BIOSORCIÓN DE COLORANTES EN AGUAS TEXTILES RESIDUALES

MEDIANTE MATERIA ORGÁNICA.

Pseudónimo: De tu ropa al ambiente

Resumen

El proyecto a continuación busca solucionar una problemática internacional con

gran impacto ecológico, la industria textil es una de las más importantes de

nuestro país y la contaminación del agua producida por estas industrias genera

cambios muy grandes en el medio ambiente, estas industrias desechan grandes

cantidades de aguas residuales, los cuales para ser eliminados del agua requieren

procesos químicos costosos por lo que algunas fábricas prefieren evitar este

proceso . Se propuso una alternativa de tratamiento de biosorción, utilizando

materia orgánica. Nuestro objetivo es degradar el colorante del agua residual para

así poder utilizarla posteriormente en más procesos de tinción de ropa. Se

utilizará un Espectrofotómetro de UV HACH para medir la efectividad del

tratamiento en diversas formas de aplicación, comprobando la precipitación del

colorante, eliminando esta forma de contaminación del agua. La metodología que

empleamos fue la obtención de colorantes. En cuanto a la materia orgánica se

ocupó opuntia sp, agave tequilana, solanum tuberosum, Sechium edule y

raphanus sativus; se compararon. El proceso empleado fue cortarlos en trozos,

poniéndolos a hervir y después licuarlos y así escalar las muestras según

corresponda en ml de agua en diferentes tubos de ensaye. Una vez hecho esto,

las muestras previamente preparadas se almacenaban en un cuarto aislado para

evitar el contacto con la luz solar por un tiempo de 3 semanas para la biosorción

del colorante, como proceso final se analizaron las muestras utilizando el

espectrofotómetro UV/VIS Modelo NACH Lambda 40 Marca PerkinElmer de

Docencia del departamento de Ciencias Básicas e Ingeniería (CBI) de la UAM-X.

Palabras clave:

Problemática, impacto ecológico, industrias textiles, aguas residuales, biosorción,

Espectrofotómetro de UV HACH, efectividad, precipitación, opuntia sp, agave

tequilana, solanum tuberosum, Sechium edule y raphanus sativus.

Introducción:

Marco Teórico:

Industrias textiles mexicanas

La industria textil es una de las más importantes de nuestro país. Sin embargo, es

una de las industrias con mayor consumo de agua y las aguas residuales que se

generan contienen un gran número de contaminantes de diferente naturaleza.

Entre los contaminantes se destacan los colorantes. Estos compuestos se diseñan

para ser altamente resistentes, incluso a la degradación microbiana, por lo que

son difíciles de eliminar en las plantas de tratamiento convencionales (Chunk et al,

1993: 2121).

En términos de población, el consumo medio en el mundo de colorantes por

persona al año es de alrededor de 200 gramos. En los países desarrollados puede

llegar hasta 600 o 700 g/persona, teniendo un uso por aplicación del 60% en la

industria textil, 25% en pinturas y tintas (pigmentos) (Anjaneyulu et al, 2005: 245).

INDUSTRIA CANTIDAD DE AGUA GENERADA (M3/TON)

CONCENTRACIÓN DE COLOR (UNIDADES HAZEN)

AZUCARERA 0.4 M3/TON CAÑA TRITURADA 150-200 CERVECERÍA 0.25 M3/TON CERVEZA PRODUCIDA 200-300 DESTILERÍA 12 M3/TON DE ALCOHOL PRODUCIDO 200-300 CURTIDO 28 M3/TON DE PIEL 400-500

PULPA Y PAPEL 175 M3/TON DE PAPEL 100-600 TEXTIL 120 M3/TON DE FIBRA 1100-1300

Tabla 1. Mostrando la cantidad de agua y concentración de color generadas por las diversas

industrias.

Aguas residuales de las industrias textiles mexicanas

Están presentes concentraciones significativas de metales pesados, como cromo,

cobre, zinc, níquel o plomo. En el proceso de fabricación de la fibra natural, el

agua residual puede contener pesticidas y contaminantes microbiológicos, como

bacterias, hongos y otros patógenos. Así como colorante. Estos metales pueden

acumularse en el cuerpo a lo largo del tiempo y son altamente tóxicos, con efectos

irreversibles, incluyendo lesiones del sistema nervioso (plomo y mercurio) o los

riñones (cadmio). El cadmio también está asociado a enfermedades cancerígenas

(De Moraes et al, 2000: 369).

CLASE DE COLORANTE

METALES

Directo Cobre Reactivo Cobre y níquel Ácidos Cobre, cromo, cobalto Premetalizados Cobre, cromo, cobalto Mordante Cromo

Tabla 2. Metales típicos encontrados en colorantes.

Tabla 3 con datos de pH, sólidos suspendidos, sólidos totales, oxígeno disuelto, DBO, DQO en el

agua residuales de la industria textil.

