tratamiento de aguas residuales textiles laneras industriales mediante electrocoagulaciÓn a nivel...

Universidad Nacional del Centro del Per

Instituto de Investigacin de la Facultad de Ingeniera Qumica

Informe Final TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES TEXTILES LANERAS INDUSTRIALES MEDIANTE ELECTROCOAGULACIN A NIVEL DE LABORATORIO F.I.Q. U.N.C.P.

Cdigo CTI : 03020008

Cdigo UNESCO: 3308.10

Fecha de inicio: Abril 2012

Fecha de culminacin: Marzo 2013

Ejecutores:Apellidos y NombresDNIInvestigador[footnoteRef:1] [1: Investigador : Docente, Administrativo, Estudiante / Sin vinculo]

Participacin[footnoteRef:2] [2: Participacin: Responsable, Corresponsable o Colaborador]

Facultad /Dependencia /InstitucinFirma (Obligatorio y personal)

Loayza Morales, Csar Augusto20093855DocenteResponsableF.I.Q.

Riccio Yauri, Luis Fernando19814712DocenteCorresponsableF.I.Q.

Reyes Cortz, ManuelDocenteCorresponsableF.I.Q.

La tabla debe estar rellenada en su totalidad.

Ms. Yssica Bendez RocaDirectora del Instituto de Investigacin de la Facultad de Ingeniera QumicaDr. Aurelio Jurez TorresDirector del Centro de Investigacin de la UNCP

Huancayo, Marzo 20131. Ttulo de Proyecto: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES TEXTILES LANERAS INDUSTRIALES MEDIANTE ELECTROCOAGULACIN A NIVEL DE LABORATORIO F.I.Q. U.N.C.P.ResumenLa electrocoagulacin es una tcnica utilizada para el tratamiento de las aguas residuales. Los contaminantes de muy diversos efluentes son removidos aplicando el principio de coagulacin, la misma que es generada por la corriente elctrica aplicada al lquido contaminado.El fundamento de la operacin coagulacin floculacin radica en que la corriente elctrica proporciona la fuerza electromotriz que provoca una serie de reacciones qumicas; los iones son aportados por el metal de los electrodos entre los cuales se aplic una diferencia de potencial, ocasionando un reacomodamiento de cargas lo que provoca la unin y/o aglomeracin de partculas. Cuando esto ocurre, los contaminantes forman componentes hidrofbicos que se precipitan o flotan, los iones metlicos se liberan y dispersan en el medio lquido y tienden a formar xidos metlicos que atraen elctricamente a los contaminantes que han sido desestabilizadosEl proceso se realiz en un recipiente dotado de una fuente de corriente y varios electrodos encargados de aportar los iones desestabilizadores de partculas coloidales que reemplazan las funciones de los compuestos qumicos que se utilizan en el tratamiento convencional.Para tal efecto los objetivos de la investigacin fueron principalmente Remocin de color en las aguas residuales del proceso de teido de industrias textiles laneras de la zona centro del Per, a nivel laboratorio mediante Electrocoagulacin.Aplicando el mtodo de la electrocoagulacin en el presente trabajo de investigacin se estudi la remocin de color en el efluente textil. Para tal fin se estudi antes y despus del tratamiento el efluente y se comparan estos valores con los obtenidos despus del proceso de electrocoagulacin.Los resultados obtenidos de la experimentacin en un reactor a nivel laboratorio de 2 litros, en la cual se ha demostrado que el mtodo de electrocoagulacin, usando los electrodos Aluminio y Fierro resulta ser muy efectivo en el proceso de electrocoagulacin de aguas residuales, para la remocin de color en efluentes de teido. Los iones necesarios para la coagulacin en un proceso qumico son aportados por los electrodos tales como Al+3 y Fe+3 los que provocan el efecto deseado de la coalescencia de las partculas, con ayuda de los la electrolisis del agua que desprende hidrogeno e oxigeno. Tambin se determino una densidad de corriente optima igual a 19 (A/m2) y una distancia ptima de separacin de electrodos igual a 1cm con un rea superficial de contacto de 3135.6 cm2, por ultimo podemos decir que el proceso de electrocoagulacin es una buena alternativa para la remocin de color de aguas residuales de un proceso de teido.

ndice

Titulo2Resumen2Introduccin4Marco terico 4Materiales y mtodos 9Resultados 10Discusiones 17Conclusiones 26Bibliografa 27

I. Introduccin

Los residuos coloreados generados en diferentes procesos industriales afectan la calidad fisicoqumica de los efluentes y generalmente se evidencian, an cuando su concentracin no es muy alta. Un gramo de colorante puede cambiar la caracterstica natural del color de 20 litros de agua y causar un impacto visible, lo que generalmente lleva a pensar que el grado de contaminacin de los vertimientos es muy elevado.Alrededor del mundo los lagos, ros, y otros cuerpos de agua son contaminados por descargas industriales, por la actividad antropognica o por procesos naturales. En los pases en desarrollo un 70% de los desechos industriales se vierten al agua sin tratamiento alguno. Las diferentes industrias de la regin centro utilizan cantidades de agua en las operaciones y en los diferentes procesos. Estas aguas, que despus de ser utilizadas, son contaminadas con diferentes tipos de residuos, detergentes, materias orgnicas, metales, etc. son vertidas directamente al rio sin tratamiento alguno por tanto se convierten en un foco de contaminacin.El uso del agua a nivel mundial se distribuye entre domstico, industrial y agrcola.Para los pases desarrollados 11% se utiliza para fines domsticos, 59% para la industria y 30% para la agricultura, mientras que para los pases en va de desarrollo slo el 8% tiene uso domstico, 10% para la industria y el 82% para la agricultura.El reuso y recirculacin son operaciones que hacen necesarias y son parte de las estrategias de manejo del agua. Sin embargo es necesario realizar tratamientos a los efluentes.Estos tratamientos deben ser adecuados para el propsito, tener una alta eficiencia, bajos costos y adicionalmente traer ventajas ambientales. Por consiguiente es importante desarrollar tcnicas innovadoras que entren a competir tcnica, econmica y ambientalmente con las tecnologas tradicionales. Hoy en da existen una serie de tecnologas emergentes que estn basadas en la electroqumica y que actualmente se presentan como alternativas que ofrecen ventajas competitivas frente a las tecnologas tradicionales. Se puede mencionar en este grupo la electrocoagulacin, la electroflotacin y la electrodecantacin.La electrocoagulacin, aunque no es una tecnologa nueva, ha sido poco estudiada y desarrollada. Pese a esto, ha logrado alcanzar un aprovechamiento comercial importante en el tratamiento puntual de algunos contaminantes, ubicndose como una tcnica con mayores ventajas comparativas con respecto a las tecnologas tradicionales de tratamiento. Por sta razn en los ltimos aos ha cobrado inters cientfico, pues se necesita entender a fondo el proceso y sus mecanismos.

