Monografias.com > Ingeniería
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

Reducción de colorantes de las aguas residuales de la industria textil




Enviado por Liliana



Partes: 1, 2

  1. Introducción
  2. El
    agua
  3. Industria textil
  4. Sistema de
    electrocoagulación
  5. Conclusiones
  6. Anexos
  7. Bibliografía

Monografias.com

Introducción

La siguiente monografía consiste en
un estudio de la reducción del impacto causado por las
industrias textiles al desechar aguas residuales utilizando el
proceso de electrocoagulación

El objetivo es establecer que tan eficiente puede ser la
electrocoagulación al momento de disminuir el colorante
negro sulfuroso en las aguas residuales.

El agua es un recurso que lo podemos conseguir de forma
relativamente pura en diferentes fuentes naturales; luego de la
intervención del hombre regresa a los cauces con cierto
grado de contaminación. Luego de haber obtenido el agua en
forma natural y una vez intervenida esta se considera un desecho
o agua residual, siendo nociva para los seres vivos y el
ambiente, siendo un derecho establecido en la constitución
el contar con programas de uso racional de agua, reducción
y reciclaje es así deber de todos aportar en la
investigación de formas de mitigar el impacto
ambiental.

Para nuestro trabajo visitamos una empresa textil en la
cual se pudo constatar que el agua que se desecha no es tratada
de la manera adecuada, tomamos muestras las sometimos a pruebas
como son el color real y color aparente; además de
sólidos suspendidos y sólidos disueltos antes y
después del tratamiento obteniendo así por
diferencia la cantidad de colorante reducido.

CAPÍTULO I

El
agua

1.1. DEFINICIÓN

La palabra agua viene del latín
aqua, es una sustancia cuya molécula está
formada por dos átomos de hidrógeno y uno de
oxígeno; notada como H2O

1.1.1. Importancia del
Agua

El agua es esencial para la supervivencia
de todas las formas conocidas de vida.

Sin agua no hay vida. El hecho de que el agua constituya
alrededor del 60% del peso corporal en los hombres y cerca del
50% en las mujeres prueba ampliamente su importancia para la vida
humana. (Martínez, 2010).

Los humanos consumen agua potable. Los recursos
naturales se han vuelto escasos con la creciente población
mundial y su disposición en varias regiones habitadas es
la preocupación de muchas organizaciones
gubernamentales.

1.1.2. Propiedades del Agua

El agua es una sustancia cuya fórmula
química es H2O. Sus propiedades
físico-químicas más notables son:

  • Con presión constante, el
    índice de tensión superficial del agua
    disminuye al aumentar su temperatura.

  • El punto de ebullición del agua
    está directamente relacionado con la
    presión

  • atmosférica.

  • El agua es un disolvente muy potente,
    al que se ha catalogado como universal y afecta a muchos
    tipos de sustancias distintas.

  • El agua es miscible con muchos
    líquidos, como el etanol, y en cualquier
    proporción, formando un líquido
    homogéneo.

  • El agua pura tiene una conductividad
    eléctrica relativamente baja, pero ese valor se
    incrementa significativamente con la disolución de una
    pequeña cantidad de material iónico, como el
    cloruro de sodio.

  • El agua tiene el segundo índice
    más alto de capacidad calorífica
    específica -sólo por detrás del
    amoníaco- así como una elevada entalpía
    de vaporización, ambos factores se deben al enlace de
    hidrógeno entre moléculas.

  • La densidad del agua líquida es
    muy estable y varía poco con los cambios de
    temperatura y presión.

  • El agua puede descomponerse en
    partículas de hidrógeno y oxígeno
    mediante

  • electrólisis.

  • A presión atmosférica
    normal hierve a 100° C y se congela a 0°
    C.

  • Alcanza su densidad máxima a los
    4° C.

1.1.3. Características del
Agua

  • El agua cubre las tres cuartas partes
    de la superficie de la Tierra (mares, ríos, lagos,
    etc.), también constituye del 50% al 90% por peso, de
    todas las plantas y animales.

  • Su gravedad específica es de 1,
    su calor específico es 1.

  • El agua es insípida e inodora en
    condiciones normales de presión y
    temperatura.

  • El agua bloquea ligeramente la
    radiación solar UV fuerte.

  • El oxígeno tiene una
    electronegatividad superior a la del hidrógeno, el
    agua es una molécula polar.

