul Corácido 2B-175
Pardo Corácido CG
Pardo Derma D2R
mg Cl2
act/ L disol 30 min. 60 min. 30 min. 60 min. 30 min. 60 min. 30 min. 60 min.
5 15.9 16.3 22.3 21.3 10.2 9.8 0.2 0.2 50 66.2 73.2 70.0 70.1 72.6 72.3 27.9 28.2
125 72.6 74.5 67.1 67.4 83.0 83.3 34.2 35.6
Carbón Derma Azul Corácido NBS 2B-175
Pardo Derma Pardo Corácido D2R CG
5. Resultados experimentales y discusión
102
Con el fin de conocer la concentración de colorante al cabo de 30 minutos de
reacción para una determinada concentración de cloro, se representó el
logaritmo neperiano de la relación de concentraciones de colorante frente a la
concentración de cloro activo, observándose que el comportamiento se ajusta a
una ecuación de primer grado para cada uno de los colorantes. Estas
representaciones se muestran en la figura 5.5.
Figura 5.5. Variación de la concentración de colorante al cabo de media
hora de reacción frente a la concentración de cloro activo
Las ecuaciones de las rectas obtenidas para cada colorante son las que se
muestran a continuación.
Carbón Derma NBS:
ln(C/C0) = -0.0209 x ppm Cl2 activo – 0.046 r = 0.968 (5.1)
Azul Corácido 2B-175:
ln(C/C0) = -0.0686 x ppm Cl2 activo + 0.0221 r = 0.8753 (5.2)
Pardo Corácido CG:
ln(C/C0) = -0.0254 x ppm Cl2 activo - 0.0395 r = 0.988 (5.3)
Pardo Derma D2R:
ln(C/C0) = -0.0103 x ppm Cl2 activo + 0.0481 r = 0.9908 (5.4)
-1,8-1,6-1,4-1,2
-1-0,8-0,6-0,4-0,2
00,2
0 10 20 30 40 50 60 70
ppm Cl2 activo
ln(C
/C0)
Carbón Derma Azul CorácidoPardo Corácido Pardo Derma
5. Resultados experimentales y discusión
103
5.3.2. TRATAMIENTO CON H2O2 A pH ÁCIDOS
En el apartado 2.2.3.2. se indica que el peróxido de hidrógeno es un oxidante
muy interesante dentro de los oxidantes convencionales más utilizados, es
cada vez más empleado debido a que no produce compuestos clorados, y a
que su uso no genera precipitados, descomponiéndose en agua y oxígeno que
aumentan la biodegradabilidad del efluente. Además, el peróxido de hidrógeno
no es biocida, por lo que no afecta a un tratamiento biológico posterior.
Dependiendo de las condiciones de reacción y de las especies presentes en el
medio, el peróxido de hidrógeno puede reaccionar de forma directa o tras
haberse disociado en radicales libres.
El peróxido de hidrógeno presenta una gran selectividad de oxidación,
particularmente bajo las condiciones adecuadas de concentración, pH y
temperatura. Hay que tener en cuenta que si se utiliza un exceso de peróxido
de hidrógeno, los radicales hidroxilo producen radicales hidroperóxidos (HO2.)
que son mucho menos reactivos que los hidroxilo y, por lo tanto reducen la
eficiencia de la oxidación.
RESULTADOS
Para estudiar el grado de disminución del color que se podía conseguir
mediante el tratamiento de los colorantes con peróxido de hidrógeno en medio
ácido, se realizaron los siguientes ensayos: se estudiaron tres pH´s (2, 3 y 4),
adicionándose diferentes cantidades de H2O2 (5-41 mg/L). El pH se ajustó con
ácido sulfúrico 96% y el volumen de las disoluciones a tratar fue de 400 mL,
con una concentración de colorante de 40 mg/L, manteniéndose una agitación
constante de 50 rpm.
5. Resultados experimentales y discusión
104
Al cabo de media hora se comenzó a tomar alícuotas y medir su absorbancia,
realizándose la medida a los siguientes tiempos: 30 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas y 21 horas, en el anexo II se muestran todos los resultados
obtenidos.
En las tablas 5.8 y 5.9 se muestran los resultados obtenidos para el
tratamiento de los colorantes con cinco concentraciones de H2O2 (3, 7, 12, 17 y
41 ppm) entre las ocho concentraciones ensayadas, para los tres pH´s (2, 3 y
4) y con un tiempo de reacción de media hora y 21 horas.
Tabla 5.8. Reducción del color en función de la concentración de peróxido
de hidrógeno y del pH. Tiempo de reacción: 30 minutos
% Reducción del color
ppm H2O2
Carbón Derma pH
Azul Corácido pH
Pardo Corácido pH
Pardo Derma pH
2 3 4 2 3 4 2 3 4 2 3 4 3 18.6 15.5 7.3 8.7 10.0 -2.9 1.9 2.2 -5.1 8.2 2.2 3.6 7 19.4 21.9 3.9 19.0 1.6 -9.0 1.6 2.7 -4.6 9.4 2.9 1.4
12 24.7 19.3 2.0 13.1 -2.4 -8.0 1.3 2.5 -3.2 7.6 3.7 4.4 17 27.0 9.3 2.0 12.3 -6.1 -6.1 2.0 2.5 -3.7 9.1 5.2 1.9 41 27.4 11.1 6.1 0.5 -7.2 -6.9 4.8 6.4 -1.9 11.3 7.2 5.7
Tabla 5.9. Reducción del color en función de la concentración de peróxido
de hidrógeno y del pH. Tiempo de reacción: 21 horas
% Reducción color
ppm H2O2
Carbón Derma pH
Azul Corácido pH
Pardo Corácido pH
Pardo Derma pH
2 3 4 2 3 4 2 3 4 2 3 4 3 44.4 48 27.5 71.9 71.3 59.0 9.8 3.6 2.7 11.1 17.0 21.4 7 49.6 71.2 17.2 79.3 65.5 46.1 10.6 7.8 4.0 15.1 17.2 24.9
12 70.7 70.9 6.4 78.6 67.0 40.5 10.7 0 7.7 12.6 12.8 31.2 17 67.1 41.9 3.9 78.9 66.4 35.5 11.7 7.2 7.7 14.6 15.1 29.9 41 56.1 23.1 8.7 69.1 68.3 43.3 14.2 5.5 12.2 14.8 14.0 30.3
5. Resultados experimentales y discusión
105
Tal y como se observa en las tablas 5.8 y 5.9, la máxima eliminación de color
para los cuatro colorantes se obtiene a pH:2, esto es debido a que la función
azo está protonada, y el correspondiente catión está estabilizado por
resonancia, siendo la forma catiónica más fácil de decolorar24,101 cuanto más
ácido sea el medio.
Además, el grupo auxocrómico –NH2 también se protonará adquiriendo la
forma del ión amonio, -NH3+, contribuyendo de esta manera a una disminución
del color en la molécula de colorante.
También se observa que con el colorante Pardo Corácido CG, aún teniendo
como grupo cromóforo la unión azo, se obtiene una reducción del color muy
baja en comparación con los colorantes Carbón Derma NBS y Azul Corácido
2B-175, que también poseen como cromóforo el grupo azo, esto se debe a que
este colorante posee en su estructura molecular el grupo –NO2, que retira
densidad electrónica, haciendo más difícil la protonación y el ataque al enlace
azo.
