ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALbibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/5551/1/CD-4636.pdfcarrera y por...

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

ESTUDIO DE OPTIMIZACIÓN DE VARIABLES DE

FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

ELECTROCOAGULACIÓN PARA TRATAR AGUAS DE LA

INDUSTRIA TEXTIL

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO AMBIENTAL

ESTEFANÍA PATRICIA GÓMEZ POLANCO [email protected]

VÍCTOR HUGO MARTÍNEZ VALERIANO [email protected]

DIRECTOR: ING. TRAJANO RAMÍREZ [email protected]

Quito, enero 2013

II

DECLARACIÓN

Nosotros, Estefanía Patricia Gómez Polanco y Víctor Hugo Martínez Valeriano,

declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido

previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que

hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su Reglamento y por la Normativa institucional vigente.

_________________________ ___________________________

ESTEFANÍA GÓMEZ POLANCO VÍCTOR MARTÍNEZ VALERIANO

III

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por la Srta. Estefanía Patricia

Gómez Polanco y por el Sr. Víctor Hugo Martínez Valeriano, bajo mi supervisión.

___________________________

PROF. ING. TRAJANO RAMÍREZ

DIRECTOR DEL PROYECTO

IV

AGRADECIMIENTOS

Al ser maravilloso que cada día ha guiado mi vida, Dios, por darme valor, fortaleza

y perseverancia.

A mi papá (Tavo), mi mami (Susy), que han sido el soporte durante todo momento

de mi vida brindándome amor, confianza y enseñándome a luchar para no

decaer. A uds. papi y mami todo el amor y el respeto del mundo.

A mi hermano Pandi (Andi) que ha sido un ejemplo de lucha constante, de pasión

por lo que hace, que me ha enseñado que nunca es suficiente que siempre hay

algo más que dar. A ti querido hermano todo mi amor y admiración.

A Pablo por ser la persona que ha entrado en mi vida y en mi corazón por la

paciencia, la comprensión el apoyo y el amor que hemos compartido. Gracias

amor.

A los Ingenieros Trajano Ramírez, César Narváez y Luis Jaramillo por todas las

enseñanzas, el apoyo y la apertura para hacer posible el desarrollo de esta tesis.

A mis queridos amigos por cada uno de los momentos compartidos, por cada

sonrisa, cada lágrima y cada vivencia ,Pao, Lucy, Liz, Guisele, Isa, Naty, Vini

(amors), Joshi, Kary, Diani, Stepy….

A mi amigo de tesis Víctor por todo el apoyo brindado no sólo en la tesis sino a lo

largo de toda la carrera.

Tefa

V

AGRADECIMIENTOS

A Dios por ser mi guía y darme sabiduría en cada decisión que he tomado.

A mis queridos padres por el apoyo que me han brindaron en todo este tiempo.

En especial, a mi Papa Carlos, por enseñarme que siempre se debe luchar y ser

perseverante en la vida. A mi tía Marcia, mi eterna gratitud y cariño por su tan

abnegada vida al cuidado mío y de mis abuelitos.

A mis hermanos que siempre confiaron en mí. Por tantos momentos que no

pudimos compartir y porque me apoyaron siempre durante toda la carrera y

especial los dos últimos años.

Al Ingeniero Trajano Ramírez por su paciencia, comprensión y guía durante el

desarrollo de la tesis. A los Ingenieros César Narváez y Luis Jaramillo por sus

enseñanzas y apoyo a lo largo de mi carrera y desarrollo de esta tesis.

A mis compañeros, gracias por compartir experiencias inolvidables durante la

carrera y por todos los momentos felices un abrazo enorme para todos: Chabe,

Gigi, Stefy, Paito, Lucy, Liss, Daniel y al gran amigo Xavi. A Dianita, Naty, Josh,

Primo Vini y Kari gracias por designarme X-MEN-SO honorario.

Por todo el apoyo brindado durante la carrera, la confianza en mí y paciencia en

éstos últimos meses, por guiarme para ser mejor en la vida te agradezco

infinitamente Tefa…

Torvik

VI

DEDICATORIA

Con todo el amor del mundo dedico esta meta cumplida a mi padre, mi madre y

mi hermano que han sido mi inspiración y ejemplo. Les amo mucho.

Además, con mucho cariño y añoranza a esa persona que me ayudó a

conocerme, que me enseñó a ver ese mundo diferente que existía solo para los

dos para ti Andrew de tu niña verde mora.