1.1.4. Ciclo Hidrológico del
Agua

El ciclo hidrológico o ciclo del
agua es el proceso de circulación del agua entre los
distintos compartimentos de la hidrósfera.

La mayor parte de la masa del agua se
encuentra en forma líquida, sobre todo en los
océanos y mares y en menor medida en forma de agua
subterránea o de agua superficial.

Los principales procesos implicados en el
ciclo del agua son:

Monografias.com

El proceso se repite y así el
líquido vital no se pierde nunca.

1.1.5. Usos del Agua

Es tan importante el agua en la naturaleza
que el hombre ha destinado algunos usos para ella, como
son:

Monografias.com

1.2. CONTAMINACIÓN DEL AGUA

1.2.1. Definición

La contaminación del agua es la alteración
o daño del estado original de pureza del agua mediante la
incorporación de materias extrañas de modo directo
o indirecto, que perjudican su estado y la hacen inútil
para los diversos usos como son el consumo humano, la industria,
agricultura, para los animales, y la vida natural.

Toda el agua pura procedente de las lluvias, ya antes de
llegar al suelo recibe su primera carga contaminante, cuando
disuelve sustancias como anhídrido carbónico,
óxido de azufre y de nitrógeno que la convierten en
lluvia ácida. Ya en el suelo el agua puede arrastrar un
sin número de contaminantes hacia donde la
escorrentía le lleve a desembocar.

Otro factor y el más importante que influye en la
contaminación del agua son las actividades humanas, pues
con el crecimiento poblacional, y el surgimiento de la actividad
industrial, la polución de los ríos, lagos y aguas
subterráneas aumenta constantemente.

1.2.2. Principales Contaminantes del
Agua

Hay un gran número de contaminantes que se pueden
clasificar de la siguiente manera:

Monografias.com

1.2.3. Parámetros Generales, e Indicadores de
Contaminación del Agua

El libro "Contaminación Ambiental una
visión desde la Química", menciona que se puede
realizar un estudio de la calidad de las aguas
clasificándolas según su naturaleza de la propiedad
o especie que se determina.

Así se los puede dividir en:

1.2.3.1. Parámetros de
Carácter Físico

a. Características
organolépticas

b. Turbidez y materias en suspensión
c. Temperatura

d. Conductividad

1.2.3.2. Parámetros de
Carácter Químico

a. Salinidad y dureza

b. pH: Acidez y Alcalinidad c.
Oxígeno disuelto

d. Medidores de materia orgánica
DBO, DQO

e. Medidores de materia inorgánica:
Cationes, Aniones, Metales

1.2.3.3. Parámetros de
Carácter Radiactivo

a. Radiación y totales

b. Elementos individuales

1.2.4. Fuentes de Contaminación
del Agua

Se consideran las fuentes naturales y
antropogénicas:

a. Naturales

Ciertas fuentes de contaminación del agua son
naturales, como son algunos metales y otros productos que se
encuentran naturalmente en la corteza de la tierra y en los
océanos. Beneficiosamente las fuentes de
contaminación natural son muy dispersas y no provocan
concentraciones altas de contaminación, ocurriendo lo
contrario con las fuentes antropogénicas.

b. Antropogénicas

La contaminación antropogénica es
producida por la actividad humana. Hay cuatro focos principales
de contaminación antropogénica: Industria,
contaminación doméstica y urbana,
navegación, contaminación agrícola y
agropecuaria.

  • Industria

El agua que utilizan las industrias para sus procesos es
vertida a los ríos, sin un tratamiento previo. En su
mayoría no poseen sistemas de depuración de las
aguas, esta contaminación es muy elevada dada la gran
cantidad de agua que necesita la industria en proceso de
producción. Además, con sus emisiones a la
atmósfera mediante chimeneas de expulsión de humos
contribuyen a la formación de la lluvia
ácida.

  • Navegación

Produce diferentes tipos de contaminación,
especialmente con hidrocarburos que son un tipo de contaminantes
que afectan a la calidad del agua de manera importante. Los
derrames de petróleo cada día son más
frecuentes en los océanos, dejan estelas de
contaminación de efectos a muy largo plazo. La
formación de una película impermeable

sobre el agua en las zonas de derrame afecta
rápida y directamente a las aves y a los mamíferos
acuáticos ya que obstruye el intercambio gaseoso y
desvía los rayos luminosos que aprovecha el fitoplancton
para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis.

  • Contaminación Agrícola
    y Ganadera

En la actualidad es casi imprescindible el uso de
pesticidas y abonos químicos en la agricultura, los mismos
se incorporan al agua por filtración del terreno hacia las
aguas subterráneas.