Debido a que la acción del peróxido de hidrógeno es lenta bajo estas
condiciones, se observa que cuanto mayor es el tiempo de reacción mayor es
el porcentaje de color eliminado, llegándose a conseguir eliminaciones del 69%
en el caso del colorante Azul Corácido 2B-175.
Además, para tiempos de contacto cortos (30 minutos) se observa, en general,
un aumento en la eliminación de color con la concentración de peróxido de
hidrógeno, mientras que a tiempos largos se aprecia la máxima eliminación a
una concentración intermedia de H2O2 (12 ppm), y a partir de la cual la
eliminación del color disminuye o se mantiene constante en función del
colorante estudiado. Esta recoloración tiene lugar por razones
desconocidas12,102.
Para los pH´s 3 y 4 se consigue una mayor eliminación del color con
concentraciones de peróxido de hidrógeno bajas sin que esta eliminación
llegue a ser significativa.
5. Resultados experimentales y discusión
106
En resumen, con este tratamiento se consigue una mayor reducción del color
para los colorantes Carbón Derma NBS y Azul Corácido 2B-175 que para los
colorantes Pardo Corácido CG y Pardo Derma D2R debido, principalmente, a
las fórmulas moleculares de los mismos, que influye en la mayor o menor
facilidad en el ataque de los radicales hidroxilo a la molécula.
En las figuras 5.6, 5.7, 5.8 y 5.9 se pueden observar estas tendencias para
todas las concentraciones de peróxido de hidrógeno estudiadas.
5. Resultados experimentales y discusión
107
Figura 5.6. Reducción del color en el colorante Carbón Derma NBS con el
tratamiento H2O2 a pH´s: 2, 3 y 4
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
0 ppm H2O2 3 ppm H2O25 ppm H2O2 7 ppm H2O28 ppm H2O2 12 ppm H2O217 ppm H2O2 41 ppm H2O2
pH: 2
pH: 3
pH: 4
5. Resultados experimentales y discusión
108
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
0 ppm H2O2 3 ppm H2O2 5 ppm H2O2
7 ppm H2O2 8 ppm H2O2 12 ppm H2O2
17 ppm H2O2 41 ppm H2O2
Figura 5.7. Reducción del color en el colorante Azul Corácido 2B-175 con el tratamiento H2O2 a pH´s: 2, 3 y 4
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
pH: 2
pH: 3
pH: 4
5. Resultados experimentales y discusión
109
Figura 5.8. Reducción del color en el colorante Pardo Corácido CG con el
tratamiento H2O2 a pH´s: 2, 3 y 4
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
0 ppm H2O2 3 ppm H2O2
5 ppm H2O2 7 ppm H2O2
8 ppm H2O2 12 ppm H2O2
17 ppm H2O2 41 ppm H2O2
pH: 2
pH: 3
pH: 4
5. Resultados experimentales y discusión
110
Figura 5.9. Reducción del color en el colorante Pardo Derma D2R con el
tratamiento H2O2 a pH´s: 2, 3 y 4
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
pH: 2
pH: 3
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
0 ppm H2O2 3 ppm H2O2
5 ppm H2O2 7 ppm H2O2
8 ppm H2O2 12 ppm H2O2
17 ppm H2O2 41 ppm H2O2
pH: 4
5. Resultados experimentales y discusión
111
En la figura 5.10 se muestra el espectro del colorante Azul Corácido 2B-175
tras el tratamiento con 41 ppm H2O2 a pH 2 y 4 y con un tiempo de reacción de
21 horas, pudiéndose observar como a pH 2 es donde se consigue la mayor
reducción de color.
Figura 5.10. Comparación de los espectros del colorante Azul Corácido 2B-175 sin/con tratamiento 41 ppm H2O2 + pH´s: 2 y 4
En la figura 5.11 se puede comprobar visualmente el grado de eliminación del
color conseguido para los colorantes Carbón Derma NBS y Azul Corácido 2B-
175 para las condiciones indicadas en el pie de la figura.
Figura 5.11. Fotos del tratamiento de los colorantes Carbón Derma NBS y
Azul Corácido 2B-175 con 41 ppm H2O2 a pH´s: 2, 3 y 4 (270 min.)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Longitud de onda (nm)
Abs
pH:2 pH:4 Sin tratamiento
5. Resultados experimentales y discusión
112
5.3.3. TRATAMIENTO CON H2O2 Y Fe2+
Tal y como se apuntó en el apartado 2.2.3.3., el peróxido de hidrógeno en
presencia de catalizadores, como el hierro, mejora la oxidación, generando
radicales hidroxilo que reaccionan con las sustancias orgánicas.
Mediante este proceso, las aguas residuales tóxicas pueden ser tratadas para
reducir simultáneamente la toxicidad y el contenido de materia orgánica. Esta
oxidación química da lugar a la oxidación parcial de las sustancias orgánicas
refractarias a especies más biodegradables.
RESULTADOS
Para estudiar la eliminación de color en disoluciones de 400 mL de volumen
con 40 ppm de concentración en colorante, se realizaron diferentes ensayos
con diferentes combinaciones en concentración de peróxido de hidrógeno y de
hierro (II).
Así, para mismas concentraciones de peróxido de hidrógeno se varió la
cantidad de hierro (II) (sulfato ferroso) añadida entre 2.5 y 150 mg/L,
obteniéndose diferentes combinaciones de peróxido de hidrógeno con hierro
(II). En todo momento se mantuvo una agitación constante de 50 rpm. Las
medidas de las absorbancias se llevaron a cabo a la hora y las 15 horas.
Las combinaciones que se llevaron a cabo son las siguientes: a siete
disoluciones de 40 ppm en colorante y 400 mL de volumen se añadió una
concentración de peróxido de hidrógeno de 3 ppm y se ajusto la concentración
de hierro(II) a 0, 2,5, 10, 25, 50, 100 y 150 ppm; estas mismas concentraciones
de Fe(II) se ajustaron a disoluciones con 5, 7 y 8 ppm en H2O2. Los resultados obtenidos se recogen en el anexo II.
5. Resultados experimentales y discusión
113
Figura 5.12. Estudio de la reducción del color con el tratamiento H2O2 +
Fe2+
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160
ppm FeSO4
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160
ppm FeSO4
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160
ppm FeSO4
% E
limin
ació
n co
lor
Carbón Derma NBS
Azul Corácido 2B-
Pardo Corácido CG
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160
ppm FeSO4
% E
limin
ació
n co
lor
3 ppm H2O2 (1h) 3 ppm H2O2 (15h)8 ppm H2O2 (1h) 8 ppm H2O2 (15h)
Pardo Derma D2R
5. Resultados experimentales y discusión
114
En la figura 5.12 se observa como la concentración de peróxido de hidrógeno
no es un factor determinante en la reducción del color de la solución. Además,
la actuación del par H2O2/Fe2+ es más efectiva a largos tiempos de contacto (15
horas) que a cortos períodos de reacción (1 hora).
En el caso de los colorantes Carbón Derma NBS y Azul Corácido 2B-175 se
consigue, prácticamente, la misma disminución del color a partir de 100 ppm de
hierro(II) independientemente del tiempo de reacción y de la concentración de
peróxido de hidrógeno. Sin embargo, para los colorantes Pardo Corácido CG y
Pardo Derma D2R se consigue una mayor reducción del color a mayores
tiempos de contacto independientemente de la concentración de Fe2+.
