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Estudio comparativo de la electrocoagulación utilizada como tratamiento de aguas residuales



Partes: 1, 2

  1. Introducción
  2. Objetivos
  3. Conceptos y generalidades
  4. Metodología
  5. Resultados y análisis
  6. Conclusiones
  7. Bibliografía

INTRODUCCIÓN

La implementación y el crecimiento industrial es
el camino para el desarrollo y crecimiento económico de
las naciones a nivel mundial; lamentablemente es una actividad
presa de los factores costo-beneficio.

Al hablar de costo nos referimos al impacto ambiental
que causa esta actividad, sus subproductos que no pueden ser
aprovechados y tienen que ser desechados y al no haber un control
responsable de estos desechos estamos contribuyendo a la
destrucción de nuestro planeta.

No podemos frenar el desarrollo industrial que es una
fuente de ingresos económicos y que genera fuentes de
trabajo directas e indirectas, pero el problema de los desechos
producidos deben ser controlados y remediados de una forma u otra
.

Para ello el uso de nuevas tecnologías que con un
corte ambientalista (menor gasto de recursos, bajo costo y de
gran eficiencia) se hacen necesarias y la electroquímica
es uno de los caminos probables que podemos emplear para mitigar
este problema.

Nos enfocaremos en dos sectores industriales de
crecimiento y relevancia en nuestro país como lo son la
industria textil y la industria minera comparando la eficacia de
procesos electroquímicos para la eliminación de
subproductos que de ser controlados, disminuidos, eliminados o
porque no reutilizados reduzcan el impacto ambiental de estas dos
actividades tan vitales hoy por hoy en nuestro
país.

OBJETIVOS:

Objetivo global

Encontrar aplicaciones reales a la
electroquímica con respecto al ambiente y su
preservación.

Objetivos especifico

i. Recolectar información acerca de procesos
electroquímicos empleados en el tratamiento de aguas
residuales producto de la explotación minera y como
desechos de la industria textil.

ii. Encontrar la forma más viable y eficiente
para la aplicación de la electroquímica en la
remediación de aguas con carga contaminante a partir de la
información recopilada y usando los conocimientos
adquiridos en clase.

iii. Comparar el proceso de electrocoagulación,
diferencias y eficiencias para la eliminación de metales
pesados producto de la minería así como la
eliminación de pigmentos resultantes de los procesos
textiles.

1. CONCEPTOS Y
GENERALIDADES:

1.1. Contaminación del
agua

Hablamos de agua contaminada cuando esta ha sufrido
alteraciones o un daño de su estado original de pureza,
por la incorporación de sustancias extrañas las
cuales hacen que el agua no pueda ser empleada en sus usos
habituales como por ejemplo el consumo humano, agricultura,
industria, etc.

1.2. La contaminación del agua en
Ecuador

En nuestro país durante muchos años el
tema del manejo del agua se ha encasillado casi exclusivamente al
manejo de construcción de canales de riego, embalses,
drenajes, obras de captación, sistemas de agua potable, y
alcantarillado, es decir, se han centrado en la provisión
de agua para las diferentes actividades, concentradas en la
cantidad de agua que se puede entregar a una determinada
población o para una determinada actividad productiva. Sin
embargo, Ecuador tiene una deuda muy alta en cuanto a los
esfuerzos que se realizan para mejorar y cuidado de la calidad
del agua, especialmente, del agua que se vierte producto de
actividades industriales, domésticas y
agropecuarias.

El poco control y la casi inexistencia de datos
actualizados sobre la contaminación de los recursos
hídricos en el Ecuador ha permitido que la
discusión sobre la contaminación del agua se base
más en anécdotas, percepciones, o discursos, que en
datos reales. Los pocos datos existentes por esfuerzos puntuales
realizados por Universidades, Empresas de agua y ONGs, demuestran
altos grados de contaminación orgánica relacionada
a la presencia de coliformes fecales y sedimentos provenientes de
áreas deforestadas.

En el tema de calidad del agua, la falta de
información no es justificación para la
inacción por parte de los usuarios del agua para tomar
correctivos en este tema. La ciudad de Quito, por ejemplo, no
posee ningún sistema de tratamiento de aguas residuales de
importancia, los que existen son muy pequeños o se
encuentran al interior de algunas industrias. Como consecuencia,
el deterioro de la calidad del agua se refleja en los altos
índices de contaminación que se registran en los
ríos Machángara, Guayllabamba y Monjas. Los
esfuerzos para solucionar este problema en Quito no han dado sus
frutos y a pesar de años de estudios, millones de
dólares de inversión y actualizaciones de estudios,
se estima que en el año 2018 Quito podrá contar con
sus primeros sistemas de tratamiento de aguas
residuales.