La actividad ganadera es otro aporte importante en la
contaminación del agua, fundamentalmente por la
producción de grandes cantidades de residuos
orgánicos en forma de purinas que producen la
contaminación de los acuíferos.

  • Contaminación
    Doméstica y Urbana

La contaminación doméstica se debe al uso
de detergentes, para el aseo personal y del hogar. Se trata de
productos variados y de muy diferentes
características.

La contaminación urbana comprende el uso de
vehículos que causan las emisiones de humos que
depositados por la lluvia son los responsables, junto con la
industria de la lluvia ácida. A esto se suman los vertidos
de aceites de motor y otros líquidos derivados del
petróleo, los que también son altamente
nocivos.

1.2.5. Efectos de la Contaminación del
Agua

La contaminación del agua tiene varias
consecuencias en la vida animal, vegetal y desde luego en la
salud humana. La presencia de nitratos en el agua potable puede
producir enfermedades que pueden ser mortales en los
niños. Los fertilizantes derivados de metales pueden ser
absorbidos por las cosechas y de ser ingerida, en cantidad
suficiente, pueden ocasionar lesiones en algunos órganos
humanos.

En general el agua contaminada se convierte en un
vehículo de agentes infecciosos como virus, bacterias,
helmintos, protozoarios, hongos, sustancias tóxicas
perjudiciales para la salud.

1.2.6. Efectos de la Contaminación en
Ríos y Lagos

Los ríos se definen como la corriente natural de
agua que fluye por un lecho, desde un lugar elevado a otro
más bajo. La gran mayoría de los ríos
desaguan en el mar o en un lago, aunque algunos desaparecen
debido a que sus aguas se filtran en la tierra o se evaporan en
la atmósfera.

Los ríos representan la principal fuente de
abastecimiento de agua de las poblaciones humanas. La
agricultura, el transporte y la industria al utilizar sus aguas
las devuelven sin previo tratamiento en la mayoría de
veces, es por esta circunstancia que los ríos se ven
afectados constantemente y se pueden generar problemas como la
alteración de la cadena trófica, que se rompe por
la presencia de materiales extraños introducidos. De esta
manera algunas especies se reproducen en demasía y otras
desaparecen, lo que no sucede con aguas no contaminadas en donde
existe un equilibrio entre los animales y los
vegetales.

1.2.7. Legislación Ambiental de
Aguas

Para el avance de la presente monografía es
necesario conocer la Normativa Ecuatoriana del Agua que se aplica
en el país, por lo que hemos tomado como referencia el
TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACIÓN AMBIENTAL SECUNDARIA y las
NORMAS TÉCNICAS AMBIENTALES PARA EL DISTRITO METROPOLITANO
DE QUITO.

El Texto Unificado de Legislación Ambiental
Secundaria (TULAS), LIBRO VI establece:

a. Los límites permisibles,
disposiciones y prohibiciones para las descargas en cuerpos de
aguas o sistemas de alcantarillado.

b. Los criterios de calidad de las
aguas para sus distintos usos.

c. Métodos y procedimientos
para determinar la presencia de contaminantes en el
agua.

Nosotros tomaremos como referencia la Tabla 11.
Límites de descarga al sistema de alcantarillado
público y la Tabla 12. Límites de descarga a un
cuerpo de agua dulce, del Texto Unificado de Legislación
Ambiental Secundaria, las cuales contienen 44 y 50
parámetros respectivamente.

Para obviar la mención de todos los
parámetros de dichas tablas y centrarnos en los
parámetros que tendrán real importancia en nuestro
proyecto nos basaremos en las Normas Técnicas Ambientales
para el Distrito Metropolitano de Quito, en la cual explica que
toda descarga líquida proveniente de actividades
industriales, comerciales, deberá ser vertida en la red
pública de alcantarillado o cauce de agua cuando se haya
verificado el cumplimiento de los valores máximos per
misibles de los parámetros aplicables a cada tipo de
actividad enlistados en el Anexo D de dicha norma técnica.
Según la tabla 1: Guía de parámetros a
evaluar por actividad industrial, comercial, y
servicios.