Esta tendencia es debida a que los radicales hidroxilo atacan con facilidad las
uniones azo de los colorantes Carbón Derma NBS y Azul Corácido 2B-175,
mientras que el ataque al grupo azo del colorante Pardo Corácido CG está más
impedido a causa de poseer un grupo NO2 en posición para, que retira
densidad electrónica, haciendo más difícil el ataque a la unión azo. En el caso
del colorante Pardo Derma D2R, al ser su grupo cromóforo la quinona, no
puede ser más oxidado por lo que se obtiene una reducción del color muy baja,
debida al ataque a sus grupos auxocrómicos.
En la figura 5.13 se muestra el espectro del colorante Pardo Derma D2R antes
y después de ser tratado con 50 ppm Fe2+ y 8 ppm de peróxido de hidrógeno al
cabo de 15 horas.
5. Resultados experimentales y discusión
115
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Longitud de onda (nm)
Abs
H2O2+FeSin tratamiento
Figura 5.13. Espectro del colorante Pardo Derma D2R tratado con 50 ppm
Fe2+ y 8 ppm H2O2 al cabo de 15 horas En la figura 5.14 se muestra una fotografía de los cuatro colorantes antes y
después de ser tratados con 8 ppm H2O2 y 50 ppm Fe2+ durante 15 horas.
Figura 5.14. Fotografía de los cuatro colorantes antes y después de tratarlos con 50 ppm Fe2+ y 8 ppm H2O2 (15 h)
Después de observar los resultados obtenidos con este tratamiento, se
comprueba como el hierro (II) es el principal precursor de la destrucción de los
grupos cromóforos en las moléculas de colorante y como los mejores
resultados se obtienen a largos tiempos de contacto.
Carbón Derma
Azul Corácido
Pardo Derma
Pardo Corácido
5. Resultados experimentales y discusión
116
5.3.4. PROCESO FENTON
El proceso Fenton consiste en la oxidación por combinación del peróxido de
hidrógeno con hierro(II) en medio ácido, que corresponde a la máxima relación
de formación de radicales libres en el sistema H2O2-Fe2+ donde el hierro se
utiliza como catalizador, tal y como se comentó en el apartado 2.2.3.4.
Este proceso posee la ventaja de producir simultáneamente la oxidación y
coagulación química. Debido a esto, en trabajos recientes se ha utilizado el
reactivo Fenton para decolorar colorantes en aguas residuales.
El radical hidroxilo generado reacciona rápidamente y de manera no selectiva
con muchos compuestos orgánicos por la hidrógeno-abstracción y adición a los
enlaces C-C insaturados, por lo que al atacar a los enlaces C-C insaturados de
las moléculas de colorante causa la descomposición de estos compuestos y se
consigue la eliminación del color.
RESULTADOS
Este tratamiento se lleva a cabo en dos pasos:
1º Optimización del pH: a soluciones de 40 ppm de colorante (400 mL) se les
añade una cantidad fija de peróxido de hidrógeno y se varia el pH con ácido
sulfúrico. El pH óptimo será aquel con el que se consiga una mayor eliminación
del color. La absorbancia se midió al cabo de media hora.
2º Optimización de la concentración de hierro (II): a volúmenes de 400 mL de
soluciones de 40 ppm de colorante se les ajusto el pH al pH óptimo, obtenido
en el paso anterior, y se les adiciono una cantidad fija de peróxido de
hidrógeno. A continuación se varió la concentración de hierro (II) en solución,
obteniendo las condiciones óptimas para una mayor eliminación del color. Las
medidas de la absorbancia se realizaron al cabo de 30 minutos, una hora y dos
horas.
5. Resultados experimentales y discusión
117
Durante todo el ensayo la solución se mantuvo con una agitación de 50 rpm.
Los resultados de este tratamiento se muestran en el anexo II. Como se puede observar en la figura 5.15, tras diferentes ensayos se obtuvo
que el pH óptimo, aquel con el que se obtiene la mayor disminución de color,
es de 2. Para comprobar que este pH es independiente de la concentración de
peróxido de hidrógeno presente en el medio se hizo un estudio final repitiendo
los ensayos con mayores concentraciones de H2O2.
En la figura 5.16 se muestra, para el colorante Carbón Derma NBS, como el
pH óptimo sigue siendo 2 con una concentración de peróxido de hidrógeno de
66 ppm, se comprobó que esto mismo ocurre para los cuatro colorantes
ensayados.
Figura 5.15. Optimización del pH
Figura 5.16. Optimización del pH con el colorante Carbón Derma NBS
-20
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5 6 7
pH
% E
limin
ació
n co
lor
Carbón Derma
Azul Corácido
Pardo Corácido
Pardo Derma
ppm H2O2: 5
0102030405060708090
100
0 1 2 3 4 5 6 7
pH
% E
limin
ació
n co
lor 66 ppm H2O2
5 ppmH2O2
5. Resultados experimentales y discusión
118
Figura 5.17. Optimización de la concentración de hierro (II)
-20
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200 250 300
ppm FeSO4
% E
limin
ació
n co
lor
pH: 2ppm H2O2: 5
-20
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200 250 300
ppm FeSO4
% E
limin
ació
n co
lor
pH: 2ppm H2O2: 5
-20
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200 250 300
ppm FeSO4
% E
limin
ació
n co
lor
pH: 2ppm H2O2: 5
-20
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200 250 300
ppm FeSO4
% E
limin
ació
n co
lor 30 minutos
1 hora2 horas
pH: 2ppm H2O2: 5
Carbón Derma NBS
Azul Corácido 2B-175
Pardo Corácido CG
Pardo Derma D2R
5. Resultados experimentales y discusión
119
Como se puede apreciar en la figura 5.17 y en la tabla 5.10, para los
colorantes Carbón Derma NBS y Azul Corácido 2B-175, mediante el
tratamiento Fenton s e consiguen reducciones del color del 62% y 72%
respectivamente, con un tiempo de reacción de 30 minutos y 25 ppm Fe2+.
Aumentando el tiempo de contacto a 2 horas, la reducción del color aumenta a
más de un 80%. Sin embargo, para los colorantes Pardo Corácido CG y Pardo
Derma D2R, se consiguen reducciones del color del 42% y 8%
respectivamente, con un tiempo de reacción de 30 minutos y una concentración
de Fe2+ de 100 ppm, consiguiéndose un aumento en la reducción de hasta un
71% y 47% con un tiempo de contacto de 2 horas.
Esta mayor reducción del color en los colorantes Carbón Derma NBS y Azul
Corácido 2B-175 que en Pardo Corácido CG y Pardo Derma D2R es debida, al
igual que en los tratamientos de oxidación anteriores, a las distintas fórmulas
moleculares de cada colorante, resultando más fácil el ataque a los grupos
cromóforos en los colorantes Carbón Derma NBS y Azul Corácido 2B-175 que
en el Pardo Corácido CG y Pardo Derma D2R debido a la presencia del grupo
nitro y quinona en estos últimos.
En resumen, la mayor eliminación de color se obtiene para tiempos de contacto
de 2 horas, esto es debido a que el peróxido de hidrógeno, en este proceso,
desaparece al cabo de este tiempo, independientemente de la concentración
inicial, por lo tanto, un tiempo de reacción de 2 horas es necesario para el
proceso Fenton103.
También se observa como a partir de 25 ppm de Fe2+ no se consigue una
mejora en la reducción del color para los colorantes Carbón Derma NBS y Azul
Corácido 2B-175, siendo a partir de 100 ppm de Fe2+ en el caso de los
colorantes Pardo Corácido CG y Pardo Derma D2R.