Colorantes utilizados en las industrias textiles mexicanas

Los colorantes son sustancias orgánicas fluorescentes o de color intenso que

imparten color a una sustancia incolora o bien, a un sustrato por medio de una

absorción selectiva de luz.

Los colorantes están formados por un grupo de átomos responsables del color

(cromóforos). Los grupos cromóforos más comunes son los azo (-N=N-), carbonilo

( C=O), metilo (-CH3), nitro y grupos quinoides.

Sus moléculas están constituidas por tres grupos funcionales, el cromóforo, que es

el grupo responsable de la absorción de la luz, dándole la propiedad del color a la

molécula; los auxocromos, que le dan afinidad por la fibra e intensifican el color, y

por último, el solubilizado, que le da afinidad a solventes diversos y está dado por

la presencia de iones como: -SO3 –Na+, -NH3+Cl-, -SO2-NH2+,-O+Na+. Los

colorantes también se clasifican de acuerdo a su aplicación: directos, reactivos,

dispersos, entre otros (Dias et al, 2007: 445).

Sustancias nocivas en el colorante para el agua

Alquifenoles (Se utilizan en la industria textil para procesos de lavado y teñido.

Son tóxicos para la vida acuática, persistentes en el medioambiente y

biocumulativos en los tejidos corporales. Son similares a las hormonas naturales

como el estrógeno, es decir, son disrupciones hormonales de carácter sexual en

algunos organismos (por ejemplo, la feminización de peces))

Ftalatos, Retardantes de llama bromados y clorados, Perfluorados, Parafinas

cloradas de cadena corta (PCCC), Clorofenoles, Clorobencenos, Colorantes

azoicos (son uno de los principales tipos de tintes utilizados por la industria

textil.Efectos: Algunos tintes azoicos al degradarse durante el uso liberan

sustancias químicas conocidas como aminas aromáticas, algunas de las cuales

pueden causar cáncer al entrar en contacto con la piel. La Unión Europea ha

prohibido el uso de estos colorantes azoicos), principalmente (De Moraes et al,

2000: 380).

Biosorción

Un método para la remoción del color de efluentes en varios materiales como:

aserrín, carbón activado, arcillas, suelos, composta, lodos activados, comunidades

vegetales, polímeros sintéticos o sales inorgánicas coagulantes (Chandran et al.

2002). Al proceso que utiliza a la biomasa, se le conoce como biosorción; en este

proceso la decoloración se alcanza por la saturación y posterior biosorción del

colorante sobre las células, ocurriendo esto con o sin biodegradación del

contaminante (Kuhad et al, 1956: 185).

El espectrofotómetro es un aparato que mide en función de la longitud de onda la

absorbancia de una muestra, cuyo resultado puede ser utilizado para determinar la

cantidad de colorante presente en una muestra. (Millan, 2003: 123)

Imagen 3. Espectrofotómetro UV/VIS Modelo Lambda 40 Marca PerkinElmer de Docencia del

departamento de Ciencias Básicas e Ingeniería (CBI) de la UAM-XI

Imagen 4. Funcionamiento del espectrofotómetro

Colores de la luz visible

Longitud de onda de máxima absorción (nm) Color absorbido Color observado

380-420 Violeta Amarillo-verde

420-440 Azul-violeta Amarillo

440-470 Azul Anaranjado

470-500 Verde-azul Rojo

500-520 Verde Purpura

520-575 Amarillo-verde Violeta

Tabla 3. Color observado y absorbido en función de la longitud de concentración

Objetivos

1. Identificar si la materia orgánica tiene las propiedades para precipitar el

colorante de las aguas residuales de las industrias textiles mexicanas.

2. Absorber el colorante del agua usando materia orgánica.

3. Comparar la eficacia para degradar el colorante entre el opuntia, agave

tequilana, solanum tuberosum, Sechium edule y raphanus sativus.

4. Analizar la efectividad del tratamiento mediante el uso de un

espectrofotómetro, para medir la absorbancia del agua tratada.

Problema de investigación:

La contaminación industrial a menudo puede significar productos químicos

peligrosos fuera de control. Las descargas o emisiones provienen de fugas de

fabricación de los procesos de producción, se escapan mientras se usa el

producto, o se emiten después de tirar el producto como basura. Muchos de los

productos químicos que se producen cuando se fabrican productos tienen

propiedades peligrosas intrínsecas. Podrían hacerse a propósito o

involuntariamente, pero la mayoría nunca ocurriría naturalmente. Los productos

químicos peligrosos no pueden manejarse lo suficientemente bien con técnicas de

"fin de tubería", incluidas las plantas de tratamiento de aguas residuales

comunes. Y muchos pueden hacer daño durante mucho tiempo y lejos de su

origen. Pueden viajar largas distancias y acumularse a lo largo de las cadenas

alimentarias, lo que finalmente envenena nuestro propio suministro de alimentos.