Tabla. 1. Límites máximos
permisibles

Monografias.com

Fuente: Texto Unificado de
Legislación Ambiental – Ecuador, Norma de calidad
ambiental y de descarga de efluentes: recurso agua,
2009

CAPÍTULO II

Industria
textil

2.1. INTRODUCCIÓN

Los textiles son productos de consumo masivo que se
venden en grandes cantidades. La industria textil genera gran
cantidad de empleos directos e indirectos y tiene un peso
importante en la economía mundial.

La industria textil se divide en los
siguientes subsectores:

  • Producción de fibras: Las
    fibras son las materias primas básicas de toda
    producción textil. Dependiendo de su origen, las
    fibras son generadas por la agricultura, la ganadería,
    la química o la petroquímica.

  • Hilandería: Es el proceso
    de convertir las fibras en hilos.

  • Tejeduría: Es el proceso
    de convertir hilos en telas.

  • Tintorería y acabados:
    Son los procesos de teñir y mejorar las
    características de hilos y telas mediante procesos
    físicos y químicos.

  • Confección: Es la
    fabricación de ropa y otros productos textiles a
    partir de telas, hilos y accesorios.

  • No tejidos: Producción de
    telas directamente desde fibras sin pasar por procesos de
    hilatura y tejeduría.

Esta investigación está dirigida al
subsector de tintorería y acabados, ya que
es una sección que necesita de la atención de todos
los habitantes de la ciudad y con mayor razón de la
nuestra.

Esta actividad industrial necesita de un
tratamiento de las aguas antes de incorporarlas al sistema de
alcantarillado. En muestras de agua tomadas en una
tintorería y de acuerdo a los análisis realizados
en ETAPA, se pudo determinar que éstas no cumplen la
normativa del Texto Unificado de Legislación Ambiental
Secundaria.

A demás del elevado consumo de agua,
energía y productos químicos auxiliares, se genera
una gran cantidad de agua residual; estos efluentes poseen
elevadas concentraciones de colorantes, contaminantes
inorgánicos, compuestos químicos sintéticos,
materia en suspensión, orgánicos refractarios,
tensoactivos y componentes clorados. Por lo tanto, se constituye
en uno de los efluentes de más difícil
tratamiento.

Los requerimientos normativos, así como la
necesidad de ahorrar y reutilizar agua en la industria, hace
necesario que se investigue nuevos procesos que permitan mejorar
la remoción de componentes difícilmente
biodegradables, partículas coloidales, virus, bacterias y
que a su vez permitan la posibilidad de la incorporación
del efluente en el proceso productivo.

La fuerte coloración de las aguas residuales de
las tintorerías que se imparten a los cuerpos de descarga
puede llegar a suprimir los procesos fotosintéticos en
corrientes de agua, por lo que su presencia debe ser controlada.
En general, las moléculas de los colorantes utilizados en
la actualidad son estructuras muy variadas y complejas. La
mayoría son de origen sintético, muy solubles en
agua, altamente resistentes a la acción de agentes
químicos y poco biodegradables.

2.1.1. Procesos de la Industria Textil

La industria textil procesa diferentes fibras y debido a
la gran diversidad de procesos, productos químicos y
maquinaria empleada. Estas fábricas van desde
instalaciones artesanales hasta pequeñas
fábricas.

Teñido

Esta parte del proceso consta
de:

Tinturado o teñido.- Es la etapa
más compleja dentro de las operaciones de procesamiento
húmedo; involucra una gran variedad de colorantes y
agentes auxiliares de teñido como el carbosol y el
humectal, éstos proveen el medio químico para su
difusión y fijación sobre la fibra. En la
actualidad se usan los colorantes directos y sulfurosos en la
pequeña industria. En el proceso de teñido la tela
debe estar libre de grasas, gomas, minerales e impurezas y tener
afinidad con los colorantes.

Fijación.- Este
proceso utiliza el peróxido de hidrógeno y el
ácido fórmico que permite incrementar la afinidad
de los colorantes sobre la fibra.

c. Acabado

Esta parte del proceso
contempla:

Suavizado.- El suavizante
proporciona esponjosidad. Hace que las prendas sean más
fáciles de planchar y ayudan a reducir la aparición
de arrugas.

Los ingredientes más importantes de los
suavizantes son los tensoactivos catiónicos, habitualmente
del tipo amonio cuaternario. Estos tensoactivos se adhieren a las
fibras del tejido, proporcionando suavidad. Para realizar este
proceso se utilizan 200 litros de agua.

Enjuague.- Es el
último tratamiento que recibe la tela en las lavadoras
industriales para luego pasar a la centrífuga y/o
exprimidoras.