II. Marco TericoLA ELECTROCOAGULACINLa electrocoagulacin es una tcnica utilizada para el tratamiento de las aguas residuales.Los contaminantes de muy diversos efluentes son removidos aplicando el principio de coagulacin, pero en este caso no se hace uso de un coagulante qumico (cuya funcin es llevada a cabo por corriente elctrica que es aplicada al medio lquido contaminado, como se muestra en la figura 1). Podemos entonces definir la electrocoagulacin como un proceso en el cual son desestabilizadas las partculas de contaminantes que se encuentran suspendidas, emulsionadas o disueltas en un medio acuoso, induciendo corriente elctrica en el agua a travs de placas metlicas paralelas de diversos materiales, siendo el hierro y el aluminio los ms utilizados.La corriente elctrica proporciona la fuerza electromotriz que provoca una serie de reacciones qumicas, cuyo resultado final es la estabilidad de las molculas contaminantes.Por lo general este estado estable produce partculas slidas menos coloidales y menos emulsionadas o solubles. Cuando esto ocurre, los contaminantes forman componentes hidrofbicos que se precipitan o flotan, facilitando su remocin por algn mtodo de separacin secundario. Los iones metlicos se liberan y dispersan en el medio lquido y tienden a formar xidos metlicos que atraen elctricamente a los contaminantes que han sido desestabilizados.

Figura1. Sistema de electrocoagulacin con nodo de aluminio y ctodo de hierro.Mecanismos y ReaccionesProceso de electrocoagulacin: Durante la electrlisis ocurren una serie de procesos fsicos y qumicos que permiten la remocin de los contaminantes. Estos procesos se pueden describir de la siguiente manera: En los electrodos ocurren una serie de reacciones que proporcionan iones tanto positivos como negativos. El nodo provee iones metlicos. A este electrodo se le conoce como electrodo de sacrificio, ya que la placa metlica que lo conforma se disuelve, mientras la placa que forma el ctodo permanece sin disolverse.Los iones producidos cumplen la funcin de desestabilizar las cargas que poseen las partculas contaminantes presentes en el agua. Cuando estas cargas se han neutralizado los sistemas que mantienen las partculas en suspensin desaparecen, permitiendo la formacin de agregados de los contaminantes e iniciando as el proceso de coagulacin.Los iones que proveen los electrodos desencadenan un proceso de eliminacin de contaminantes que se puede dar por dos vas: la primera por reacciones qumicas y precipitacin y la segunda procesos fsicos de agregacin de coloides, que dependiendo de su densidad pueden flotar o precipitar.Las reacciones ms importantes que pueden sufrir las partculas de contaminantes son: hidrlisis, electrlisis, reacciones de ionizacin y formacin de radicales libres.Estas reacciones cambian las propiedades del sistema agua- contaminantes, que conlleva a la eliminacin de la carga contaminante del agua.De acuerdo con la ley de Faraday, que rige el proceso de electrocoagulacin, la cantidad de sustancias formadas en un electrodo es proporcional a la cantidad de cargas que pasan a travs del sistema, y el nmero total de moles de sustancia formada en un electrodo est relacionado estequiomtricamente con la cantidad de electricidad puesta en el sistema.A diferencia de la coagulacin qumica, proceso en el cual el coagulante es adicionado al sistema como agente qumico, en la electrocoagulacin el coagulante es formado in situ mediante las reacciones dadas por la disolucin de iones del metal que conforma el electrodo de sacrificio. Como se explic anteriormente, la produccin de iones metlicos se da en el nodo38 y son los iones que, por oxidacin electroltica, dan origen a la sustancia qumica que hace las veces de coagulante.Segn es expuesto por Mohllah et al., se considera que en el proceso de electrocoagulacin intervienen tres etapas: inicialmente se forma el coagulante por oxidacin electroltica del metal del nodo, luego se da la desestabilizacin de los contaminantes y emulsiones y, finalmente, se produce la formacin de flculos por agregacin de partculas del contaminante o adsorcin de stas en el coagulante. Reacciones involucradas en la electrocoagulacin: Los materiales ms comnmente utilizados como electrodos en la electrocoagulacin son hierro y aluminio. Por esta razn se tratarn de manera especial las reacciones que se desarrollan manteniendo electrodos de estos dos metales en la celda. La bibliografa referenciada trata ampliamente estas reacciones, no slo para hierro y aluminio, sino tambin aquellas reacciones que ocurren cuando los electrodos son de otros metales o materiales.El proceso de electrocoagulacin es afectado por diferentes factores. Entre los ms importantes se encuentran la naturaleza y concentracin de los contaminantes, el pH del agua residual y la conductividad. Estos factores determinan y controlan las reacciones ocurridas en el sistema y la formacin del coagulante.Para el caso en el cual el hierro acta como nodo, se han propuesto dos mecanismos que explican la formacin in situ de dos posibles coagulantes. Estos pueden ser hidrxido ferroso Fe(OH)2 o hidrxido frrico Fe(OH)3.