5. Resultados experimentales y discusión
120
Tabla 5.10. Reducción del color en función de la concentración de Fe2+ con el tiempo de reacción (pH: 2; ppm H2O2: 5)
% Reducción del color
ppm Fe2+
Carbón Derma NBS
Azul Corácido 2B-175
Pardo Corácido CG
Pardo Derma D2R
30 min. 2 h 30 min. 2 h 30 min. 2 h 30 min. 2 h 2.5 44.5 55.5 64.7 76 9.6 15 5.2 6.9 25 61.8 83.3 72.1 80.1 12.4 33.2 5.7 16.6 250 80.0 88.9 71.3 78.6 62.3 76.3 19 39.5
En la figura 5.18 se comprueba que los grupos cromóforos del colorante Pardo
Derma D2R son efectivamente, al igual que en los otros tres colorantes
destruidos, obteniéndose una importante reducción del color.
Figura 5.18. Espectro del colorante Pardo Derma D2R antes y después del tratamiento Fenton. (pH: 2; ppm H2O2: 5; ppm Fe2+: 250; 2h)
En la figura 5.19 se puede comprobar visualmente el grado de reducción del
color para los colorantes Pardo Corácido CG y Pardo Derma D2R.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Longitud de onda (nm)
Abs
Sin tratamiento Fenton
5. Resultados experimentales y discusión
121
Figura 5.19. Optimización de la concentración de Fe2+. Concentración de Fe2+: 0, 25, 50, 100, 150 y 250 ppm (pH:2, ppm H2O2: 5)
Durante el tratamiento Fenton un gran número de pequeños flóculos fueron
detectados en el agua tratada. De acuerdo con Lin, S.H. y Chen, M.L.102 estos
flóculos son complejos de hidróxido de hierro formados por reacción entre el
hierro y los iones hidróxido.
Pardo Derma D2R
Pardo Corácido CG
5. Resultados experimentales y discusión
122
5.3.5. TRATAMIENTO CON OZONO
Resumiendo lo mostrado en el apartado 2.2.4.1., la ozonización para la
eliminación del color es recomendada debido a que no se generan lodos
químicos, tiene el potencial para producir la eliminación de color y la reducción
orgánica en un mismo paso y todos los residuos del ozono se descomponen
fácilmente en O2 y H2O.
El proceso de ozonización de compuestos disueltos en agua constituye una
técnica de oxidación avanzada, en la que interviene el radical hidroxilo
procedente de la descomposición del ozono.
La acción directa del ozono se concreta en tres posibles modos de acción:
- Reacciones de adición sobre los enlaces no saturados.
- Reacciones electrófilas en las que la parte positiva de la molécula de
ozono atacará a las posiciones de mayor densidad de electrones de
otras moléculas.
- Reacciones nucleófilas en las que la parte negativa de la molécula de
ozono atacará a las posiciones con déficit de electrones de otras
moléculas.
La descomposición indirecta del ozono es favorecida por los siguientes
factores:
- Aumento del pH del agua por introducción de iones OH-.
- Existencia de radicales que contribuyan a propagar la reacción de
descomposición.
- Ausencia de especies como bicarbonatos y carbonatos que tienen
gran afinidad por los radicales hidroxilo. Es decir, la presencia de
bicarbonatos tiende a estabilizar a la molécula de ozono y a favorecer
su acción molecular o directa.
5. Resultados experimentales y discusión
123
La acción del ozono sobre las sustancias orgánicas es la siguiente:
- Con los compuestos alifáticos insaturados el ozono lleva a cabo una
adición sobre el doble enlace y una ruptura de la molécula.
- Con los compuestos alifáticos oxigenados el ozono lleva a cabo una
oxidación (alcohol a aldehido y aldehido a ácido) y una ruptura de la
molécula.
- Con los compuestos orgánicos nitrogenados el ozono ataca al par de
electrones no compartidos del nitrógeno, dando lugar a un ataque
electrófilo.
- Con los compuestos aromáticos el ozono actúa sobre el anillo
bencénico para hidroxilarlo primero y abrirlo después, con formación
de compuestos alifáticos portadores de funciones carbonilo y
carboxilo.
RESULTADOS
En este caso se trataron 500 mL de muestra con una concentración de 40 ppm
de colorante, disponiéndose en una probeta de vidrio de 1 L para obtener el máximo tiempo de contacto entre el ozono y la muestra (figura 5.20).
Para obtener una generación de ozono constante durante el tratamiento, se
procedió a un precalentamiento del generador de ozono de 30 minutos. Una
vez estable el generador de ozono se trató la muestra de colorante hasta
conseguir la máxima eliminación del color. Las medidas de la absorbancia se
realizaron cada minuto durante los cinco primeros minutos y cada 5 minutos
hasta el final del ensayo. Todos los resultados obtenidos se recogen en el anexo II.
5. Resultados experimentales y discusión
124
Figura 5.20. Tratamiento con ozono del colorante Carbón Derma NBS
Como se puede observar en la figura 5.21 y en la tabla 5.11, mediante el
tratamiento con ozono de los cuatro colorantes se obtienen eliminaciones de
color prácticamente del 100% empleando largos tiempos de contacto.
Se puede comprobar como a cortos tiempos de reacción (5-15 minutos) se
obtiene una mayor eliminación de color a pH básicos (8 y 10) que a pH ácidos
(2 y 4); sin embargo, únicamente con el colorante Pardo Derma D2R se
observa que, tanto a tiempos cortos como a tiempos largos, la mejor reducción
de color se obtiene a pH básicos, mientras que con los colorantes Carbón
Derma NBS, Azul Corácido 2B-175 y Pardo Corácido CG es a pH ácidos con
los que mejor resultado se obtiene a tiempos largos.
Tabla 5.11. Comparación de la eliminación de color en los cuatro
colorantes a diferentes tiempos y distintos pH
% Reducción color
CARBÓN DERMA AZUL CORÁCIDO PARDO CORÁCIDO PARDO DERMA Tiempo (min.) Tiempo (min.) Tiempo (min.) Tiempo (min.)
pH 5 15 60 5 15 60 5 15 60 5 15 60 2 22.8 33.0 74.6 28.6 60.2 91.6 53.9 69.4 97.0 11.4 15.0 45.3 4 25.1 39.8 76.5 23.3 56.6 87.6 28.9 55.6 95.2 9.1 18.6 59.4 8 26.0 55.2 91.8 41.0 69.3 87.0 34.6 61.7 93.88 12.2 28.7 64.4
10 36.1 55.9 75.8 37.1 46.5 59.9 36.8 61.1 77.9 17.1 37.9 70.8
5. Resultados experimentales y discusión
125
Figura 5.21. Reducción del color por ozonización
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
pH: 7,8 (sin ajustar)pH: 2pH: 4pH: 10
Carbón Derma NBS
Azul Corácido 2B-175
Pardo Corácido CG
Pardo Derma D2R
5. Resultados experimentales y discusión
126
Como se ha comprobado con los resultados obtenidos, empleando ozono se
obtienen altas eliminaciones del color, esto es debido a la oxidación o ruptura
de los compuestos complejos y cromóforos que forman los colorantes
empleados62.
El pH de la solución altera la composición química del ozono así, los radicales
libres hidroxilo son formados por la descomposición del ozono a altos pH
mientras que el ozono molecular permanece como principal oxidante a pH
bajos65, esto explica el distinto comportamiento del ozono bajo diferentes
condiciones de pH.