Monografias.com

Figura 1. Lavadora
industrial

Monografias.com

Figur2. Exprimidora

Por último la prenda debe pasar por
las secadoras industriales para brindarle propiedades finales de
apariencia, suavidad, sin rastros de arrugas y
repelencia.

Monografias.com

Figura 3. Secadora
industrial

En la figura 4. Se muestra un resumen de
los distintos procesos que realizan las
tintorerías.

Monografias.com

Figura 4. Esquema de un proceso
típico en la industria textil

En cada proceso se emite una descarga de agua que
contribuye en la carga total contaminante y por ende en la
composición del agua residual.

Monografias.com

Figura 5. Carga
residual

La carga contaminante del desengomado está dada
por sólidos suspendidos y disueltos, grasas y aceites.
Esta etapa contribuye aproximadamente en un 50% del total de
sólidos suspendidos producidos por la planta, en la que el
desengomado contribuye muy poco o nada a la alcalinidad/acidez de
las corrientes residuales.

En el encimado se produce cantidad de sólidos
totales por la piedra pómez usada. El ácido
acético que se utiliza puede causar irritación de
nariz, garganta, y el contacto con la piel puede producir
quemaduras severas. También puede ocasionar
irritación en los ojos.

El aporte a la carga contaminante de los procesos de
teñido o tinturado es muy significativo y depende del tipo
de colorante utilizado, por lo general se presentan altas
cantidades de sólidos suspendidos y altas cantidades de
DQO y DBO5; y como ya se había mencionado anteriormente
los colorantes afectan severamente el agua de ríos y
lagos, pues las distintas tonalidades impiden el paso de la luz
solar, la cual es importante para llevar a cabo el proceso
fotosintético.

La fijación es realizada con peróxido de
hidrógeno, este debe ser manejado con cuidado ya que puede
causar efectos en el sistema nervioso central, irritación
severa en los tractos respiratorio y digestivo e
irritación en la piel con posibles quemaduras.
Además que el ácido fórmico es de olor
irritante y debe tenerse precaución de no tener contacto
con la piel ya que causa ampollas dolorosas que se revientan y
sangran.

2.1.2. Características de las Aguas Residuales
de la Industria Textil

"De los 200 mil millones de m3 de agua dulce disponible
para la industria a nivel mundial, 2.5 mil millones de m3 es
decir el 1.25% corresponde a industrias textiles, la cual
estará altamente contaminada después de los
procesos." (Adriana Aristizabal, Catalina Bermúdez,
2007).

Para la fabricación de una tonelada de producto
textil se consume alrededor de 200 toneladas de agua y del total
de productos químicos utilizados cerca del 90% es vertido
como desecho después de cumplir su misión. Las
aguas residuales textiles son irregulares y variables en su
composición ya que dependen de la unidad de proceso y la
operación que se efectúe. Las industrias textiles
son contaminantes en términos de volumen y complejidad de
sus efluentes ya que cada una de las actividades que realizan
genera agua residual de características muy variables;
para tener una idea del tipo de impacto ambiental que
tendrán estas aguas residuales, se ha tomado la muestra
más común y más contaminante dentro del
proceso de tinturado cuya base principal es el colorante negro
sulfuroso, para luego ser analizado en los laboratorios de
ETAPA.

En la figura 6. Se clasifican los contaminantes de las
aguas residuales textiles y sus efectos.

Monografias.com

Figura 6. Clasificación general
de los contaminantes de las industrias textiles

Fuente: (Adriana Aristizabal, Catalina
Bermúdez, 2007)

2.2. ELECTROQUÍMICA

2.2.1. Definición.- Es una rama de la
química que estudia la transformación entre la
energía eléctrica y la energía
química. En otras palabras, las reacciones químicas
que se dan en la interfase de un conductor eléctrico
(llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y
un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una
disolución y en algunos casos especiales, un
sólido. Si una reacción química es conducida
mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se
hace referencia a una electrólisis.

Las reacciones químicas donde se produce una
transferencia de electrones entre moléculas se conocen
como reacciones redox, y su importancia en la
electroquímica es vital, pues mediante este tipo de
reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad
o en caso contrario, son producidos como consecuencia de
ella.

En general, la electroquímica se encarga de
estudiar las situaciones donde se dan reacciones de
oxidación y reducción encontrándose
separadas, físicamente o temporalmente, se encuentran en
un entorno conectado a un circuito eléctrico. Esto
último es motivo de estudio de la química
analítica, en una sub-disciplina conocida como
análisis potencio-métrico.