Mecanismo I: Formacin del hidrxido frricoEn el nodo ocurren las siguientes reacciones:4Fe(s) 4Fe+2 (ac) + 8e-4Fe+2 (ac) + 10H2O(l) + O2(g) 4Fe(OH)3(s) + 8H+(ac)En el ctodo ocurre la reaccin:8H+ (ac) + 8e- 4H2 (g)Reaccin global:4Fe(s) + 10H2O(l) + O2(g) 4Fe(OH)3(s) + 4H2 (g)

Mecanismo II: Formacin del hidrxido ferrosoEn el nodo se dan las reacciones:Fe(s) Fe+2(ac) + 2e-Fe+2 (ac) + 2OH- (ac) Fe (OH)2(s)En el ctodo:2H2O (l) + 2e- H2(g) + 2OH-(ac)Reaccin global:Fe(s) + 2H2O(l) Fe (OH)2(s) + H2(g)Luego de la formacin de los hidrxidos de hierro los coloides se aglomeran, especialmente aquellos con carga negativa, y posteriormente otras partculas de contaminantes interactan con estos aglomerados, siendo removidos por formacin de complejos o atracciones electrostticas.Cuando el aluminio acta como nodo las reacciones son las siguientes.En el nodo:Al Al+3 + 3e-Al+3(ac) + 3H2O Al(OH)3(s) + 3H+(ac)nAl(OH)3 Aln(OH)3nEn el ctodo:3H2O + 3e- 3 H2 +3OH-Factores que afectan la electrocoagulacinSon muchos los factores que intervienen en el proceso de electrocoagulacin y algunos de estos factores tienen mayor influencia sobre el proceso. pH. El pH influye sobre la eficiencia de la corriente en el proceso de solubilidad del metal para formar hidrxido. Se ha observado en diferentes investigaciones que el pH vara durante el proceso de electrocoagulacin y esta variacin es dependiente del material de los electrodos y del pH inicial del agua a tratar. El pH durante el proceso puede incrementarse para aguas residuales cidas, efecto atribuido a la generacin de hidrgeno molecular que se origina en el ctodo. En contraposicin, en aguas residuales alcalinas el pH puede decrecer y, dependiendo de la naturaleza del contaminante, el pH influye sobre la eficiencia del proceso.Se ha determinado en algunos casos que la mayor eficiencia en la remocin de un contaminante se da dentro de un rango especfico de pH, e incluso este rango puede ser amplio. En trminos generales las mejores remociones se han obtenido para valores de pH cercanos a 7. Ejemplos de esta situacin se pueden ver en la remocin de arsnico en aguas de consumo, donde el mayor porcentaje de remocin de arsnico se da en pH entre 6 y 8, y las mejores remociones de turbiedad y DQO en las aguas de la industria textil se dan en un pH de 7.Las reacciones que se dan durante el proceso de electrocoagulacin le dan al medio acuoso capacidad buffer. Especialmente en aguas residuales alcalinas, esta propiedad previene grandes cambios de pH, con lo cual son menores las dosificaciones de sustancias qumicas para regular el pH.Densidad de corriente. Como las variables elctricas en el proceso de electrocoagulacin son los parmetros que ms influyen en la remocin del contaminante de un agua residual y estn ligados a factores econmicos, se debe prestar mayor atencin a su estudio.La eficiencia en la remocin y el consumo de energa se incrementan con el aumento en la densidad de corriente. Para algunas conductividades del medio acuoso el consumo de energa se incrementa proporcionalmente con los aumentos de conductividad, lo que conlleva a un consumo mayor de energa. Para altos consumos de energa se presentan prdidas por la transformacin de energa elctrica en calrica, producindose un aumento en la temperatura del medio acuoso.El suministro de corriente al sistema de electrocoagulacin determina la cantidad de iones de aluminio Al+3 o hierros Fe+2, liberados por los respectivos electrodos.En general un aumento de la densidad de corriente genera un aumento en la remocin de contaminante. Una densidad de corriente demasiado grande producira una disminucin significativa en la eficacia. La seleccin de la densidad de corriente podra realizarse teniendo en cuenta otros parmetros de operacin, como pH y temperatura. La energa elctrica que se suministra a la celda electroqumica puede ser mediante corriente alterna (CA) o bien como corriente directa (CD). Las caractersticas propias del paso de cada una de las corrientes a travs del medio acuoso generan diferentes respuestas electroqumicas entre las placas y el agua residual tratada. Cuando se suministra corriente directa se produce en el ctodo una impermeabilizacin, lo que causa una menor eficiencia en la remocin.Conductividad: Un incremento en la conductividad elctrica genera a su vez un incremento en la densidad de corriente. Cuando se mantiene constante el voltaje alimentado a la celda de electrocoagulacin y adicionalmente el incremento de la conductividad, manteniendo la densidad de corriente constante, se produce una disminucin del voltaje aplicado.La adicin de algunos electrlitos tales como NaCl o CaCl2 generan un aumento en la conductividad del agua residual. Adems se ha encontrado que los iones de cloruro pueden reducir los efectos adversos de iones como HCO3- y SO4=, pues la presencia de iones carbonatos o sulfatos pueden conducir a la precipitacin de Ca+2 y Mg+2 produciendo una capa insoluble depositada sobre los electrodos que aumentara el potencial entre stos, decreciendo as la eficiencia de la corriente. Se recomienda, sin embargo, que para un proceso de electrocoagulacin normal se mantengan cantidades de Cl- alrededor del 20%.Temperatura. Los efectos de la temperatura sobre la electrocoagulacin no han sido muy investigados, pero se ha encontrado que la eficiencia en la corriente se incrementa inicialmente hasta llegar a 60 C, punto donde se hace mxima para luego decrecer. El incremento de la eficiencia con la temperatura es atribuida al incremento en la actividad de destruccin de la pelcula de xido de aluminio de la superficie del electrodo.