En la figura 5.22 se muestra el espectro del colorante Pardo Derma D2R
tratado durante 3 horas con ozono, pudiéndose comprobar como se consigue
una buena destrucción de los grupos cromóforos a pH ácidos.
Figura 5.22. Espectro reducción del color en el colorante Pardo Derma D2R con ozono (tiempo: 3h)
En la figura 5.23 se muestra una comparación visual de los resultados
obtenidos para los colorantes Azul Corácido 2B-175 y Carbón Derma NBS a
pH:4 tras 100 minutos de reacción.
-0,5
00,5
11,5
22,5
33,5
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Longitud de onda
Abs
Sin tratamientopH: 2pH: 4
5. Resultados experimentales y discusión
127
Figura 5.23. Reducción del color mediante ozonización a pH: 4 de los colorantes Azul Corácido 2B-175 y Carbón Derma NBS (100 minutos)
Con el fin de conocer la variación de la concentración del colorante con el
tiempo mediante el tratamiento con ozono, se representó el logaritmo
neperiano de la relación de concentraciones frente al tiempo en minutos,
observándose que los datos se ajustan a una ecuación de primer grado. Estas
ecuaciones se muestran a continuación:
Carbón Derma NBS:
pH: 2 ln (C/C0) = -0.0244 t + 0.1584 r = 0.9791 (5.5)
pH: 4 ln (C/C0) = -0.0244 t - 0.01 r = 0.9874 (5.6)
pH: 8 ln (C/C0) = -0.0386 t - 0.1534 r = 0.9982 (5.7)
pH: 10 ln (C/C0) = -0.0175 t - 0.4121 r = 0.8958 (5.8) Azul Corácido 2B-175:
pH: 2 ln (C/C0) = -0.0387 t - 0.3648 r = 0.9785 (5.9)
pH: 4 ln (C/C0) = -0.029 t - 0.318 r = 0.9704 (5.10)
pH: 8 ln (C/C0) = -0.0229 t - 0.5958 r = 0.8952 (5.11)
pH: 10 ln (C/C0) = -0.0077 t - 0.3924 r = 0.8759 (5.12)
5. Resultados experimentales y discusión
128
Pardo Coracido CG:
pH: 2 ln (C/C0) = -0.0441 t - 0.0652 r = 0.9891 (5.13)
pH: 4 ln (C/C0) = -0.0474 t - 0.0853 r = 0.9933 (5.14)
pH: 8 ln (C/C0) = -0.0416 t - 0.2838 r = 0.9901 (5.15)
pH: 10 ln (C/C0) = -0.014 t - 0.6117 r = 0.7958 (5.16)
Pardo Derma D2R:
pH: 2 ln (C/C0) = -0.0089 t + 0.0162 r = 0.9971 (5.17)
pH: 4 ln (C/C0) = -0.0137 t + 0.0138 r = 0.9978 (5.18)
pH: 8 ln (C/C0) = -0.0165 t - 0.0223 r = 0.9874 (5.19)
pH: 10 ln (C/C0) = -0.0161 t - 0.1678 r = 0.9912 (5.20)
Este comportamiento de cinética de primer orden para la decoloración
mediante el tratamiento con ozono se recoge también en varias
publicaciones12,25,65,66,68.
5. Resultados experimentales y discusión
129
5.3.6. TRATAMIENTO CON OZONO Y H2O2
El sistema combinado de oxidación O3/H2O2 produce mayores rendimientos de
conversión que la ozonización simple, es decir, se observa un efecto sinérgico
entre el ozono y el peróxido de hidrógeno (apartado 2.2.4.1.).
En este sistema los radicales .OH se generan mediante un mecanismo en
cadena radicalaria por interacción entre el O3 y el H2O2, el mecanismo consta
de una serie de reacciones que involucran varios iones e intermedios como H+,
OH2+, O3
+, O2+, HO3
., etc.
RESULTADOS
El procedimiento seguido y material empleado en estos ensayos fue el mismo
que en el apartado 5.2.5.1, con la diferencia de que en cada experimento se
adicionó una determinada cantidad de peróxido de hidrógeno (30% p/v) con el
fin de estudiar si se producía una mejora en la eliminación del color.
Las cantidades estudiadas de H2O2 fueron cuatro: 0, 6, 30 y 60 mg H2O2/L
disolución de colorante, procediéndose a tomar alícuotas de muestra tratada
con ozono cada 5 minutos durante 1 hora. Todos los resultados obtenidos se muestran en el anexo II. En la tabla 5.12 se muestra un resumen de los
porcentajes de reducción de color obtenidos.
Tabla 5.12. Comparación de la reducción del color a tres tiempos con
diferentes concentraciones de H2O2
% Reducción del color
CARBÓN DERMA Tiempo (min)
AZUL CORÁCIDO Tiempo (min)
PARDO CORÁCIDOTiempo (min)
PARDO DERMA Tiempo (min)
ppm H2O2 5 15 60 5 15 60 5 15 60 5 15 60
0 25.7 53.6 92.4 43.2 70.7 86.7 30.4 53.4 89.0 11.0 24.1 56.6 6 23.5 40.7 61.5 23.4 47.1 81.3 32.4 59.5 89.2 9.9 17.8 37.9 30 38.3 45.4 60.3 33.6 58.8 86.4 32.4 60.1 86.7 14.0 19.8 37.2 60 52.4 54.4 66.1 40.8 63.6 88.9 36.1 60.5 87.0 18.5 23.8 40.7
5. Resultados experimentales y discusión
130
Figura 5.24. Reducción del color con el tratamiento O3 + H2O2
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor 0 ppm H2O2
6 ppm H2O230 ppm H2O260 ppm H2O2
Azul Corácido 2B-175
Pardo Corácido CG
Pardo Derma D2R
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
Carbón Derma NBS
5. Resultados experimentales y discusión
131
Según los resultados obtenidos y mostrados en la tabla 5.12 y la figura 5.24,
se observa como tendencia general una mayor reducción del color a tiempos
cortos (4, 5 minutos) con altas concentraciones de peróxido de hidrógeno,
alcanzándose reducciones de entre el 36-52% para los colorantes Carbón
Derma NBS, Azul Corácido 2B-175 y Pardo Corácido CG y del 19% para el
colorante Pardo Derma D2R (mucho más difícil de romper).
Esta tendencia se invierte a partir de los 5 minutos de reacción, obteniéndose
una mayor reducción del color con concentraciones bajas de H2O2, siendo las
reducciones del color al cabo de una hora de tratamiento cercanas al 90% para
los colorantes Carbón Derma NBS, Azul Corácido 2B-175 y Pardo Corácido
CG, mientras que para el colorante Pardo Derma D2R solo se obtiene una
reducción del 40%.