La electroquímica estudia los cambios
químicos que producen una corriente eléctrica y la
generación de electricidad mediante reacciones
químicas. Es por ello, que el campo de la
electroquímica ha sido dividido en dos grandes seccio nes.
La primera de ellas es la electrólisis, la cual se refiere
a las reacciones químicas que se producen por
acción de una corriente eléctrica. La otra
sección se refiere a aquellas reacciones químicas
que generan una corriente eléctrica, éste proceso
se lleva a cabo en una celda o pila galvánica.

Monografias.com

Figura 7. Reacciones
electrolíticas

Fuente: Fundación Educativa
Héctor García

2.2.2. Principios

2.2.2.1 Reacciones de
Reducción-Oxidación

Las reacciones de
reducción-oxidación son las reacciones de
transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre
un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno
reductor (una forma reducida y una forma oxidada
respectivamente). En dichas reacciones la energía liberada
de una reacción espontánea se convierte en
electricidad o bien se puede aprovechar para inducir una
reacción química no espontánea.

2.2.2.2. Celdas Electrolíticas

Son aquellas en las cuales la energía
eléctrica, que procede de una fuente externa provoca
reacciones químicas no espontáneas generando un
proceso denominado electrólisis. Las celdas
electrolíticas constan de un recipiente para el material
de reacción, dos electrodos sumergidos dentro de dicho
material y conectados a una fuente de corriente
directa.

Monografias.com

Figura 8. Celdas
electrolíticas

Fuente: (Secretaría de
Educación Pública)

2.2.2.3. Celdas Electroquímicas

Celdas voltaicas o galvánicas son celdas
electroquímicas en las cuales las reacciones
espontáneas de óxido-reducción producen
energía eléctrica. Las dos mitades de la
reacción de óxido reducción, se encuentran
separadas, por lo que la transferencia de electrones debe
efectuarse a través de un circuito externo.

Es el dispositivo utilizado para la
descomposición mediante corriente eléctrica de
sustancias ionizadas denominadas electrolitos. También se
conoce como celda galvánica o voltaica, en honor de los
científicos Luigi Galvani y Alessandro Volta, quienes
fabricaron las primeras de este tipo a fines del S. XVIII.
(Wikipedia, 2010).

La celda electroquímica o voltaica se basa en la
separación física de los agentes oxidantes y
reductores. Un puente electrolítico une las secciones
separadas de modo que los iones pueden fluir aun cuando la
transferencia de electrones no pueda ocurrir directamente. El
voltaje producido actúa como fuerza impulsora para el
movimiento de los electrones por un conductor externo. Este flujo
de electrones se puede aprovechar como en cualquier
batería.

La tendencia de los iones y átomos a oxidarse o
reducirse es una propiedad química peculiar a la
estructura del átomo o ion. Cuando una substancia que
pierde electrones con facilidad (oxidación) se acopla a
una que atrae con fuerza electrones (reducción), se
dispone de dos componentes de una buena pila voltaica.

2.2.2.4
Electrólisis

Monografias.com

Figura 9.
Electrólisis

Fuente
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/tp05_muv_problema02.php

La electrólisis es un proceso para separar un
compuesto en los elementos que lo conforman, usando para ello la
electricidad.

La electrólisis como proceso de Óxido
– Reducción: Se tiene un recipiente o cuba
electrolítica compuesta por dos electrodos inertes
conectados a una fuente de corriente. Al colocar una
solución electrolítica en el recipiente y hacer
pasar una corriente eléctrica, los iones positivos de la
solución se mueven hacia el cátodo (cationes) y los
iones negativos hacia el ánodo (aniones). La
reducción ocurre en el cátodo y la oxidación
en el ánodo.

El electrodo conectado al polo negativo se conoce como
cátodo, (aleación de hierro) y el conectado al
positivo como ánodo, (aleación de
aluminio).

Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta.
Así, los iones negativos, o aniones, son atraídos y
se desplazan hacia el ánodo (electrodo positivo), mientras
que los iones positivos, o cationes, son atraídos y se
desplazan hacia el cátodo (electrodo negativo).

La descomposición del líquido conductor no
se manifiesta en toda su masa, sino únicamente en los
puntos de entrada y salida de la corriente.