III. Materiales y Mtodos:Los equipos y materiales utilizados en todo el proceso de electrocoagulacin son los siguientes:Materiales utilizados Jeringas (30ml) y agujas Guantes quirrgicos Recipientes de vidrio (20ml) con tapa3.3.2. Equipos e instrumentos Termmetro de 0 a 100 C pH metro Multitester de corriente alterna y continua Cronmetro Espectrofotmetro UV-VISEquipos e instrumentos (sistema de electrocoagulacin): Transformador.- Este transformador permite la transmisin de energa desde un circuito de voltaje alto a otro menor. Rectificador.- Este aparato convierte la corriente alterna en corriente continua. Celda electroltica.- La celda electroltica es de un tipo Batch construido de vidrio semigrueso; cuyas dimensiones son las siguientes: Altura: 20 cm. Largo: 20 cm Ancho: 10 cm Electrodos para las pruebasnodo: Se utiliz como nodos, fierro con las siguientes dimensiones. Largo: 10 cm. Ancho: 9 cm Espesor: 0.15 cmCtodo: Se utiliz como ctodo al aluminio con las siguientes dimensiones. Largo: 10 cm. Ancho: 9 cm Espesor: 0.15 cmLas medidas de nodos y ctodos estn referidas solo a la superficie de dichos electrodos que se encuentran en contacto con el efluente. Celda Electroltica.No existe un diseo escrito de dimensionamiento para la construccin de una celda electroltica o del reactor en donde se realizar la electrocoagulacin, para la construccin de la misma nos basamos en:Variables de Diseo: Volumen de la celda electroltica. Forma y dimensiones de los electrodos. rea de contacto de los electrodos. Distancia y/o cantidad de electrodos.Variables de Funcionamiento Densidad de corriente aplicada con ello la temperatura. Tiempo de operacin.IV. ResultadosRealizacin de Pruebas para la Electrocoagulacin de Aguas Residuales del Proceso de Teido de la Empresa Textil: Caracterizacin del agua residual:Tabla 3.1: Caracterizacin del agua residual antes del tratamiento electroqumico:ParmetroValor

Oxigeno Disuelto (ppm)2.2

DBO5 (ppm)378.5

DQO (ppm)802.0

Ph3

COLOR (JIS)1511.1

Slidos Totales (mg/L)6410

Conductividad (S/cm)12400

Procedimiento Experimental: Se obtuvo datos antes del tratamiento de electrocoagulacin (caracterizacin). Para el tratamiento del efluente: Se coloc los electrodos (combinaciones Aluminio Fierro) en la celda electroltica de modo que estos se encuentren separados en paralelo, se utiliz unos separadores confeccionados de mica gruesa, con la finalidad de que no exista contacto entre electrodos. Se verti en la celda electroltica, dos litros de muestra a tratar. Se conect los electrodos utilizando los alambres de cobre (como conductores) a la fuente de poder, el cual proporciona una corriente continua y as proceder con el proceso de Electrocoagulacin. Se encendi la fuente de poder y se estableci el Voltaje a trabajar, (voltaje que ha sido definido por datos tericos y por trabajos preliminares al proceso), el mismo que nos dio un Amperaje de trabajo adecuado. Se observ los fenmenos que ocurrieron en el proceso de electrocoagulacin. Al culminar el proceso de electrocoagulacin, se procedi al apagado del equipo que proporciona la corriente continua. Se pas a retirar los electrodos. Se dej la celda en reposo por un tiempo de 30 min. para que los slidos suspendidos se sedimenten o precipiten. Una vez separados, liquido y solido, se tom una muestra del agua electrocoagulada para realizar el anlisis correspondiente. Se repite los pasos mencionados para cada experimento.Determinacin de la densidad de corriente y distancia entre electrodosSe trabaj con los electrodos (Aluminio - Fierro), esta combinacin de electrodos fue escogida ya que est demostrado por distintos trabajos realizados q es la combinacin con la cual se logra mayor remocin. Se determin entonces la densidad de corriente y distancia entre electrodos, para lo cual se trabaj con las siguientes condiciones y/o parmetros: Tabla 3.2: Parmetros de trabajo:ParmetrosValor

pH inicial promedio3

Temperatura (C)15

Volumen tratado (L)2

Separacin entre electrodos (cm)1 y 3

N de electrodos 18 (separacin de electrodos 1 cm)

06 (separacin de electrodos 3 cm)

rea de contacto (cm2)3135.6 (separacin de electrodos 1cm)

925.2 (separacin de electrodos 3cm)

Tabla 3.3: Variables y Niveles: VARIABLESNIVELES

Distancia (cm)Mnimo (-)

Densidad de corriente (A/m2 ) Mximo (+)

Tabla 3.4: Matriz de Diseo Experimental mn para las pruebas de electrocoagulacin:N EXPERIMENTOCOMBINACIN DE NIVELES

DISTANCIADENSIDAD DE CORRIENTEDISTANCIA (cm)DENSIDAD DE CORRIENTE (A/m2)

1++3150

2+-364

3-+144

4--119

NOTA:En la realizacin de los experimentos nos encontramos con un problema para lo cual se propuso como solucin que es la de sub dividir los efluentes de las aguas residuales provenientes del proceso de teido de las industrias laneras, en dos grupos Grupo uno: colorante Rodamina B, por tratarse de un colorante persistente de estructura qumica compleja, su degradacin en la actualidad es an tema de investigacin.Grupo dos: Colorantes cidos (Directos), es este grupo se ubic toda la gama de efluentes colorantes desechados por la empresa excepto la rodamina B, estos colorantes son mucho ms simples en estructura pero no menos perceptibles en cuanto a intensidad de color.Por tanto se realiza pruebas separadas por cada grupo pues las condiciones no sern las mismas por las razones ya explicadas.