En el tratamiento con ozono y peróxido de hidrógeno la reducción de color se
asemeja a una cinética de primer orden. Las ecuaciones que representan la
variación de la concentración (mg/L) con el tiempo (minutos) se representan a
continuación:
Carbón Derma NBS:
ppm H2O2: 0 ln (C/C0) = -0.0139 t - 0.0459 r = 0.9892 (5.21)
ppm H2O2: 6 ln (C/C0) = -0.0077 t - 0.0521 r = 0.9698 (5.22)
ppm H2O2: 30 ln (C/C0) = -0.0066 t - 0.0941 r = 0.9498 (5.23)
ppm H2O2: 60 ln (C/C0) = -0.0069 t - 0.148 r = 0.9169 (5.24)
Azul Corácido 2B-175:
ppm H2O2: 0 ln (C/C0) = -0.0509 t - 0.2072 r = 0.9237 (5.25)
ppm H2O2: 6 ln (C/C0) = -0.0289 t - 0.1341 r = 0.9758 (5.26)
ppm H2O2: 30 ln (C/C0) = -0.0337 t - 0.2594 r = 0.9577 (5.27)
ppm H2O2: 60 ln (C/C0) = -0.0363 t - 0.3221 r = 0.959 (5.28)
5. Resultados experimentales y discusión
132
Pardo Coracido CG:
ppm H2O2: 0 ln (C/C0) -0.037 t - 0.1465 r = 0.9915 (5.29)
ppm H2O2: 6 ln (C/C0) = -0.0382 t - 0.1935 r = 0.9714 (5.30)
ppm H2O2: 30 ln (C/C0) = -0.0341 t - 0.2368 r = 0.9538 (5.31)
ppm H2O2: 60 ln (C/C0) = -0.0335 t - 0.2876 r = 0.9555 (5.32) Pardo Derma D2R:
ppm H2O2: 0 ln (C/C0) = -0.0139 t - 0.0459 r = 0.9891 (5.33)
ppm H2O2: 6 ln (C/C0) = -0.0077 t - 0.052 r = 0.9698 (5.34)
ppm H2O2: 30 ln (C/C0) = -0.0066 t - 0.0939 r = 0.9498 (5.35)
ppm H2O2: 60 ln (C/C0) = -0.0068 t - 0.1478 r = 0.9168 (5.36)
5. Resultados experimentales y discusión
133
5.3.7. RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
Tal y como se ha dicho en el apartado 2.2.4.2., la resistencia de algunos
compuestos a los tratamientos clásicos ha provocado la investigación de otros
métodos más efectivos. Una alternativa es la fotooxidación, cuya base es la
adición de energía radiante a un sistema, produciendo moléculas
electrónicamente excitadas que pueden dar lugar a reacciones químicas.
La fotooxidación es un proceso irreversible en el cual el colorante es degradado
a productos incoloros. En la mayoría de los azo colorantes, la fotooxidación
está asociada con la división oxidativa de la unión azo.
Como es de suponer, los colorantes en estado excitado son extremadamente
inestables y tienen un período de vida muy corto. El que la molécula de
colorante sea excitada o no dependerá de la fotosensibilidad y reactividad de la
misma y, por lo tanto, de esta última propiedad dependerá el que una molécula
de colorante pueda ser o no decolorada.
Sin embargo, la radiación ultravioleta presenta como inconvenientes la
necesidad de tener un agua clara (libre de turbidez) y capas finas de agua a
tratar.
RESULTADOS
En estos ensayos el volumen de la muestra a tratar fue de 100 mL, con una
concentración de 40 ppm en colorante.
Inicialmente se realizó un precalentamiento de la lámpara de 15 minutos, con el
fin de alcanzar una emisión estable de radiación ultravioleta, a continuación se
sometió la muestra a radiación ultravioleta, variando el tiempo de exposición y
midiéndose la absorbancia a cada uno de los tiempos. Los tiempos estudiados
fueron: 10 minutos, 30 minutos, 1, 2, 7 y 9 horas. Todos los resultados
obtenidos se muestran en el anexo II.
5. Resultados experimentales y discusión
134
Figura 5.25. Reducción del color mediante tratamiento por radiación UV. Potencia: 749 mW
En la figura 5.25 se puede observar como para poder obtener una reducción
del color del orden del 60%, es necesario tratar el agua coloreada con radiación
ultravioleta durante un periodo de tiempo muy elevado (7 horas).
Sin embargo, con el colorante Pardo Derma D2R únicamente se consigue
reducir el color en un 23% para un tiempo de contacto de 9 horas. Esto era de
esperar ya que el grupo quinona, que le da el color a este colorante, es mucho
más difícil de ser atacado que los grupos azo.
Hay que tener en cuenta que, según I. Sentana104, debido a las características
geométricas del reactor, el aprovechamiento de la intensidad de luz ultravioleta,
emitida en el reactor discontinuo, es tan solo del 18%, mientras que en un
reactor en continuo se aprovecha el 100% de la intensidad de luz UV emitida.
Tabla 5.13. Variación de la reducción del color en función del tiempo
mediante tratamiento con radiación UV
% Reducción del color Tiempo (min.) CARBÓN DERMA AZUL CORÁCIDO PARDO CORÁCIDO PARDO DERMA
10 13.0 10.0 5.5 -0.6 60 30.9 47.9 18.6 1.6
120 38.1 60.8 30.0 8.4 540 51.8 66.2 58.7 23.2
0102030405060708090
100
0 100 200 300 400 500 600
Tiempo (min)
% E
limin
ació
n co
lor
Carbón DermaAzul CorácidoPardo CorácidoPardo Derma
5. Resultados experimentales y discusión
135
En la tabla 5.13 se muestra como a medida que aumenta el tiempo de
exposición del colorante a la radiación ultravioleta se consigue una mayor
destrucción de los grupos cromóforos de las moléculas de los colorantes.
Según Daoxin, Y., Huasheng, X. y Shugui, D.38 y Chu, W. y Ma, C.W.24, las
reacciones que tienen lugar mediante la fotodegradación son:
1.- Eliminación de nitrógeno de azo-compuestos.
2.- Ruptura del sistema benceno.
3.- Reordenación de los radicales fotogenerados.
Estas reacciones son las que están produciendo una reducción del color en los
colorantes estudiados.
En la figura 5.26 se muestra el espectro del colorante Pardo Corácido CG tras
someterlo durante 7 horas a radiación ultravioleta.
Figura 5.26. Espectro del colorante Pardo Corácido CG antes y después del tratamiento con radiación UV (potencia: 749 mW) durante 7h.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Longitud de onda (nm)
Abs
UVSin tratamiento
5. Resultados experimentales y discusión
136
La variación de la concentración del colorante tratado con radiación ultravioleta
sigue un comportamiento lineal frente al tiempo. En la figura 5.27 se pueden
observar estas tendencias.
Figura 5.27. Variación de la concentración de los colorantes frente al
tiempo
Esta cinética de primer orden en la eliminación de colorante frente al tiempo de
exposición a la radiación ultravioleta coincide con los estudios realizados por Y.
Daoxin38 y N.H. Ince100. A continuación se muestran las ecuaciones que
recogen este comportamiento:
Carbón Derma NBS:
ln (C/C0) = -0.0058 t - 0.051 r = 0.9074 (5.37)
Azul Corácido 2B-175:
ln (C/C0) = -0.0082 t - 0.0373 r = 0.9619 (5.38)
Pardo Corácido CG:
ln (C/C0) = -0.0021 t - 0.058 r = 0.9833 (5.39)
Pardo Derma D2R:
ln (C/C0) = -0.0007 t + 0.0082 r = 0.9904 (5.40)
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Tiempo (min.)
ln(C
/C0)
Carbón Derma Azul Corácido
Pardo Corácido Pardo Derma
5. Resultados experimentales y discusión
137
5.3.8. TRATAMIENTO CON RADIACIÓN UV Y H2O2
La combinación de radiación ultravioleta con peróxido de hidrógeno es
especialmente interesante cuando se desea obtener un agua con un alto grado
de pureza. Este proceso es capaz de destruir muchos de los contaminantes
orgánicos más difíciles de degradar (apartado 2.2.4.2.).