“Solo no tengas miedo, que por el miedo nadie se mueve, por miedo no hacemos

nada, solo no tengas miedo coge todo lo lindo que tengas del pasado y lo que has

aprendido y para adelante”

Tefa

VII

DEDICATORIA

Todo el esfuerzo y sacrificios realizados tienen su recompensa. A la persona que

con sus sencillos consejos me enseñó a orientar mi vida, por su sacrificada labor

y todo el amor que me entregó desde pequeño hasta cuando pudo estar

conmigo…Vivirás siempre en mis pensamientos Mi abuelita Bachita….

Torvik

VIII

CONTENIDO

DECLARACIÓN…………………………………………………………………………...II

CERTIFICACIÓN .................................................................................................. III

AGRADECIMIENTOS ........................................................................................... IV

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................ V

DEDICATORIA ...................................................................................................... VI

DEDICATORIA ..................................................................................................... VII

CONTENIDO ....................................................................................................... VIII

LISTADO DE GRÁFICOS ................................................................................... XVI

LISTADO DE CUADROS .................................................................................. XXX

LISTA DE FOTOGRAFÍAS ............................................................................. XXXIII

RESUMEN ..................................................................................................... XXXIV

SUMMARY ...................................................................................................... XXXV

PRESENTACIÓN ........................................................................................... XXXVI

CAPÍTULO 1 .......................................................................................................... 1

MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 1

1.1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 1

1.2 REACCIONES REDOX ................................................................................. 1

1.3 CELDAS ELECTROQUÍMICAS .................................................................... 2

1.3.1 CELDAS ELECTROLÍTICAS .................................................................. 3

1.3.2 CELDAS GALVÁNICAS ......................................................................... 6

1.4 LEYES DE FARADAY ................................................................................... 8

1.4.1 PRIMERA LEY DE FARADAY ............................................................... 8

1.4.2 SEGUNDA LEY DE FARADAY .............................................................. 8

1.4.3 TERCERA LEY DE FARADAY. .............................................................. 9

1.5 ELECTROCOAGULACIÓN ......................................................................... 10

1.5.1 GENERALIDADES DE LA ELECTROCOAGULACIÓN ....................... 10

1.5.2 COMPONENTES DEL SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN....... 14

IX

1.5.2.1 Factores relevantes en el proceso de electrocoagulación ............ 15

1.5.3 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ELECTROCOAGULACIÓN 16

1.5.3.1 Ventajas ......................................................................................... 16

1.5.3.2 Inconvenientes ............................................................................... 18

1.6 APLICACIONES DE LA ELECTROCOAGULACIÓN EN LA ACTUALIDAD 18

CAPÍTULO 2 ........................................................................................................ 20

INDUSTRIA TEXTIL ............................................................................................ 20

2.1 GENERALIDADES ...................................................................................... 20

2.1.1 FIBRAS TEXTILES ............................................................................... 21

2.1.1.1 Materias primas ............................................................................. 21

2.1.1.1.1 Fibras Naturales ..................................................................... 21

2.1.1.1.2 Fibras Sintéticas ..................................................................... 22

2.1.2 PROCESOS TEXTILES ....................................................................... 22

2.1.2.1 Preparación de la fibra ................................................................... 22

2.1.2.1.1 Fibra Natural .......................................................................... 22

2.1.2.1.2 Fibras artificiales .................................................................... 23

2.1.2.2 Hilatura .......................................................................................... 24

2.1.2.2.1 Blanqueo ................................................................................ 24

2.1.2.3 Tinturado ........................................................................................ 25

2.1.2.3.1 Máquinas de Tintura .............................................................. 25

2.1.2.4 Acabado ......................................................................................... 26

2.2 AGENTES QUÍMICOS UTILIZADOS EN EL PROCESO DE TINTURADO DE

LA INDUSTRIA TEXTIL ............................................................................... 26

2.2.1 TIPOS DE COLORANTES Y SU APLICACIÓN ................................... 26

2.2.2 AUXILIARES TEXTILES ...................................................................... 28

2.3 PROBLEMÁTICA AMBIENTAL DE LA INDUSTRIA TEXTIL ....................... 31

2.3.1 GENERACIÓN DE RESIDUOS ............................................................ 31

2.3.2 GENERACIÓN DE EMISIONES ATMOSFÉRICAS ............................. 32

2.3.3 GENERACIÓN DE RUIDO ................................................................... 32