El líquido conductor se llama electrolito; los
conductores metálicos, generalmente en forma de placa,
necesarios para hacer llegar la corriente al líquido, son
llamados electrodos designándole con el nombre de
ánodo (+) aquel por donde penetra la corriente y
cátodo (-) aquel por donde sale. (Licencia Creative
Commons Reconocimiento Compartir Igual 3.0, 2010)

.2.2.5 Electrodos

Monografias.com

Figura 10. Electrodos

Fuente:
http://www.index.com/content&view_category&id_233&Itemid

Un electrodo es una placa de membrana rugosa de metal,
un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no
metálica
de un circuito, por ejemplo un
semiconductor, un electrolito, el vacío (en una
válvula termoiónica), un gas (en una lámpara
de neón), etc.

2.2.2.6 Electrolito

Monografias.com

Figura 11. Electrolito

Fuente
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/tp05_muv_problema02.php

Un electrolito o electrólito es cualquier
sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un
medio conductor eléctrico.

Debido a que generalmente se forman de iones en
solución, los electrólitos también son
conocidos como soluciones iónicas, pero también son
posibles electrolitos fundidos y electrolitos
sólidos.

Cuando se colocan electrodos en un electrólito y
se aplica un voltaje, el electrólito conducirá
electricidad. Los electrones solos, normalmente no pueden pasar a
través del electrólito; en vez de ello, una
reacción química sucede en el cátodo,
consumiendo los electrones del cátodo, y otra
reacción ocurre en el ánodo, produciendo electrones
para ser capturados por el ánodo. Como resultado, una nube
de carga negativa se desarrolla en el electrólito
alrededor del cátodo, y una carga positiva se desarrolla
alrededor del ánodo. Los iones en el electrólito se
mueven para neutralizar estas cargas para que las reacciones
puedan continuar y los electrones puedan seguir
fluyendo.

2.2.3. Corriente Eléctrica y Movimiento de
Iones

La mayoría de los compuestos inorgánicos y
algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando
se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus
moléculas se disocian en especies químicas cargadas
positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la
corriente eléctrica. Si se coloca un par de electrodos en
una disolución de un electrólito (compuesto
ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre
ellos, los iones positivos de la disolución se mueven
hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el
positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o
perder electrones y transformarse en átomos neutros o
moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo
depende de la diferencia de potencial o voltaje
aplicado.

2.2.4. Métodos Electroquímicos de
Tratamiento de Aguas Residuales

La búsqueda de nuevos tratamientos para combatir
la contaminación ambiental, ha llevado a los
científicos a considerar la utilización de los
métodos electroquímicos para transformar y remover
los contaminantes de efluentes.

Los métodos electroquímicos de tratamiento
de aguas residuales como la electroflotación, electro
decantación y la electrocoagulación, involucran el
uso de una celda electrolítica y un par de electrodos
metálicos a través de los cuales se hace circular
una corriente eléctrica. Sistemas electroquímicos
pequeños son viables y en vez de usar reactivos
químicos y microorganismos, el sistema emplea electrones
para realizar el tratamiento. Estos métodos utilizan una
instrumentación robusta y compacta, fácil de
conseguir que ofrezcan la posibilidad de una fácil
distribución y potencialmente pueden reemplazar procesos
sofisticados, ya que requieren contenedores de poca capacidad.
Entre las ventajas de los métodos electroquímicos
se encuentran los beneficios ambientales, de compatibilidad,
versatilidad, eficiencia de energía, seguridad,
selectividad, facilidad de automatización del proceso y
bajos costos. Los métodos electroquímicos han sido
estudiados pero pocos autores se han enfocado en las variables
que son cruciales para el mejoramiento del desempeño de
estas aplicaciones.

De todas las técnicas electroquímicas
conocidas se tiene mayor interés en emplear la
electrocoagulación como método de tratamiento de
aguas residuales que contengan metales pesados, residuos de
grasa, tintes textiles, partículas suspendidas,
suspensiones acuosas de partículas ultra finas, nitratos,
fenoles, arsénico y contaminantes orgánicos, y se
emplea para potabilizar agua.

2.2.4.3. Electrocoagulación (ADRIANA
ARISTIZÁBAL CASTRILLÓN, 2007)

La electrocoagulación es un método
electroquímico de tratamiento de aguas contaminadas donde
un electrodo de sacrificio se corroe para que se lleve a cabo la
coagulación. La electrocoagulación es un proceso
complicado que envuelve varios mecanismos químicos y
fenómenos físicos, que emplea electrodos
consumibles para suplir iones en el agua residual.