Lamentablemente esta situación no es exclusiva
para la ciudad de Quito, casi todas las ciudades de tamaño
mediano y grande en el Ecuador, con excepción de Cuenca y
algunos sectores de Guayaquil, carecen de sistemas de tratamiento
de agua. Las consecuencias de la contaminación del agua se
reflejan en los altos niveles de parasitosis, enfermedades
diarreicas, y pérdida de la biodiversidad acuática
relacionadas a la mala calidad del agua.

La contaminación del agua provoca que muchos
ríos a pesar de tener agua corriendo por su cauce, el agua
no se pueda utilizar para riego, ganadería o
generación eléctrica. Por tanto, se provoca una
escasez de agua limitada por la calidad de la misma y no por la
cantidad.

1.3. Contaminación del agua
(Industria Textil)

El agua es una sustancia primordial para el desarrollo
industrial debido a sus características de volatilidad
como de disolvente con grandes ventajas pero también
desventajas.

El agua además de ello es la fuente de vida de
nuestro planeta y debemos tener en cuenta que la
utilización de esta debe hacerse con la mayor
responsabilidad, pues ahora con lo que tiene que ver a la
industria textil el agua a más de materia prima y
energética es una sustancia de desecho que arrastra gran
cantidad de elementos nocivos y entre ellos colorantes
orgánico e inorgánicos que deben ser eliminados
para que el proceso de producción pueda ser desarrollado
con naturalidad, pero siendo conscientes que el agua resultante
de estos procesos es agua alterada la devolvemos a sus fuentes
originales lo cual genera problemas muy serios al
ambiente.

1.4. Industria textil

Es la encargada de la manufacturación de
productos textiles, que son implementos de consumo masivo que
provee de empleos directos e indirectos siendo así un
pilar muy importante de la economía no solo local sino
mundial.

Como se trata de una industria muy bien diseñada
esta cuenta con algunos procesos y subprocesos los cuales de una
manera muy genérica se describirán a
continuación.

· Producción de fibras: Son la base
y materia prima para cualquier textil que dependiendo de su
origen estas pueden ser: animales, vegetales,
sintéticas

· Hilandería: Aquí se
convierte las fibras en hilos.

· Tejeduría: Aquí se
convierte los hilos en telas

· Tintorería y acabados:
Aquí las telas son teñidas y en algunos casos se
adicionan otros elementos de manera física o
química que mejoren las características del textil
(resistencia, color elasticidad, etc).

· Confección: Aquí los
textiles son transformados en productos más elaborados
tales con ropa, menaje, etc.

· No tejidos: Son productos que son
distribuidos sin haber pasado por los procesos tejeduría
ni confección.

Para nuestra investigación nos concentraremos en
el proceso de teñido y acabado en los cuales se emplean
procesos químicos y físicos que después de
finalizados generan residuos peligrosos evacuados por medio de
arrastre y enjuague de aguas y nuestro fin es identificar un
proceso electroquímico que mitigue esta
contaminación ambiental tratando estos desechos antes de
que el agua pase por un sistema de alcantarillado y
posteriormente regrese a su fuente primaria (ríos mares
etc).

El problema con estas aguas residuales que no han sido
tratadas es la presencia de cantidad considerables de colorantes,
contaminantes orgánicos, inorgánicos, compuestos
químicos sintéticos, materia en suspensión,
orgánicos refractarios, tenso activos y compuestos
clorados; y como resultado de esta mezcla de contaminantes se
convierte en un efluente muy difícil de tratar; y que para
hacerlo de una manera "normal o común" se emplean muchos
procesos con la finalidad de eliminar cada uno de estos
contaminantes de forma específica o por separado, pero
hacerlo de esta manera es igual a decir mayor gasto
energético, mayor número de procesos y
disminución del margen de utilidad

1.5. Características de las aguas
residuales en la industria textil

Según datos del 2007 de los 200 mil millones de
m3 de agua dulce destinadas para la industria 2.5 mil millones de
m3 alrededor del 1.25% está destinada para la industria
textil; teniendo en cuenta que la relación de
producción textil en un corte medio habla del empleo de 20
toneladas de agua por cada tonelada de producto textil obtenido
de las cuales el 90% son desechadas ya que no es factible su
reutilización

Uno de los problemas al tratar aguas procedentes de
residuos textiles es que estas son muy irregulares por ser el
resultado de procesos y los residuos generados dependerán
de la etapa de la cual son procedentes

En el siguiente cuadro observaremos una
clasificación general de las aguas residuales textiles y
sus efectos

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1.6. Contaminación del agua
(Industria Minera )

La preocupación del desarrollo de la actividad
minera alrededor del mundo es un tema en auge, y nuestro
país no es ajeno a esta problemática y conoce bien
los efectos de la minería en áreas tradicionalmente
mineras como Zaruma, Portovelo, Nambija y más reciente en
la zona norte de Esmeraldas.