2.3.4 GENERACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS ....................................... 33

2.4 IMPACTOS AMBIENTALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL: PROCESO DE

TINTURADO ............................................................................................... 33

X

2.4.1 IMPACTO DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS UTILIZADOS .............. 33

2.4.1.1 Colorantes ..................................................................................... 33

2.4.1.2 Encolantes y ensimajes ................................................................. 34

2.4.1.3 Tensoactivos .................................................................................. 34

2.4.1.4 Suavizantes y tipo de acabados .................................................... 34

2.5 CONSECUENCIAS AMBIENTALES DE LOS EFLUENTES DE

TINTORERÍA… ........................................................................................... 34

2.6 INDUSTRIA TEXTIL PROLATEX ................................................................ 36

2.6.1 INFORMACIÓN GENERAL .................................................................. 37

2.6.2 DESCRIPCIÓN DE PROCESOS Y EQUIPOS ..................................... 37

2.6.3 GENERACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS ....................................... 39

2.6.4 MEDIDAS DE MITIGACIÓN ................................................................. 41

CAPÍTULO 3 ........................................................................................................ 42

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE ELECTROCOAGULACIÓN .......................... 42

3.1 DISEÑO DEL REACTOR ............................................................................ 43

3.1.1 CUERPO DEL REACTOR .................................................................... 43

3.1.2 SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO ............................................ 47

3.2 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN ......... 49

CAPÍTULO 4 ........................................................................................................ 50

METODOLOGÍA .................................................................................................. 50

4.1 ENSAYOS DE DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS DE LA INDUSTRIAL

TEXTIL MEDIANTE EL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN ........... 51

4.1.1 OBJETIVOS ......................................................................................... 51

4.1.2 EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS ........................................... 51

4.1.2.1 Equipos .......................................................................................... 51

4.1.2.2 Materiales ...................................................................................... 52

4.1.2.3 Reactivos ....................................................................................... 53

4.1.3 VARIABLES ESTUDIADAS .................................................................. 54

4.1.4 PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS .................................................... 54

4.1.5 CONDICIONES TÉCNICAS DEL PROCESO DE ELECTRO-

COAGULACIÓN ................................................................................... 55

XI

4.1.6 MUESTREO DE AGUA RESIDUAL EN LA INDUSTRIA PROLATEX .. 56

4.1.7 PROCEDIMIENTO DE LOS ENSAYOS DE DESCONTAMINACIÓN

DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEXTIL ............................ 57

4.1.7.1 Procedimiento inicial ...................................................................... 57

4.1.7.2 Procedimiento para el tratamiento de las aguas residuales en el

reactor de electrocoagulación ........................................................ 58

4.1.7.3 Procedimiento final ........................................................................ 58

4.1.8 PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS TIEMPOS

DE RESIDENCIA A DIFERENTES FLUJOS EN EL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN. ................................................................. 59

4.1.8.1 Equipo, materiales y reactivos ....................................................... 59

4.1.8.2 Procedimiento ................................................................................ 59

4.2 ENSAYOS DE OPTIMIZACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS DE

LA INDUSTRIA TEXTIL ............................................................................... 61

4.2.1 DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS .................................................... 62

4.2.1.1 Ensayo con diez celdas electroquímicas, con ánodo de hierro,

caudal de 7.2 L/h a 4, 8 y 16 A (ENSAYO 1). ............................... 62

4.2.1.2 Ensayo con diez celdas electroquímicas, con ánodo de aluminio,

caudal de 7.2 L/h a 4, 8 y 16 A (ENSAYO 2). ............................... 62

4.2.1.3 Ensayo con 10 celdas electroquímicas, con ánodo de hierro a 8

amperios, variando el flujo a 18, 36 y 72 L/h (ENSAYO 3). ......... 63

4.2.1.4 Ensayo con 20 celdas electroquímicas, con ánodo de hierro a 8 A y

con flujos de 114, 216 y 288 L/h (ENSAYO 4). ............................ 63

CAPÍTULO 5 ........................................................................................................ 64

ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................. 64

5.1 RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS DE AGUAS

RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL, TRATADAS POR EL PROCESO

DE ELECTROCOAGULACIÓN ................................................................... 64

5.2 ESTUDIO DEL EFECTO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN

SOBRE LOS CONTAMINANTES PRESENTES EN LAS AGUAS

RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL ................................................. 65