Tabla 3.5: Resultados experimentales para la Rodamina B, trabajados con la matriz de diseo:N EXPERIMENTOCOMBINACIN DE NIVELESCOLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO


1++3150804,1180,377,58

2+-364375,753,28

3-+144111,186,18

4--119155,980,61

Tabla 3.6: REPETICIN de los resultados experimentales para la Rodamina B, trabajados con la matriz de diseo:N EXPERIMENTOCOMBINACIN DE NIVELESCOLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO


1++31501051,3397,812,16

2+-364491,653,24

3-+144186,8482,23

4--119252,775,96

Tabla 3.7: Resultados experimentales para el Grupo Dos, trabajados con la matriz de diseo:N EXPERIMENTOCOMBINACIN DE NIVELESCOLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO


1++315056331678,670,20

2+-3642235,760,31

3-+144281,6595,00

4--119558,290,09

Tabla 3.8:REPETICIN de los resultados experimentales para el Grupo Dos, trabajados con la matriz de diseo:N EXPERIMENTOCOMBINACIN DE NIVELESCOLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO


1++315061081785,770,76

2+-3642499,959,07

3-+144264,295,67

4--119602,290,14

Con las pruebas o experimentos realizados a nivel laboratorio se obtuvieron diferentes resultados, se observa variados porcentajes de remocin de los efluentes del proceso de teido de la empresa textil. Se puede apreciar que a Distancia mnima (1cm) y a Densidad de corriente mxima (44 A/m2), sea la combinacin (-,+), el % de color removido tanto para el experimento del grupo uno y dos (ambas con sus repeticiones) son mayores que con las otras pruebas. El porcentaje de remocin del grupo uno (y su rplica) es: 86.18% y 82.23%; para el grupo dos es: 95% y 95.67% respectivamente.Pruebas de optimizacin de densidad de corriente.Con el afn de seguir investigando y de hacer un trabajo de mejor aporte para la empresa textil, Cooperativa Industrial Manufacturas del Centro Ltda., es que se busc optimizar la densidad de corriente interactuando con el tiempo:

Tabla 3.9: Resultados experimentales para la Rodamina B

TIEMPO (min)VADENSIDAD DE CORRIENTE (A/m2)COLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO

X25,9519900,5401,855,38

X48,5827215,976,02

X611,3036190,278,88

X813,844490,589,95

2x25,9519100,888,81

Tabla 3.10: REPLICA de los resultados experimentales para la Rodamina B


X25,9519899,8391,656,48

X48,5827197,8178,02

X611,3036152,783,03

X813,844486,8490,35

2x25,951993,989,56

Tabla 3.11: Resultados experimentales para el Grupo II:


X25,951952141016,7380,50

X48,582733993,50

X611,303633,299,36

X813,84447,3799,86

2x25,951993,998,20

Tabla 3.12: REPLICA de los resultados experimentales para el Grupo II:


X25,951968911181,282,86

X48,5827230,796,65

X611,3036200,597,09

X813,844466,8199,03

2x25,9519128,298,14

De las pruebas experimentales: x, es el tiempo de operacin no muy importante de reportar por ahora, pero si se debe mantener constante. La pruebas realizadas en la fila 2x, son pruebas adicionales para observar el % de remocin, duplicando el tiempo de operacin y utilizando la mnima densidad de corriente.

Con las pruebas experimentales queda demostrado que A mayor Densidad de Corriente, mayor % de color removido, (tiempo x, 44 A/m2- remocin promedio del grupo uno y dos: 90% y 99% respectivamente), pero ser sta una solucin apropiada para la empresa textil? Se procedi entonces a interactuar con el tiempo, solo se duplic el tiempo de operacin a la prueba con la cual se obtuvo el % de remocin ms baja (tiempo x, 19 A/m2- remocin promedio del grupo uno y dos: 56% y 82% respectivamente), y pues como se puede apreciar los resultados son dignas de resaltar, (tiempo 2x, 19 A/m2- remocin promedio del grupo uno y dos: 89% y 98% respectivamente), se obtuvo porcentajes de remocin casi similares a las pruebas utilizando la Densidad de Corriente mxima. Por tanto se opta trabajar a baja densidad de corriente, 19 A/m2.Pruebas de optimizacin de tiempo de operacin.Ya teniendo Distancia y Densidad de corriente ptima, se continu con la serie de pruebas para encontrar el Tiempo ptimo de tratamiento. Con este parmetro, importancia antes mencionada, ya se nos permiti tener el esquema completo para la operacin en el proceso de electrocoagulacin. Tabla 3.13: Resultados experimentales para la Rodamina B

TIEMPO (min)COLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO

201455,21020,529,87

40950,234,70

60698,651,99

80350,375,93

100162,188,86

120152,989,49

Tabla 3.14: REPLICA de los resultados experimentales para la Rodamina BTIEMPO (min)COLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO

20998,9755,924,33

40656,334,30

60452,654,69

80229,876,99

100110,188,98

12010889,19

Tabla 3.15: Resultados experimentales para el Grupo II:

TIEMPO (min)COLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO

553303025,243,24

102000,562,47

15665,387,52

20152,397,14

2588,598,34

3014,999,72

Tabla 3.16: REPLICA de los resultados experimentales para el Grupo II:TIEMPO (min)COLOR (JIS) "INICIO DEL TRATAMIENTO"COLOR (JIS) "FINAL DEL TRATAMIENTO"% COLOR REMOVIDO

56852,24089,640,32

102739,260,02

151005,385,33

20255,596,27

2585,398,76

3012,999,81

De los experimentos se obtuvieron datos relevantes para nuestro trabajo, tenindose aqu una de las razones por la cual se opto por sub dividir en dos grupos los efluentes de las aguas residuales provenientes de los procesos de teido de las industrias laneras de la regin central.Como se pudo apreciar con tiempos de operacin de 80 min (grupo uno) y 15 min (grupo dos), ya se obtuvo una remocin significativa en el proceso de electrocoagulacin cuyos valores en promedio son 76% y 86% respectivamente.La preocupacin de la empresa es remover los colorantes al mximo posible por tanto se continu las pruebas obtenindose resultados de tiempos de operacin de 120 min (grupo uno) y 30 min (grupo dos) alcanzndose remociones promedio optimas del 89% y 100% respectivamente, es importante aclarar que la remocin para el caso de la Rodamina B (grupo uno), as se incremente el tiempo de tratamiento, siempre se lograra el 89% de remocin como mximo. Determinacin de color - proceso de electrocoagulacin Al culminar el proceso de Electrocoagulacin se dej en reposo de 30 minutos. Se tom muestra de 30 mL con la jeringa. Llenar a las botellitas de vidrio previamente esterilizadas y etiquetadas. Tapar y llevar al laboratorio de Anlisis instrumental para su anlisis por espectrofotometra.La espectrofotometra es el mtodo de anlisis ptico ms usado en las investigaciones. El espectrofotmetro es un instrumento que nos permiti comparar la radiacin absorbida o transmitida por una solucin que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia. La absorcin de las radiaciones ultravioleta, visibles e infrarrojas depende de la estructura de las molculas, y es caracterstica para cada sustancia qumica.Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energa es absorbida; la energa radiante no puede producir ningn efecto sin ser absorbida.El color de las sustancias se debe a que stas absorben ciertas longitudes de onda de la luz blanca que incide sobre ellas y solo dejan pasar a nuestros ojos aquellas longitudes de onda no absorbidas.

V. Discusin 5.1. Distancia entre electrodos y densidad de corriente

Grfica 5.1. Distancia entre electrodos y densidad de corriente mnimo y mximo. . Tabla 5.1: Resumen de Resultados Obtenidos para la Remocin de Rodamina B, (trabajados con la matriz de diseo)

DISTANCIADENSIDAD DE CORRIENTE% COLOR REMOVIDO% COLOR REMOVIDO (replica)% Promedio COLOR REMOVIDO

++77,5862,1670

+-53,2853,2453

-+86,1882,2384

--80,6175,9678

Grfica 5.2. Porcentaje de remocin del colorante Rodamina B trabajado con mximos y mnimos de distancia entre electrodos y densidad de corriente.

Tabla 5.2: Resumen de Resultados Obtenidos para la Remocin de color del Grupo dos, (trabajados con la matriz de diseo)DISTANCIADENSIDAD DE CORRIENTE% COLOR REMOVIDO% COLOR REMOVIDO (replica)% Promedio COLOR REMOVIDO

++70,2070,7670

+-60,3159,0760

-+95,0095,6795

--90,0990,1490

Grfica 5.3. Porcentaje de remocin de color del Grupo dos, trabajado con mximos y mnimos de distancia entre electrodos y densidad de corriente.De las pruebas realizadas se obtuvieron los resultados presentados en las tablas y grficos anteriores, se trabaj con la matriz de diseo factorial, en las cuales se observa diferentes porcentajes de remocin de color, tanto para el grupo uno (rodamina B) y para el grupo dos, teniendo densidad de corriente y distancia entre electrodos, mnimos y mximos. Se observa que hay cuatro densidades de corriente, un mnimo y un mximo por cada caso de distancia entre electrodos, esto se debe a que la densidad de corriente esta siempre en funcin al rea de contacto y pues para el caso de que la distancia entre electrodos sea 1cm, el rea de contacto ser diferente, que aplicando distancia de 3cm entre electrodos, por tal motivo las densidades de corriente sern diferentes pero siempre existir un mximo y un mnimo por cada caso trabajado en el proceso. De los resultados:Para el caso del Grupo uno Trabajando a un centmetro de distancia entre electrodos es que se obtuvo mayor porcentaje de remocin. La mayor remocin obtenida es de un 84% trabajando con la combinacin de mnima distancia entre electrodos y mxima densidad de corriente (ver tabla 5.1 y grfica 5.2). Para el caso del Grupo dosSe obtuvo mayor remocin, 95%, trabajando con mnima distancia entre electrodos y mxima densidad de corriente (ver tabla 5.2 y grfica 5.3). Los experimentos indican que la distancia mnima igual a 1cm es la que utilizar para el tratamiento del efluente en cuestin. Las muestras tratadas indican que podemos obtener un porcentaje de remocin bastante significativa trabajando a distancias mnimas entre electrodos, estamos hablando de remociones de 78% y 84% para el grupo uno y de 90% y 95% para el grupo dos. Se resalta que la mayor remocin de color para ambos casos es logrado a mayor densidad de corriente, pero no menos importante son los resultados obtenidos a densidades de corrientes mnimo, que como se pudo apreciar son remociones mayores del 70% inicialmente planteados.Se concluye: Se tiene la distancia entre electrodos, que es de 1cm y por lo expuesto, ambas densidades de corriente, 19 A/m2 y 44 A/m2, pasan a ser buenos resultados, por tanto se opta por evaluar densidades de corrientes para encontrar la apropiada a trabajar, interactuando con el tiempo de operacin.5.2. Evaluacin de la densidad de corrienteTabla 5.3: Resumen de resultados obtenidos para la remocin de Rodamina B con variacin de densidad de corriente y la interaccin con el tiempoTIEMPO (min)DENSIDAD DE CORRIENTE (A/m2)% COLOR REMOVIDO% COLOR REMOVIDO (replica)% Promedio COLOR REMOVIDO