Algunos de los procesos contaminantes es el drenaje de
roca ácida, que es un proceso natural en el cual el
ácido sulfúrico es producido ya que los sulfatos de
las rocas son expuestos al aire libre o al agua. El drenaje de la
MINERÍA ácida es el mismo proceso, solo que en una
cantidad mayor, aumentando así considerablemente las
cantidad de ácido que acaban en los yacimientos de
agua

También por la minería podemos encontrar
la contaminación de metales pesados tales como el
arsénico, el cobalto, el cobre, el cadmio, el plomo, la
plata y el zinc y según últimos estudios en la
provincia de Esmeraldas realizados por la SENAGUA el aluminio que
están contenidos en las rocas excavadas o expuestos en
vetas en una mina subterránea, que entran en contacto con
el agua.

1.6.1. Drenajes Ácidos de Minas
(DAM)

La contaminación por drenajes ácidos es el
principal problema de acideza que tiene la explotación
minera a nivel mundial por sus características de
contaminación así como la dificultad su en la
remoción para la remediación ambiental

Estos drenajes se caracterizan por su pH que
comúnmente está en el rengo de 2.9-3.3, alto
contenido de sales disueltas como sulfatos en cantidades
aproximadas de 2246mg/L, y elevadas concentraciones de metales
pesados como el Hierro en cantidades promedio de 576.4mg/L ,
Aluminio 33.2 mg/L, Manganeso 9.1 mg/L y Zinc 1.42 mg/L. No
obstante dependiendo de dónde esté ubicada la mina
también podremos encontrar la presencia de metales como el
cobre, níquel, cromo, plomo y arsénico que
también son catalogadas como sustancias
tóxicas

1.6.2. Estabilidad de los
coloides

Los coloides o sistemas coloidales están formados
por dos o más faces fases una normalmente es el fluido y
otras forma las partículas suspendidas en el medio, estas
partículas pueden tener un origen orgánico o
inorgánico pero en ambos casos van adquirir una carga
iónica debido al medio o a su
disociación

Los coloides normalmente son estables en
solución. Entre los factores estabilizantes se tienen las
fuerzas que generan repulsión entre ellos, en este sentido
las fuerzas electrostáticas y la hidratación
resultan siendo favorables. En contraste, las fuerzas de
atracción provocan la desestabilización de estas
microparticulas. Entre estas factores se encuentran la gravedad,
el movimiento browniano y las fuerzas de Van der Waal

1.7.
Electroquímica

La Electroquímica trata de la
interrelación de los fenómenos químicos y
eléctricos, así como del estudio de las propiedades
eléctricas de las soluciones de los electrolitos,
estableciendo una relación entre la acción
química y eléctrica de tales sistemas.

1.7.1. Reacción
electroquímica

Una reacción electroquímica la podemos
definir como una reacción redox en la que el intercambio
de electrones tiene lugar en un electrodo. El cambio
químico es producido por el intercambio de electrones
realizado entre un electrodo y un aceptor o donador de electrones
en una disolución

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Fig:1.6.1-1 Esquema de intercambio
electrónico en una reacción redox

1.7.2. Electrodo

Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado
para hacer contacto con una parte no metálica de un
circuito

1.7.2.1. Conductores

· Conductores de primera
especie:

En un metal las partículas
móviles (o portadores) son los electrones.

· Conductores de segunda
especie:

En una solución electrolítica
o en una sal fundida los portadores son los cationes y los
aniones. La capacidad de una solución para conducir la
electricidad depende de las propiedades y la concentración
de los portadores de carga.

1.7.3. Celda
electrolítica

Se denomina celda electrolítica al
dispositivo utilizado para la descomposición mediante
corriente eléctrica de sustancias ionizadas denominadas
electrolitos.

Las celdas electroquímicas pueden ser de dos
tipos: galvánicas o electrolíticas.

1.7.3.1. Celda
Galvánica

Las celdas galvánicas (también llamadas
voltaicas) almacenan energía eléctrica. En
éstas, las reacciones en los electrodos ocurren
espontáneamente y producen un flujo de electrones desde el
cátodo al ánodo (a través de un circuito
externo conductor). Dicho flujo de electrones genera un potencial
eléctrico que puede ser medido
experimentalmente.

1.7.3.2. Celda
Electrolítica

Estas celdas no son espontáneas y debe
suministrarse energía para que funcionen. Al suministrar
energía se fuerza una corriente eléctrica a pasar
por la celda y se fuerza a que la reacción redox
ocurra.