XII

5.2.1 INFLUENCIA DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE DE LA CELDA

ELECTROQUÍMICA CON ÁNODO DE HIERRO A 4, 8 Y 16

AMPERIOS Y A DIFERENTES TIEMPOS DEL PROCESO DE

ELECTROCOAGULACIÓN EN LA REMOCIÓN DE LOS

CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA

TEXTIL A UN CAUDAL FIJO DE 7.2 L/h (ENSAYO E1) ...................... 66

5.2.2 INFLUENCIA DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE DE LA CELDA

ELECTROQUÍMICA CON ÁNODO DE ALUMINIO A 4, 8 Y 16

AMPERIOS Y A DIFERENTES TIEMPOS DEL PROCESO DE

ELECTROCOAGULACIÓN EN LA REMOCIÓN DE LOS


TEXTIL A UN CAUDAL FIJO DE 7.2 L/h (ENSAYO E2) ...................... 76

5.2.2.1 Análisis de los ensayos E1 y E2 para determinar el amperaje y el

tipo de electrodo de sacrificio óptimo para el tratamiento de agua

contaminada de la industria textil. .................................................. 86

5.2.3 INFLUENCIA DEL FLUJO DE ALIMENTACIÓN AL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN DE 10 CELDAS ELECTROQUÍMICAS

CON ÁNODO DE HIERRO A 8 AMPERIOS Y A DIFERENTES

TIEMPOS DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, EN LA

REMOCIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE

LA INDUSTRIA TEXTIL. (ENSAYO E3). Los flujos de alimentación al

reactor de electrocoagulación que se establecieron fueron 18 L/h, 36

L/h y 72 L/h. ........................................................................................ 106

5.2.4 INFLUENCIA DEL FLUJO DE ALIMENTACIÓN AL REACTOR DE


CON ÁNODO DE HIERRO A 8 AMPERIOS Y A DIFERENTES

TIEMPOS DEL PROCESO DE REMOCIÓN DE LOS


TEXTIL. (ENSAYO E4). Los flujos de alimentación al reactor de

electrocoagulación que se establecieron fueron 144 L/h, 216 L/h y 288

L/h. ..................................................................................................... 115

XIII

CAPÍTULO 6 ...................................................................................................... 126

DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN PARA EL

TRATAMIENTO DE AGUAS DE LA INDUSTRIA TEXTIL ................................ 126

6.1 DIMENSIONAMIENTO ............................................................................. 126

6.1.1 TANQUE DE HOMOGENIZACIÓN .................................................... 128

6.1.2 DIMENSIONAMIENTO DEL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN ................................................................ 131

6.1.2.1 Cálculo del volumen del reactor de tipo flujo pistón ..................... 131

6.1.2.2 Dimensionamiento de los electrodos y del reactor de

electrocoagulación. ...................................................................... 138

6.1.2.3 Cálculo del número de compartimentos. ...................................... 142

6.1.3 FILTRO DE ARENA ........................................................................... 144

6.1.4 LECHO DE SECADO DE LODOS ...................................................... 150

6.1.5 RECOLECCIÓN DE LODOS FLOTANTES ........................................ 152

6.2 ESTIMACIÓN ECONÓMICA DEL PROCESO DE ELECTRO-

COAGULACIÓN........................................................................................ 153

6.2.1 COSTOS DE INVERSIÓN .................................................................. 153

6.2.1.1 Costo del reactor de electrocoagulación ...................................... 153

6.2.1.2 Costo de las unidades complementarias del proceso de

electrocoagulación ....................................................................... 155