X1955,3856,4856

X2776,0278,0277

X3678,8883,0381

X4489,9590,3590

2x1988,8189,5689

Grfica 5.4. Porcentaje de remocin de Rodamina B, en funcin a la densidad de corriente interaccin con el tiempo

Tabla 5.4: Resumen de Resultados Obtenidos para la Remocin de color del Grupo dos, con variacin de densidad de corriente y la interaccin con el tiempoTIEMPO (min)DENSIDAD DE CORRIENTE (A/m2)% COLOR REMOVIDO% COLOR REMOVIDO (replica)% Promedio COLOR REMOVIDO

X1980,5082,8682

X2793,5096,6595

X3699,3697,0998

X4499,8699,0399

2X1998,2098,1498

Grfica 5.5. Porcentaje de remocin de color del Grupo dos en funcin de la densidad de corriente interaccin con el tiempo

Con los resultados obtenidos en la primera parte, se busc determinar la densidad de corriente a trabajar por motivos ya expuestos, en esta parte los resultados muestran que se hizo bien al proseguir con la investigacin por qu? Analicemos los datos

Para el caso del Grupo uno; El mayor porcentaje de remocin de color se da trabajando con la mxima densidad de corriente que es 44 A/m2, se logr una remocin del 90%. Todas las pruebas fueron realizadas a un tiempo constante determinado, ahora interactuamos con el tiempo de operacin y duplicndolo se obtuvo que a 19 A/m2 hay una remocin de 89%, resultado casi tan igual que trabajando a alta densidad de corriente. (ver tabla 5.3 y grafico 5.4)

Para el caso del Grupo dos; Para ste caso se obtuvo una remocin de color casi al cien por ciento trabajando a mxima densidad de corriente (44 A/m2) que es del 99%, para un tiempo de operacin determinado, al igual que en el caso anterior se procedi a duplicar el tiempo de operacin, obtenindose que a 19 A/m2 hay una remocin de 98%, que al igual que en el caso anterior son resultados casi similares que trabajando a altas densidades de corriente. (ver tabla 5.4 y grafico 5.5)

Para ambos casos: grupo uno y dos, se observ que a mayor densidad de corriente, mayor es el porcentaje de remocin de color, pero al utilizar una densidad de corriente mnima e interactuando con el tiempo de tratamiento, podremos observar que se tienen resultados de remocin casi similares a los alcanzados utilizando densidades de corriente altos.

Grfica 5.6. Porcentaje de remocin de color del Grupo uno (rodamina B) y Grupo dos, en funcin a la densidad de corriente.El grfico 5.6. demuestra que el tratamiento para color del grupo uno y dos son diferentes; el grupo dos alcanza remociones mucho mayores que el del grupo uno (rodamina B), esto debido a sus caractersticas qumicas, sta ha sido una de las razones por la cual se opt por sub dividir en dos grupos los efluentes de los proceso de teido de la empresas textil laneras de la zona central.

5.3. Determinacin del tiempo de operacin

Tabla 5.8. Resumen de Resultados Obtenidos para la Remocin de color del Grupo uno (Rodamina B) en funcin al tiempo de operacin:TIEMPO (min)% COLOR REMOVIDO% COLOR REMOVIDO (replica)% Promedio COLOR REMOVIDO

2029,8724,3327

4034,7034,3035

6051,9954,6953

8075,9376,9976

10088,8688,9889

12089,4989,1989

Grfica 5.7. Porcentaje de remocin de color del Grupo uno (rodamina B), en funcin al tiempo de operacinTabla 5.9: Resumen de Resultados Obtenidos para la Remocin de color del Grupo dos en funcin al tiempo de operacin:TIEMPO (min)% COLOR REMOVIDO% COLOR REMOVIDO (replica)% Promedio COLOR REMOVIDO

543,2440,3242

1062,4760,0261

1587,5285,3386

2097,1496,2797

2598,3498,7699

3099,7299,81100

Grfica 5.8. Porcentaje de remocin de color del Grupo dos, en funcin al tiempo de operacin

Ya teniendo distancia entre electrodos y densidad de corriente, se trabaj para encontrar el tiempo de operacin para ambos grupos de color y se obtuvo:Para el caso del Grupo uno; En este caso se alcanz una remocin significativa a partir de 80 min de trabajo, con un porcentaje de remocin de 76%, pero se observ tambin que incrementando el tiempo a 100 min se logra una remocin de 89%. Experimentalmente se comprob que aunque aumentemos el tiempo de operacin a 120 min, el porcentaje de remocin se mantendr constante e igual al anterior.(ver tabla 5.8 y grfico 5.7)Para el caso del Grupo dos; Se observ para este grupo que a 15 min de operacin, se tiene una remocin significativa del 86%. Si incrementamos el tiempo de operacin a 30 min se sabe que la remocin es de un 100 %, que a diferencia del grupo anterior se logr remover totalmente el color del efluente; por lo tanto el tiempo de operacin es de 30 min. (ver tabla 5.9 y grfico 5.8)Para ambos casos se observ que a mayor tiempo de operacin, mayor es el porcentaje de remocin del color (hasta alcanzar su punto mximo). Se concluye que el tiempo de operacin para el grupo uno y dos es de 100 min y 30 min, respectivamente.