Un proceso de electrocoagulación involucra tres
etapas sucesivas:

Formación de los coagulantes por
oxidació n electrolítica del electrodo de
sacrificio.

Desestabilización de los
contaminantes, partículas suspendidas y rompimiento de la
emulsión.

Agregación de las fases
desestabilizadas para formar flocs.

El mecanismo de desestabilización de
los contaminantes, partículas suspendidas y del
rompimiento de emulsión se describe a
continuación:

Compresión de la doble capa difusiva
alrededor de las especies cargadas por la

interacción de los iones generados
por la oxidación del ánodo de
sacrificio.

Neutralización de las cargas de las
especies iónicas presentes en el agua residual ocasionada
por los iones coagulantes producidos por disolución
electroquímica del ánodo de sacrificio. Estos iones
coagulantes reducen la repulsión electrostática
entre partículas lo que causa la coagulación y de
este proceso resulta una carga neta igual a cero.

Los flocs que se forman como resultado de
la coagulación crean una capa de lodos que atrapa y
conduce las partículas coloidales que permanecen en el
medio acuoso.

Las siguientes reacciones
fisicoquímicas tienen lugar en una celda de
electrocoagulación:

Reducción catódica de las
impurezas presentes en el agua residual.

Descarga y coagulación de las
partículas coloidales.

Migración electroforética de
iones en solución.

Electroflotación de las
partículas coaguladas ocasionada por las burbujas
de

hidrógeno y oxígeno
producidas por los electrodos.

Reducción de los iones
metálicos en el cátodo.

Otros procesos químicos y
electroquímicos.

CAPÍTULO III

Sistema de
electrocoagulación

3.1. CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE
ELECTROCOAGULACIÓN

3.1.1. Celda Electrolítica

Una celda electrolítica es básicamente un
recipiente que consta de un líquido conductor llamado
electrolito o solución electrolítica, además
de dos electrodos que se encuentran sumergidos en el mismo. (Ver
figura 8 del capítulo anterior.).

La celda como tal no sirve como fuente de energía
eléctrica, pero puede conducir corriente continua desde
una fuente externa, la misma que alimenta a los
electrodos.

La energía eléctrica que brinda la fuente
de poder se convierte en energía química por medio
de las placas metálicas que reaccionan directamente con el
electrolito.

3.1.2. Cuba Electrolítica

En nuestra investigación, se usó una cuba
de vidrio del laboratorio de Electroquímica, la misma que
tiene una capacidad de 2 litros, que posee lugar para 6 placas,
llave para eliminar floculos. Para la utilización de la
cuba de vidrio se tomaron en cuenta dos factores la capacidad de
la fuente y la cantidad de solución que se necesita para
la práctica.

3.1.3. Fuente de Poder

Fuente de poder o de alimentación es un
dispositivo que convierte las tensiones alternas de la red de
suministro, en una o varias tensiones, prácticamente
continuas. Para esto consta de un rectificador, fusibles y otros
componentes que le permiten recibir la electricidad, regular,
filtrarla y adaptarla a las necesidades del aparato
electrónico al que se conecta.

3.1.4.1. Dimensiones, Disposición y
Descripción de los Electrodos

a. Material de los
electrodos

Para el trabajo de investigación se utilizaron
electrodos de aleación de hierro por las siguientes
razones:

  • Disponibilidad de metales.

  • Son materiales relativamente
    baratos.

b. Dimensiones y disposición
de los electrodos

Los electrodos se diseñaron como placas
dispuestas en paralelo. Las medidas de los electrodos
deberán de tener la mayor área superficial posible
en concordancia con la cuba de vidrio. La una distancia de 3 cm
entre las placas.

c. Descripción de los
electrodos

i. Aleación del
hierro

Se considera que acero es una aleación de hierro
y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la
composición de la aleación, alcanzando normalmente
porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el
2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al
ser quebradizas y no poderse forjar a diferencia de los aceros,
se moldean.

La ingeniería metalúrgica trata al acero
como una familia muy numerosa de aleaciones metálicas,
teniendo como base la aleación hierro-carbono. El hierro
es un metal relativamente duro y tenaz, con temperatura de
fusión de 1.535 °C y punto de
ebullición

2.740 °C. Mientras el carbono es un no metal, blando
y frágil en la mayoría de sus formas
alotrópicas (excepto en la forma de diamante en que su
estructura cristalográfica lo hace el más duro de
los materiales conocidos).

Partes: 1, 2

Página siguiente 

Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

Categorias
Newsletter