Al utilizar la radiación ultravioleta combinada con el peróxido de hidrógeno se
observa un efecto sinérgico entre ambos, es decir, el rendimiento que se
obtiene es mayor que si se irradia primero el agua a tratar y, posteriormente, se
trata con peróxido de hidrógeno.
Hay que tener en cuenta que la fotólisis del peróxido de hidrógeno puede verse
afectada por la presencia de partículas en suspensión u otras especies
absorbentes. La presencia de otras especies reactivas en el agua, como
carbonatos, bicarbonatos, sustancias húmicas o iones fosfato, puede afectar al
grado de degradación de los contaminantes orgánicos por el consumo de
radicales hidroxilo.
RESULTADOS
Al igual que en el apartado anterior, el volumen de la muestra a tratar fue de
100 mL con una concentración de 40 ppm en colorante.
Con el fin de alcanzar una radiación estable de luz ultravioleta, se realizó un
precalentamiento de la lámpara de 15 minutos. Seguidamente, para un mismo
tiempo de exposición, se varió la concentración de peróxido de hidrógeno en la
muestra. En función de los resultados observados, los tiempos estudiados
fueron de 5, 10 y / o 15 minutos, al final de los cuales se procedía a la lectura de la absorbancia correspondiente. En el anexo II se recogen todos los
resultados obtenidos.
5. Resultados experimentales y discusión
138
Figura 5.28. Reducción del color mediante el tratamiento radiación UV +
H2O2
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5 6
ppm H2O2
% E
limin
ació
n co
lor
10 min15 min
Carbón Derma NBS
0102030405060708090
100
0 1 2 3 4 5 6
ppm H2O2
% E
limin
ació
n co
lor
10 min15 min
Azul Corácido 2B-175
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5 6
ppm H2O2
% E
limin
ació
n co
lor
5 min
10 minPardo Corácido CG
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5 6ppm H2O2
% E
limin
ació
n co
lor
10 min Sin Filtrar10 min Filtrado15 min Sin Filtrar15 min FiltradoPardo Derma D2R
5. Resultados experimentales y discusión
139
En la figura 5.28 y tabla 5.14 se observa la rápida reducción del color que
tiene lugar cuando se somete al colorante a la acción conjunta del peróxido de
hidrógeno y la radiación ultravioleta.
A partir de 0.7 ppm H2O2 no se consigue aumentar de manera significativa la
reducción del color de las soluciones, aunque sí que se consigue una mayor
reducción del color aumentando el tiempo de exposición a la radiación
ultravioleta.
Con el colorante Pardo Corácido CG se consigue una reducción del color más
alta y más rápida que con los colorantes Carbón Derma NBS, Azul Corácido
2B-175 y Pardo Derma D2R. Esto debe ser debido a que los intermedios
generados durante el tratamiento son mucho más reactivos que en el resto de
los colorantes.
Al someter al colorante Pardo Derma D2R a este tratamiento se observa la
formación de pequeños flóculos que dan turbidez a la solución, por lo que se
procedió a filtrarla, consiguiéndose una reducción del color mucho más elevada
(del 96% para un tiempo de reacción de 15 minutos).
Tabla 5.14. Comparación de la reducción del color mediante el tratamiento
H2O2 + UV
% Reducción del color
CARBÓN DERMA Tiempo (min)
AZUL CORÁCIDO Tiempo (min)
PARDO CORÁCIDO Tiempo (min)
PARDO DERMA Tiempo (min)
ppm H2O2 10 15 10 15 5 10 10 (F) 15 (F) 0.3 39.4 50.9 21.7 44.8 56.9 68.2 73.2 85.5 2.6 56.1 69.3 41.2 52.1 75.0 91.3 86.8 93.8 5.6 56.0 63.4 39.5 54.7 67.6 86.1 87.5 85.7
(F): Filtrado
5. Resultados experimentales y discusión
140
En la figura 5.29 se compara visualmente la eliminación del color conseguida
para los cuatro colorantes, comprobándose que la reducción de color obtenida
es bastante buena.
Figura 5.29. Comparación visual de la reducción del color mediante el tratamiento 15 minutos de radiación UV (potencia: 749 mW) + 1.3 ppm
H2O2
La concentración de los colorantes varia de forma lineal frente a la
concentración de peróxido de hidrógeno para un tiempo de reacción fijo. A
continuación se muestran las ecuaciones de primer grado que muestran este
comportamiento:
Carbón Derma NBS:
t = 10 min ln (C/C0) = -2.1374 ppm H2O2 - 0.27 r = 0.9392 (5.41)
t = 15 min ln (C/C0) = -3.1197 ppm H2O2 - 0.3427 r = 0.8858 (5.42) Azul Corácido 2B-175:
t = 10 min ln (C/C0) = -2.6453 ppm H2O2 - 0.0518 r = 0.9915 (5.43)
t = 15 min ln (C/C0) = -3.9074 ppm H2O2 - 0.1986 r = 0.9581 (5.44)
CARBÓN DERMA
AZULCORÁCIDO
PARDODERMA
PARDO CORÁCIDO
5. Resultados experimentales y discusión
141
Pardo Corácido CG:
t = 5 min ln (C/C0) = -0.5532 ppm H2O2 + 0.4414 r = 0.9256 (5.45)
t = 10 min ln (C/C0) = -12.649 ppm H2O2 – 0.0642 r = 0.9985 (5.46) Pardo Derma D2R (F):
t = 10 min ln (C/C0) = -10.827 ppm H2O2 - 0.2072 r = 0.972 (5.47)
t = 15 min ln (C/C0) = -15.985 ppm H2O2 - 0.2736 r = 0.9736 (5.48)
5. Resultados experimentales y discusión
142
5.4. COMPARACIÓN ENTRE LOS TRATAMIENTOS
Tras la realización de todos los ensayos de oxidación, se ha procedido a
realizar un estudio comparativo entre los mismos con el fin de conocer las
condiciones necesarias para obtener una reducción del color del 50%, así
como la máxima reducción del color que se puede conseguir con cada
tratamiento para cada uno de los colorantes.
5.4.1. REDUCCIÓN DE UN 50% EN EL COLOR
En la tabla 5.15 se muestra un resumen para cada colorante de las
condiciones de cada tratamiento y el porcentaje de reducción del color obtenido
(se han elegido las condiciones para las que se obtiene aproximadamente un
50% de reducción del color).
Como se puede observar en la tabla 5.15, los tratamientos estudiados con los
que se consigue una reducción de, aproximadamente, el 50% del color en
todos los colorantes son:
- H2O2 con Fe2+
- Fenton
- Ozono
- Radiación UV + H2O2
De entre ellos, el tratamiento con ozono y el tratamiento con UV + H2O2 son los
dos tratamientos que reducen el color en menos tiempo (máximo de 25 minutos
para reducir el color del colorante Pardo Derma D2R con ozono) y los que
menos cantidad de reactivos necesitan (máximo de 1.3 ppm H2O2 ).
5. Resultados experimentales y discusión
143
Tabla 5.15. Comparación de los distintos tratamientos para obtener una reducción del color del 50% COLORANTES
CARBÓN DERMA NBS AZUL CORÁCIDO 2B-175 PARDO CORÁCIDO CG PARDO DERMA D2R Tratamiento Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción
Cl2
30 ppm Cl2, 30 min.
51
10 ppm Cl2 30 min.
56
25 ppm Cl2 30 min.