1.8. Métodos
electroquímicos para el tratamiento de aguas
Residuales

En la actualidad los procesos electroquímicos han
alcanzado un estado en el cual no son solamente comparables desde
el punto de vista económico con otros procesos sino que
también son más eficientes, compactos y
automatizados. Los procesos electroquímicos utilizados en
el tratamiento de aguas se basan en la utilización de
electricidad para producir una reacción química
destinada a la eliminación o destrucción del
contaminante presente en el agua. Básicamente el sistema
electroquímico está formado por un ánodo,
donde ocurre la oxidación, un cátodo, donde tiene
lugar la reducción y una fuente de corriente continua
encargada de suministras la electricidad. Los parámetros
claves a la hora de aplicar un proceso electrolítico son
diseño del reactor, naturaleza de los electrodos, y
diferencia de potencial y/o corriente de trabajo. En este
artículo se verán brevemente los distintos procesos
electroquímicos empleados en el tratamiento de
agua.

1.8.1.
Electrodeposición

Es un proceso de recuperación de metales
disueltos en una solución (en este caso de desecho) ya sea
para ayudar a recubrir metales nobles y hacerlos más
resistentes o recuperar metales a rastrados por las corrientes de
desfogue que pueden ser nuevamente empleados en el proceso
industrial con beneficio tanto económico como
ambiental

1.8.2.
Electrocoagulación

El proceso de electrocoagulación implica la
generación del coagulante in situ disolviendo
electrolíticamente ánodos de aluminio o hierro para
formar los respectivos cationes Al+3, Fe+2.

Las principales ventajas de la electrocoagulación
respecto a la coagulación clásica es la mayor
eficiencia de los cationes nacientes de aluminio y hiero
generados frente a los provenientes de productos químicos
tradicionales como sulfato de aluminio o hierro, equipos
más compactos, menor costo, posible automatización
y menor generación de sales y residuos.

1.8.3.
Electroflotación
.

El proceso de electroflotación (EF) es un proceso
simple por el cual los contaminantes flotan en la superficie del
agua adsorbidos sobre las pequeñas burbujas de
hidrógeno y oxígeno generadas respectivamente en el
cátodo y en el ánodo en el proceso de
descomposición electrolítica del agua. La
eficiencia del proceso de flotación está
fundamentalmente determinada por el tamaño de las burbujas
generadas, son preferibles las burbujas pequeñas ya que
proporcionan una mayor superficie de contacto para la
adsorción de las partículas a eliminar. Esta una de
las principales ventajas del proceso de EF respecto a otros
procesos de flotación clásicos como DAF (dissolved
air flotation). El 90 % de las burbujas generadas en
EF tienen un tamaño entre 15 y 45 µm mientras que en
el proceso DAF el tamaño oscila entre 50 y 70
µm.

1.8.4.
Electrooxidación
.

Los procesos de EO son los más interesantes y sus
estudios se remontan a finales del siglo XIX, cuando se
estudió la descomposición química de
cianuro. La idea básica de estos procesos es la
oxidación total (mineralización) o parcial
(conversión de la materia orgánica a compuestos
más sencillo más fácilmente degradables y
menos contaminantes) de la materia orgánica utilizando la
corriente eléctrica. Estos procesos están
íntimamente relacionados con procesos
anódicos.

1.8.5.
Electrodesinfección
.

En este tipo de reacción es similar a la
oxidación indirecta, en el ánodo se genera cloro
gas por la oxidación de los iones cloruros, que disuelto
en el agua genera hipoclorito/hipocloroso, el verdadero
desinfectante. La mayor parte de las aguas contienen suficiente
cantidad de iones cloruro para lograr la
desinfección.

Para resolver el problema de contaminación del
agua a causa de colorantes en aguas residuales existen
investigaciones que han considerado la construcción de
sistemas de electrocoagulación como parte de la
solución, a continuación se explica la
construcción y la aplicación de este
sistema.

1.8.6. Floculación

Es el proceso en el cual se añade un floculador
el cual hace que las partículas dispersas como coloides
precipiten para su posterior filtrado; este es un paso muy
importante para el proceso de purificación del
agua

1.9. Electrocoagulación
(EC)

Es una alternativa empleada para el tratamiento de aguas
residuales. Al igual que la coagulación convencional, este
tratamiento pretende adicionar cationes metálicos a las
aguas a tratar. En la EC estos cationes se generan "in situ" como
consecuencia de la aplicación de corriente
eléctrica al agua, esto se realiza a través de
placas paralelas hechas de materiales como aluminio o
hierro.