Grfica 5.9. Porcentaje de remocin de color del Grupo uno (rodamina B) y Grupo dos, en funcin al tiempo de operacin

Los resultados experimentales mostrados en el grfico 5.9, indican claramente que trabajar para remocin de color para el grupo uno y dos, no son iguales. El grupo uno tarda mas tiempo en alcanzar un porcentaje de remocin significativo, a diferencia del grupo dos que es mucho mas rpido e incluso se logra alcanzar una remocin total del color. 5.4. Condiciones determinadas para el proceso de electrocoagulacinA continuacin se presenta el resumen de las condiciones ptimas alcanzadas para el proceso de electrocoagulacin para el tratamiento de los efluentes en estudio:

Tabla 5.10. Condiciones determinadas para el proceso de electrocoagulacin

Condiciones de operacin

Tipo de operacin Batch

Volumen Tratado (L)2

Tamao de la celda (cm) Largo Ancho Altura20

11

20

Voltaje (V)2

Intensidad de Corriente (A)5,95

Densidad de corriente (A/m2)19

Numero de electrodosCtodo Aluminio189

nodo - Fierro9

Tamao de electrodos(cm) Largo Espesor Altura10

0,15

9

Separacin entre electrodos (cm)1

rea de contacto de electrodos (cm2)3135,6

Tiempo de tratamiento (min) Grupo uno Grupo dos100

30

5.5. Resultados obtenidos mediante el proceso de electrocoagulacin

Tabla 5.11. Anlisis del Agua antes y despus del tratamiento Grupo uno y Grupo dos ParmetroAgua Residual Antes del tratamientoAgua Residual Despus del tratamiento% Removido

Oxigeno Disuelto (ppm)2,23,8-

DBO5 (ppm)378,5197,648

DQO (ppm)802304,962

pH39-

COLOR (JIS)1511,1170,288,7

Slidos Totales (mg/L)6410239063

Conductividad (S/cm)12400160-

El proceso de Electrocoagulacin utiliza corriente continua para desprender el catin activo del nodo de sacrificio, el que reacciona con los iones Hidroxilos que se forman en el ctodo, desestabilizando los contaminantes suspendidos, emulsionados o disueltos en medio acuoso; finalmente, los materiales coloidales se aglomeran para ser eliminados por flotacin o por decantacin. Aqu (tabla 5.11) muestra la eficiencia del presente trabajo realizado a condiciones; ya mencionadas para los diferentes indicadores de calidad de agua, muestran lo siguiente: El Oxgeno Disuelto (OD), increment en un 72%, generalmente a un nivel ms alto de oxgeno disuelto indica agua de mejor calidad, pero este valor no es aun aceptable por no llegar a 4, pero se logra mejorar el OD en el efluente, esto se debe al desprendimiento del Oxgeno gaseoso en los electrodos de fierro (nodo).Demanda Biolgica de Oxgeno (DBO5), es la cantidad de oxgeno que necesitan los microorganismos para degradar la materia orgnica biodegradable existente en un agua residual. Este es un importante parmetro que se logr reducir en un 48%. Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) es la cantidad de oxgeno necesaria para oxidar toda la materia orgnica y oxidable presente en un agua residual. El DQO nos da una idea muy real del grado de toxicidad del vertido, en nuestro caso se logra reducirlo en un 62%. Potencial Hidrgeno, El pH incrementa en el proceso, en todos los casos de electrocoagulacin, debido a que hay liberacin de hidrxidos que pese a que la acidificacin que se produce en el nodo con la alcalinizacin catdica, elevan el ph. Dando origen a diferentes reacciones qumicas propias de la electrocoagulacin.Color (JIS), Se logr una remocin del 88,7% < > 89 %.Slidos Totales, La reduccin de los slidos totales en un 63%, se debe a que los iones desprendidos de los electrodos hacen que precipiten.Conductividad, La variacin de la conductividad se puede atribuir a la remocin de metales presentes, que con la electrocoagulacin se lleva a cabo.Todo indica que la tecnologa de electrocoagulacin mejor la calidad del efluente del proceso de teido de la empresa textil.

VI.Conclusiones

Este trabajo tuvo por estudio principal el estudio de la remocin del color en las aguas residuales de los procesos de teido de las industrias textiles laneras, a nivel laboratorio mediante Electrocoagulacin. La primera etapa ha sido el armado del equipo a nivel laboratorio, la segunda etapa fueron las corridas experimentales, se obtuvo con ello: distancia entre electrodos, densidad de corriente ptima, y tiempo de residencia optima para el proceso de electrocoagulacin, las cuales indicaremos en las siguientes conclusiones:1. Se logr una remocin de color (agua residual del proceso de teido de la empresa textil) por proceso electroqumico (electrocoagulacin) en un promedio de 88.4% para el agua caracterizada. Grupo I: se logr remocin de un 89%.Grupo II: se logr remocin de un 99%.2. Se caracteriz el agua residual antes del tratamiento electroqumico.3. Se evalu la distancia ptima entre electrodos que es de 1 cm.4. Se evalu la densidad de corriente ptima a aplicar, esta es 19 A/m2.5. Se prob y analiz los tiempos de residencia del agua en el proceso de electrocoagulacin, obtenindose el tiempo ptimo de operacin de 100 min y de 30 min para el grupo I y II respectivamente.6. Se caracteriz el agua residual despus del tratamiento electroqumico, observndose mejoras en la calidad del efluente.7. Se evalu la eficiencia del proceso de Electrocoagulacin llegando hasta un 99%.

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tratamiento de aguas residuales textiles laneras industriales mediante electrocoagulaciÓn a nivel...

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