54
No se alcanza
H2O2 + pH
pH: 2
6.6 ppm H2O2 21 horas
50
pH: 2
3.3 ppm H2O2 3 horas
51
No se alcanza
No se alcanza
H2O2 + Fe2+
3 ppm H2O2
100 ppm FeSO4 1 hora
74
3 ppm H2O2
100 ppm FeSO4
1 hora
92
3 ppm H2O2
100 ppm FeSO4
1 hora
50
8 ppm H2O2
150 ppm FeSO4
1 hora
54
Fentón
pH: 2
5 ppm H2O2
10 ppm FeSO4
30 min.
53
pH: 2
5 ppm H2O2
2.5 ppm FeSO4
30 min.
65
pH: 2
5 ppm H2O2
150 ppm FeSO4
30 min.
53
pH: 2
5 ppm H2O2
150 ppm FeSO4
2 horas
49
5. Resultados experimentales y discusión
144
COLORANTES
CARBÓN DERMA NBS AZUL CORÁCIDO 2B-175 PARDO CORÁCIDO CG PARDO DERMA D2R Tratamiento Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción
O3
pH: 8 15 min.
55
pH: 8 10 min.
60
pH: 2 3 min.
50
pH: 10
25 min. y
pH: 8
35 min.
51
O3/H2O2 6 ppm H2O2
30 min.
y
60 ppm H2O2
5 min.
51
52
6 ppm H2O2
15 min.
y
30 ppm H2O2
10 min.
47
50
6 ppm H2O2
10 min.
48
No se alcanza
UV
7 horas
51
1 hora
48
7 horas
59
No se alcanza
UV/H2O2
1.3 ppm H2O2
10 min.
y
0.3 ppm H2O2
15 min.
53
51
1.3 ppm H2O2
10 min.
y
0.7 ppm H2O2
15 min.
46
55
0.3 ppm H2O2
5 min.
57
0.3 ppm H2O2
10 min.
Filtrando
73
5. Resultados experimentales y discusión
145
5.4.2. MÁXIMA REDUCCIÓN DEL COLOR En la tabla 5.17 se muestra un resumen de las condiciones para cada
tratamiento y cada colorante, así como el mayor porcentaje de reducción del
color que se obtiene en cada caso.
Como se puede observar, únicamente hay dos tratamientos con los que se
consigue la eliminación total del color, estos son:
- H2O2 + Fe2+
- Ozono
Comparando estos dos tratamientos, el tratamiento con ozono únicamente
necesita el ajuste del pH de la solución y un tiempo de reacción máximo de 3
horas (para colorantes con grupos cromóforos quinona), frente a la elevada
concentración de peróxido de hidrogeno y sulfato de hierro (II) y las 15 horas
de reacción usados en el tratamiento con H2O2 + Fe2+. Por lo que el tratamiento
con ozono es el más indicado para eliminar el color en esta agua sintéticas.
Hay que tener en cuenta que, mejorando la difusión del ozono en el agua a
tratar, es decir aumentando el tiempo y la superficie de contacto entre el ozono
y el colorante, se disminuiría el tiempo necesario para conseguir una
eliminación total del color en el agua.
Con el fin conocer la cantidad de ozono (mg O3/L disolución) necesaria para
destruir los grupos cromóforos en los cuatro colorantes, se determinó la
concentración de ozono que llega a reaccionar con los mismos, para ello se
prepararon diferentes disoluciones del reactivo índigo (según el procedimiento
descrito en el “Standard Methods for the Examination of Water and Waste
Water”, 4500-O3 B ) y se trató con ozono en las mismas condiciones que los colorantes estudiados obteniéndose la figura 5.30.
5. Resultados experimentales y discusión
146
El volumen de la disolución final a tratar con ozono fue de 500 mL, variándose
la cantidad de reactivo índigo entre 150 y 500 mL. Esta disolución se trató con
ozono y se midió la disminución de la absorbancia con el tiempo.
Figura 5.30. Variación de la concentración de ozono aportado con el tiempo
Como se observa en la figura 5.30 la cantidad de ozono dosificado varia de
forma lineal según la ecuación de la recta:
mg O3 / L disolución = 0.1695 x tiempo (min.) + 0.0158 (5.49)
Considerando el tiempo necesario para destruir los grupos cromóforos en los
cuatro colorantes y la ecuación (5.49), se ha calculado la dosis de ozono
necesaria para eliminar el color en los cuatro colorantes estudiados, mostrándose en la tabla 5.16. Se ha considerado un tiempo de reacción de 105
minutos para los colorantes Carbón Derma NBS, Azul Corácido 2B-175 y Pardo
Corácido CG, y un tiempo de 180 minutos para el colorante Pardo Derma D2R.
Tabla 5.16. Dosis de ozono necesaria para eliminar totalmente el color
COLORANTE
CARBÓN DERMA NBS
AZUL CORÁCIDO2B-175
PARDO CORÁCIDO CG
PARDO DERMAD2R
mg O3/L disolución
17.8
17.8
17.8
30.5
00,20,40,60,8
11,21,41,6
0 2 4 6 8 10 12Tiempo (min)
mg
O3/L
dis
oluc
ión
500/500350/500150/500
5. Resultados experimentales y discusión
147
Tabla 5.17. Máxima reducción del color obtenida con cada tratamiento COLORANTES
CARBÓN DERMA NBS AZUL CORÁCIDO 2B-175 PARDO CORÁCIDO CG PARDO DERMA D2R Tratamiento Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción
Cl2
80 ppm Cl2, 30 min.
74
60 ppm Cl2 30 min.
71
125 ppm Cl2 30 min.
83
125 ppm Cl2 30 min.
34
H2O2 + pH
pH: 3
6.6 ppm H2O2 21 horas
71
pH: 2
6.6 ppm H2O2 21 horas
79
pH: 2
8.3 ppm H2O2 21 horas
12
pH: 2
8.3 ppm H2O2 21 horas
21
H2O2 + Fe2+
8 ppm H2O2
150 ppm FeSO4 15 horas
97
8 ppm H2O2
100 ppm FeSO4
15 horas
100
3 ppm H2O2
150 ppm FeSO4
15 horas
96
3 ppm H2O2
150 ppm FeSO4
15 horas
93
Fentón
pH: 2
5 ppm H2O2
150 ppm FeSO4
2 horas
91
pH: 2
5 ppm H2O2
150 ppm FeSO4
2 horas
83
pH: 2
5 ppm H2O2
250 ppm FeSO4
2 horas
76
pH: 2
5 ppm H2O2
150 ppm FeSO4
2 horas
49
5. Resultados experimentales y discusión
148
COLORANTES
CARBÓN DERMA NBS AZUL CORÁCIDO 2B-175 PARDO CORÁCIDO CG PARDO DERMA D2R Tratamiento Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción Condiciones % Reducción
O3
pH: 8 105 min.
99
pH: 2 100 min.
97
pH: 2 105 min.
99
pH: 10 180 min.
97
O3/H2O2
60 ppm H2O2
60 min.
66
60 ppm H2O2
60 min.
89
6 ppm H2O2
60 min.
89
60 ppm H2O2
60 min.
41
UV
9 horas
52
7 hora
67
9 horas
59
7 horas
24
UV/H2O2
2.6 ppm H2O2 15 min.
69
1.3 ppm H2O2 15 min.
59
2.6 ppm H2O2 10 min.
91
1.3 ppm H2O2 15 min.
Filtrando
96
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