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Fig: 1.9-1Esquema del Proceso de EC
(Tomado de: Mollah P. et al, 2004)

1.9.1. Etapas de la EC

Según Mollah P. et al, 2004 el proceso de
electrocoagulación sigue las siguientes etapas:

"1. Formación de Coagulantes. Inicialmente se da
la corrosión electroquímica del metal producto del
paso de corriente eléctrica por el sistema. El metal se
desprende en forma de cationes desde la superficie del
ánodo de sacrificio, mientras que en la superficie del
cátodo se puede dar la hidrolisis del agua, obteniendo
como producto iones hidroxilo e hidrogeno gaseoso. Los iones de
hidroxilos (formados o presentes en el agua residual) reaccionan
para formar complejos metálicos de características
diferentes.

2. Desestabilización de Contaminantes,
partículas suspendidas y rompimiento de la
emulsión. Las partículas coloidales se
desestabilizan debido a la compresión de su doble capa
difusa, este fenómeno se da por la interacción de
las partículas con los complejos metálicos formados
anteriormente. Estos complejos metálicos también
favorecen la neutralización de cargas presentes en el agua
residual y la reducción de la repulsión
electrostática entre los coloides, dando paso al proceso
de coagulación.

3. Coagulación de las fases desestabilizadas para
formar flóculos. El proceso de coagulación da paso
a la formación de redes que atrapan las partículas
coloidales presentes en el agua residual"

1.9.2. Reacciones relacionadas con el
proceso de EC

Las reacciones en el proceso serán
dependientes de dos cosas, las partículas dispersas y el
material de los electrodos

Así según Yousuf M. et
al,2001 para el caso de utilizar hierro se han propuesto dos
mecanismos:

Mecanismo I : Formación del
Hidróxido Férrico

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Mecanismo II: Formación del
Hidróxido Ferroso

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Estos óxidos aglomeraran los
coloides los atraparan y los harán precipitar para
así ser removidos del agua residual.

1.9.3. Variables que afectan al
proceso

Tiempo: Que hace referencia a la duración
del proceso que es proporcional a la cantidad de iones de hierro
disueltos.

Densidad de corriente: Es la corriente aplicada
por unidad de área sumergida de electrodo. La eficiencia
de la EC depende de la densidad de corriente, porque esta
dosifica la cantidad de coagulante. Sin embargo, si la corriente
es alta existe la posibilidad de que esta no se transforme
totalmente en una dosificación más alta de
coagulante. Sí existen pérdidas, el proceso se
vuelve menos eficiente, lo cual se refleja en una mayor
formación de óxido en el ánodo
(Heidmann & Calmano, 2007) y en la
disminución del tamaño de las burbujas de gas
afectando la remoción por flotación (Guohua.,
2004).

pH: Determina el tipo de especies iónicas
que actúan como coagulantes. Influye en la eficiencia de
la corriente en el proceso de solubilidad del metal para formar
el hidróxido, depende del material del electrodo y del pH
inicial de la solución a tratar. (Stephenson &
Tennant, 2003)

Material de electrodo: Dependiendo del material
de electrodo se obtienen las reacciones de oxidación y
reducción respectivas. Generalmente se utiliza hierro y
aluminio por la formación de hidróxidos
metálicos que forman los núcleos de las
partículas coloidales.

Conductividad: Un aumento de la conductividad
eléctrica produce un incremento en la densidad de
corriente. La sal (NaCl) aumenta la conductividad de la
solución a tratar. Los iones de cloruro pueden reducir los
efectos de otros iones (HCO3 y SO4-2) que producen una capa
insoluble la cual se deposita sobre los electrodos
reflejándose un decaimiento de la corriente

1.10. Proceso de
Floculación

Es el proceso en donde la intervención de
sustancias floculantes ayudan a aglutinar las sustancias
coloidales presentes en soluciones acuosas, facilitando de esta
forma su decantación y posterior eliminación. Este
proceso está precedido por la coagulación en donde
se desestabilizan las partículas coloidales con la
adición de un agente coagulante, su posterior
neutralización hace que estas partículas tiendan a
unirse. En el caso de la EC el agente coagulante se produce in
situ.

El tiempo y el gradiente de velocidad son factores
determinantes en el proceso, estos se relacionan con la
probabilidad de que las partículas se unan y finalmente se
precipiten por efecto de la gravedad. En este proceso, el pH
determina la solubilidad y desestabilización de ciertas
sustancias.

Los sistemas de purificación de aguas residuales
en general contienen etapas de coagulación,
floculación (clarificación), sedimentación y
filtración.

2.
METODOLOGIA

Con referencia a nuestro trabajo que es solo
teórico tomaremos los datos y procedimiento de dos tesis
ya realizadas una realizada; una por EVELYN TIFFANY PANTOJA
PIARPUZÁN de la Universidad del Valle de Cali Santiago del
año 2012, trabajo realizado para obtener el título
en Ingeniería Química que hace referencia al
tratamiento por electrocoagulación y floculación de
DRENAJES ACIDOS DE MINA (DAM). Y el otro trabajo de tesis
realizado por: ANDREA NATHALY MALDONADO ROGEL y RENATO MIGUEL
MOLINA AYALA de la Universidad Politécnica Salesiana sede
en Cuenca previo a la obtención del título en
Ingeniería Ambiental realizada en el año 2011 que
hace referencia al tratamiento del agua producto de la industria
textil por electrocoagulación, a continuación se
analiza la metodología que se utiliza en cada documento
citado.