Se creó un tratamiento de remoción del colorante en aguas residuales de la

industria textil a base de Materia orgánica previamente hervida (opuntia sp, agave

tequilana, solanum tuberosum, Sechium edule y raphanus sativus). ¿Cómo lograr

remover colorantes textiles en el agua? ¿Cuál es la materia orgánica más

eficiente? Conocemos las propiedades de a materia orgánica, los cuales tienen

fibras solubles e insolubles, por lo que podemos usar como biosorbente; para

remover el colorante en el agua residual textil.

Hipótesis

Si conocemos las propiedades de un agua residual de industria textil, donde tienen

colorantes tipo azo, entonces podemos ocupar un método para degradar el

colorante de manera orgánica.

Metodología

1. Obtención de colorantes

· Azul mezclilla (659)

· Rojo escarlata (604)

· Castaño Oscuro (626)

· Rosa Mexicano (613)

2. Pesar 6 gr de cada colorante textil (mariposa)

3. Mezclar los 4 colorantes con 1000 ml de agua destilada para generar la

simulación de agua residual.

4. Obtención y reducción de opuntia sp, agave tequilana, solanum tuberosum,

Sechium edule y raphanus sativus (materia orgánica).

5. Calentar toda la materia orgánica con 500 ml de agua destilada

6. Establecer unas series de muestras donde se mantiene una simulación de 100

ml y variar las cantidades de materia orgánica de 10gr, empezando en 25gr hasta

40gr.

7. Se almaceno en un cuarto aislado para evitar contacto con la luz solar.

8. Se proporcionó un tiempo de 3 semanas para la biosorción del colorante.

9. Se analizaron las muestras utilizando el espectrofotómetro UV/VIS Modelo

Lambda 40 Marca PerkinElmer de Docencia del departamento de Ciencias

Básicas

e Ingeniería (CBI) de la UAM-X

10. Se filtró agua sin colorante y los lodos orgánicos con olor tipo azo.

Resultados

Los resultados indican que la muestra con mayor eficiencia fueron las

proporciones 30g/100ml, ya que utilizando el espectrofotómetro arrojó un resultado

de -2.665abs lo cual significa que la biosorción fue positiva. En los resultados

obtenidos realizamos distintas concentraciones, ocupando una simulación de agua

residual (agua destilada-colorante), elaborando grupos con diferentes

concentraciones de nopal, agave, rábano y chayote (previamente hervidos),

permaneciendo en 100 ml de agua residual 25 gr, 30 gr, 35 gr, y 40 gr toda la

materia orgánica.

Tabla 1. Absorbancia obtenida con cada una de las muestras de materia orgánica utilizada.

20 g/100 ml 25 g/100ml 30 g/100ml 35 g/100 ml 40 g/100ml

BLANCO 1/20= 1.04 x 20 = 21.88 absorbancia

NOPAL - -0.001 abs 0.248 abs 1.273 abs 1.451 abs

0.33 g/100

ml

0.43 g/100 ml 0.53 g/100 ml 0.63 g/100 ml

MAGUEY 1/10= -0.716

abs

0.716 abs 1/10= -0.994

abs

1/10= -0.945

abs

20 g/100 ml 25 g/100ml 30 g/100ml 35 g/100 ml 40 g/100ml

PAPA H -1.823 abs -2.665 abs 0.001 abs -2.184 abs

PAPA 1/10= 1.159 abs 1.663 abs 1/10= 0.282

abs

1.070 abs

RABANO 0.594 abs 0.086 abs 2.239 abs -0.281 abs

CHAYOTE 1.717 abs 1/10=

-0.147

0.927 abs 1/10= -0.350 3.385 abs

20 g/100 ml 25’ g/100ml 30’ g/100ml 35’ g/100 ml 40’ g/100ml

CHAYOTE -0.038 abs -0.442 abs -0.370 abs 0.589 abs

Figura 2 Primera semana agave tequiliana

Análisis de resultados:

Basándonos en la gráfica que se muestra a continuación se pudo comprobar que

la eficacia de la papa hervida fue mayor a los resultados que se obtuvieron de la

demás materia orgánica que se ocupó, si seguimos los datos de la gráfica., la

papa hervida nos arroja que la absorbancia fue de -12.43 abs. Se pudo comprobar

que al tener un resultado negativo mayor absorbancia se tendrá por lo que la

concentración de agua disminuyó.

Gráfica 1. Absorbancia de las muestras de los grupos experimentales en función de la

concentración C (g/ml)

Conclusiones

Nos dimos cuenta que la proporción más eficaz fue de papa hervida con

30g/100ml. También pudimos observar que las muestras transparentes no indican

resultados eficaces. Además, tenemos pensado en un futuro, ocupar la materia

orgánica sobrante para producir papel a partir de la celulosa que este genere.

Fichas bibliográficas

● Anjaneyulu Y., Sreedhara-Chary N. y Suman-Raj S., 2005. Decolourization

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● Chung K.T. y Stevens S.E.J., 1993. Decolourisation of azo dyes by

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fungal and plant systems: decolourisation of textile wastewater and related

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