2.1. Método de análisis
para la muestra de metales pesados.

Se toma una muestra procedente del canal de desagüe
de una mina de carbón y los parámetros como
turbiedad, color, conductividad, pH, ST, DQO y sulfatos se miden
con los instrumentos disponibles en el Laboratorio de
Investigación.

En la parte experimental se realiza la
electrocoagulación hasta la etapa en donde se dosifican
los iones de hierro electro generado en la celda y aún no
se forman flóculos. Este proceso se llama electro
disolución. Después de la Electro Disolución
se lleva a cabo la Floculación en donde se da la
formación de flóculos.

Inicialmente el reactor de Electro Disolución se
carga con cierta cantidad de Drenajes Ácidos de Minas de
carbón. Este volumen permite obtener un área
superficial activa. El tiempo de duración de la Electro
Disolución se calculó con las cargas evaluadas para
el proceso y con una densidad de
corriente.

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Ec. 2.1

donde t es el tiempo (s),C la carga(c/L), c los
culombios (sA), v el volumen a tratar(L), A el área
(cm2) y J la densidad de corriente (mA/cm2).

Luego de la Electro Disolución se toma 1/3 del
volumen del agua y se oxida en un recipiente aparte con H2O2 (120
ppm). La oxidación se realiza hasta observar un cambio en
el color de la solución y se agita rápidamente para
descomponer el H2O2 que no reaccionó. Este volumen oxidado
nuevamente se mezcla con los 2/3 de agua que no se
sometieron a oxidación. La razón por la que se hace
este procedimiento es para poder obtener cationes Fe+2y Fe+3en
solución.

La solución resultante se somete al proceso de
Floculación, en donde se agita constantemente a 95 rpm y
se adiciona cal hidratada (5% w/w) hasta alcanzar el pH deseado.
Posteriormente se adiciona floculante (poliacrilamida
ánionica PAM) y se continúa con la agitación
por 10 minutos; esto permite el aumento de tamaño en los
flóculos formados. Finalmente se filtra el lodo formado y
se obtiene el agua tratada (sobrenadante).

Las medidas de turbiedad, sulfatos y pH se hacen al
final de todo el proceso en base a las características
finales del sobrenadante.

Los ensayos que se realizan en las pruebas preliminares
se obtiene que los mejores resultados se dieron a 200 c/L y pH
altos (8-10). Con el fin de evitar la dosificación de H2O2
se realiza el proceso con las condiciones destacadas (200 c/L, pH
8 y10) pero incrementando el valor de la densidad de corriente a
9.1mA/cm2.

Finalmente dosifican Sulfato de Magnesio (114ppm) con el
fin de ayudar en el proceso de FC, atrapando los iones
metálicos presentes en la muestra de DAM.

Con las condiciones de operación encontradas se
realiza nuevamente el proceso con replica para poder hacer las
medidas finales y cuantificar los parámetros como
DQO, Color, ST, conductividad y metales.

Métodos de análisis

ü pH y Conductividad.
multiparámetro.

ü Turbiedad. Turbidimetro

ü Sulfatos. Esta determinación se lleva a
cabo por medio del método turbidimétrico que
precipita el ion sulfato ( SO4-2 ) con cloruro de
bario ( BaSO4 ) en presencia de ácido acético (
CH3COOH ).

Este valor se determina haciendo una dilución
7:1000 en agua destilada, para entrar en el rango de
medición (10-40 mg/L SO4-2) que maneja la curva de
determinación de sulfatos montada en el
laboratorio.

ü Color. Se realiza con un espectrofotómetro
.Este valor fue determinado haciendo una dilución 1:5 en
agua destilada.

ü Sólidos Totales. Esta medidas se realizan
con un volumen de 2 mL demuestra y llevándolas al horno a
105°C. El proceso avanza hasta que el peso de la muestra
permanezca constante.

ü DQO. Estas mediciones se realizaron de acuerdo
con la norma ASTM y se utiliza un equipo
espectrofotométrico.

ü Metales. Estas determinaciones se realizan con un
equipo de absorción atómica.

2.2. Método de análisis
para la muestra de Colorantes

Para resolver el problema de contaminación del
agua a causa de colorantes en aguas residuales existen
investigaciones que han considerado la construcción de
sistemas de electrocoagulación como parte de la
solución, a continuación se explica la
construcción y la aplicación de este
sistema.

2.2.1. Procesos de
laboratorio

Obtención de Aguas Residuales del Sector
Industrial

El análisis de aguas residuales para esta
investigación provenientes de industrias textiles se
realizó en Cuenta, ciudad que consta con un amplio campo
industrial, las muestras fueron recolectadas de dos industrias y
posteriormente fueron enviadas a analizar en los laboratorios,
tomando en cuenta los resultados arrojados del análisis se
realizó un agua similar con respecto a la
composición, para así simular el proceso de
descontaminación en el laboratorio.

Una vez obtenida las características similares a
la muestra tomada de las industrias textiles y sus
características necesarias para el buen rendimiento de
este trabajo, se procede a registrar el tiempo de inicio y el de
finalización, se regula el voltaje y proceden a tomar la
muestra cero, de este modo arranca el proceso de
electrocoagulación.

En la denominada muestra cero se analiza: sólidos
disueltos, sólidos suspendidos y las unidades de color con
la realización de marchas analítica.

Sólidos en suspensión: Este tipo de
sólidos como tales son difíciles de eliminar siendo
necesario la adición de al agua de agentes coagulantes y
floculantes que modifican la carga eléctrica de estas
partículas consiguiendo que se agrupen en flóculos
de mayor tamaño para así poder separarlos mediante
filtración.

Sólidos disueltos: Están
relacionados con la conductividad del agua ya que un aumento de
estos iones aumenta la capacidad conductiva.

Unidades de Color: Para determinar las unidades
de color utilizamos un colorímetro, esto se lo hace al
iniciar la práctica, en cada muestra tomada en el tiempo
correspondiente y al finalizar el tratamiento, y mediante un
cálculo se expresa ese porcentaje.

2.2.3. Etapas diseño de
experimentos

Las etapas están diseñadas de
manera que se obtenga la máxima información al
mínimo costo posible. a) La limitación del estudio
y comprensión del problema.

En este etapa consta la realización de
investigaciones en las empresas textiles que utilizan diferentes
colorantes como materia prima, la recolección de muestras
para determinar los parámetros óptimos con los
cuales debe trabajar un proceso electroquímico para dar un
tratamiento a las aguas residuales de las empresas
textiles ya que los resultados demostraron que las descargas
realizadas que realizan las empresas no cumplen los
parámetros.

b) Medición de Variables

Esta variables deben reflejar el problema es decir que
caractericen el objetivo de estudio, en este caso serían
las unidades de color UC, sólidos suspendidos y
sólidos disueltos.

c) Factores que deben ser objeto de
estudio.

Los factores son los que el investigador escoge para
establecer agrupaciones de estudio en este caso sería el
tiempo, colorante, voltaje

Gráfico 1: Decoloración
en el tiempo-horas

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Fuente:
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1508/13/UPS-CT002191.pdf

Tiempo: En este gráfica se puede apreciar
que el punto de mayor decoloración ocurre en la tercera
hora, si el proceso continua tiende a disminuir el porcentaje de
decoloración debido a otros factores.

pH: Se desarrollaron pruebas de laboratorio con
distintos pH, con 3, con 7, y con 14, obteniendo resultados
favorables con los dos últimos. Debido a estos resultados
se estableció el pH como un factor, y se considera los
niveles de 9 y 12.

Gráfico 2 : Decoloración
de la solución con respecto al pH

Monografias.com

Fuente:
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1508/13/UPS-CT002191.pdf

En este Gráfico se puede observar que el sistema
trabajo mejor con pH alcalino.

Colorante: Se compara entre el colorante negro
sulfuroso tomado de las tintorerías y el colorante
directo, realizando el mismo proceso y conociendo de esta forma
cual tiene mayor porcentaje de decoloración.

Gráfico 3: Decoloración
de la solución con respecto al colorante

Monografias.com

Fuente:
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1508/13/UPS-CT002191.pdf

En este gráfico se puede observar que el
colorante negro sulfuroso tiene un mayor porcentaje de
decoloración.

Voltaje: Para determinar que el voltaje es un
factor importante, se realizan pruebas en laboratorio con
diferentes voltajes dando como resultados voltajes de 15 y 30
Voltios.

Gráfico 4 : Decoloración
de la solución con respecto al voltaje.

Monografias.com

Fuente:
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1508/13/UPS-CT002191.pdf

En este gráfico se puede observar
que en el voltaje de 30 la decoloración incrementa
porcentualmente en cada hora sin ninguna variación y de
manera continua.

3.
RESULTADOS Y ANÁLISIS

3.A. Resultados de la tesis de EVELYN TIFFANY PANTOJA
PIARPUZÁN de la Universidad del Valle de Cali Santiago
"Aplicación de la electrocoagulación y
floculación sobre el tratamiento del drenaje ácido
de minas de carbón"

Tabla 3.A-1 Datos
referenciales

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Tabla 3.A-2 Resultados finales del
tratamiento de electrocoagulación y
floculación

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Fuente: EVELYN TIFFANY PANTOJA
PIARPUZÁN de la Universidad del Valle de Cali Santiago
"Aplicación de la electrocoagulación y
floculación sobre el tratamiento del drenaje ácido
de minas de carbón" tesis 2012

3.B. Resultados de la tesis de ANDREA
NATHALY MALDONADO ROGEL y RENATO

MIGUEL MOLINA AYALA de la Universidad
Politécnica Salesiana"ESTUDIO PARA LA REDUCCIÓN
DE COLORANTES DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL A
TRAVÉS DE PROCESOS ELECTROQUÍMICOS"

Tabla 3.B-1 Resultados finales del
tratamiento de electrocoagulación (5
tratamientos)

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Fuente: ANDREA NATHALY MALDONADO ROGEL y RENATO
MIGUEL MOLINA AYALA de la Universidad Politécnica
Salesiana"ESTUDIO PARA LA REDUCCIÓN DE COLORANTES DE
LAS AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL A TRAVÉS DE
PROCESOS ELECTROQUÍMICOS"

3.1. Interpretación y
comparación de resultados

Gráfico 5: Color-
Electrocoagulación Ind. Textil vs. Ind.
Minera

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Gráfico 6 : DQO-
Electrocoagulación Ind. Textil vs. Ind.
Minera

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Gráfico 7: Zn-
Electrocoagulación Ind. Textil vs. Ind.
Minera

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3.2. Análisis de
Resultados

La electrocoagulación se ve es un proceso muy
eficiente en el tratamiento de aguas residuales aunque
según los resultados hay un mejor funcionamiento para el
control de aguas provenientes de la industria textil en lo que se
refiere a DQO y a su coloración debemos aclarar que los
datos pueden tener variables como el número de veces que
pasa por el tratamiento que en la industria textil habla de 5
veces y en la minera de una pero complementada con la
floculación.

Nuestra meta es dar una idea de la eficiencia de la
electrocoagulación sea para la industria textil o minera y
aunque se ve que el proceso por sí mismo no dará el
resultado esperado (en una sola etapa) al aumentar el
número de procesos o complementarlo con un otro adicional
la electrocoagulación es viable para cualquiera de las dos
industriasen lo que a eficiencia y regularización de
normas se refiere ahora que en viabilidad en cuanto a costo
económico no ha sido estudiada y esto dependerá del
provecho que se obtenga del tratamiento

4.
CONCLUSIONES

· Con la realización de esta
investigación se puede concluir que la
electrocoagulación es un proceso electroquímico de
gran utilidad en cuanto al tratamiento de aguas residuales ya sea
en el campo textil donde se centra en la decoloración o en
el tratamiento de aguas con metales pesados ya que
basándose en los resultados para cada proceso se puede
observar que hay un porcentaje significativo de remoción
de colorante y metales pesados por lo que puede competir con los
diferentes métodos químicos o biológicos que
existen para el tratamiento de estas aguas.

· Según los datos recopilados se puede
decir que el proceso de electrocoagulación presenta
mejores resultados para el tratamiento de aguas residuales
provenientes de industrias textiles ya que según se
muestra para conseguir estos porcentajes en la remoción de
metales pesados de aguas residuales provenientes de una mina es
necesario implementar otro proceso a parte de la
electrocoagulación como lo es la floculación lo que
implica la inversión de más recursos
económicos y mayor cantidad de tiempo.

· En cuanto al proceso electroquímico
implementado en el área textil se puede concluir que es
sumamente eficiente ya que su objetivo es el e coagular las
partículas que se encuentran dentro de la solución,
para precipitarlas por su peso y así quedar retenidas por
los filtros.

· Se puede concluir que para incrementar la
eficiencia del proceso de electrocoagulación como
tratamiento para aguas residuales con colorante se debe tener en
cuenta algunos factores como el pH, el tiempo, el voltaje y el
tipo de colorante como se pudo constatar en la información
recopilada donde para un pH de 12 y un voltaje de 30V los
resultados mejoran pudiendo ir de 70 % a 90% de
decoloración.

· Para mejorar la remoción de metales
pesados de aguas residuales se puede aplicar el proceso de
electro disolución de hierro y floculación
química puesto que los resultados según lo
investigado son muy favorables reduciendo el valor de turbidez en
99%, DOQ 41%, hierro 99%, manganeso 96%, zinc 94% y
sulfatos 38% con un mínimo consumo energético( 0.3
kWh/m).

Partes: 1, 2

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