6.2.1.3 Inversión total .............................................................................. 155

6.2.2 COSTO DE OPERACIÓN .................................................................. 155

6.2.2.1 Costo del consumo eléctrico ........................................................ 155

6.2.2.2 Costo de mano de obra ............................................................... 156

6.2.2.3 Costo total de operación .............................................................. 156

6.3 TIEMPO DE USO DE LOS ELECTRODOS ............................................... 157

CAPÍTULO 7 ...................................................................................................... 159

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................... 159

7.1 CONCLUSIONES ..................................................................................... 159

7.2 RECOMENDACIONES ............................................................................. 160

XIV

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 161

ANEXOS ............................................................................................................ 164

ANEXO Nº 1 ....................................................................................................... 165

DIAGRAMA DE FLUJO DE LOS PROCESOS DE LA INDUSTRIA PROLATEX 165

ANEXO Nº 2 ....................................................................................................... 167

PRODUCTOS QUÍMICOS UTILIZADOS POR LA INDUSTRIA PROLATEX ..... 167

ANEXO Nº 3 ....................................................................................................... 169

PROCEDIMIENTOS OPERACIONALES ESTABLECIDOS POR EL

LABORATORIO DE ANÁLISIS DE AGUAS Y MICROBIOLOGÍA ..................... 169

ANEXO Nº 4 ....................................................................................................... 197

REGISTRO DE MUESTREO ............................................................................. 197

ANEXO Nº 5 ....................................................................................................... 198

RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS

CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN

DEL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL ............................................................ 198

ANEXO Nº 6 ....................................................................................................... 211

PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES DE LOS ANÁLISIS DE

LOS PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS CON RESPECTO AL TIEMPO DEL

PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN DE LA MUESTRA DE AGUA DE LA

INDUSTRIA TEXTIL ENSAYO 1 ........................................................................ 211

ANEXO Nº 7 ....................................................................................................... 215





ANEXO Nº 8 ....................................................................................................... 219





XV

ANEXO Nº 9 ....................................................................................................... 223





ANEXO Nº 10 ..................................................................................................... 227

DIMENSIONAMIENTO DEL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN .......... 227

ANEXO Nº 11 ..................................................................................................... 229

DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO DE ARENA .............................................. 229

ANEXO Nº 12 ..................................................................................................... 231

DIMENSIONAMIENTO DEL LECHO DE SECADO ........................................... 231

ANEXO Nº 13 ..................................................................................................... 233

LÍMITES PERMISIBLES DE DESCARGA A ALCANTARILLADO PARA

INDUSTRIA TEXTIL ........................................................................................... 233

ANEXO Nº14 ...................................................................................................... 236

DETERMINACIÓN DEL ORDEN Y CONSTANTE DE LA REACCIÓN PARA EL

REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN TIPO FLUJO PISTÓN .................... 236

XVI

LISTADO DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1-1: CLASIFICACIÓN DE LAS CELDAS ELECTROQUÍMICAS ........... 3

GRÁFICO 1-2: PARTES DE UNA CELDA ELECTROLÍTICA ................................ 4

GRÁFICO 1-3: PARTES DE UNA CELDA GALVÁNICA ........................................ 7

GRÁFICO 1-4: CELDA GALVÁNICA ..................................................................... 7

GRÁFICO 1-5: PROCESOS INVOLUCRADOS EN UN REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN ......................................................... 13

GRÁFICO 2-1: DIAGRAMA DE PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE LA

EMPRESA PROLATEX ............................................................... 38

GRÁFICO 2-2: LOCALIZACIÓN DEL PUNTO DE DESCARGA DE EFLUENTES

DE LA INDUSTRIA PROLATEX .................................................. 40

GRÁFICO 3-1: ESQUEMA DE LA UNIDAD DE ELECTROCOAGULACIÓN A

FLUJO PISTÓN, VISTA LATERAL. ............................................. 43

GRÁFICO 3-2: ZONAS DEL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN ............ 44

GRÁFICO 3-3: DIAGRAMA DE CONTROL AUTOMÁTICO................................. 48

GRÁFICO 3-4: DIAGRAMA DE FUERZA ELÉCTRICA ....................................... 48

GRÁFICO 4-1: DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE RESIDENCIA DEL

AFLUENTE EN EL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN. . 60

GRÁFICO 5-1: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DQO DEL AGUA

CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL

TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO

EL ENSAYO 1 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de

corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas) ........... 67

GRÁFICO 5-2: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE CALCIO DEL AGUA





XVII

GRÁFICO 5-3: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE MAGNESIO DEL AGUA





GRÁFICO 5-4: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE TURBIDEZ DEL AGUA




corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas) .......... 68

GRÁFICO 5-5: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE COLOR DEL AGUA





GRÁFICO 5-6: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SULFATOS DEL AGUA





GRÁFICO 5-7: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE FOSFATOS DEL AGUA




corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas) .......... 70

GRÁFICO 5-8: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS TOTALES DEL

AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON

RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE

ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (flujo del

proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A;

ánodo Fe, reactor de 10 celdas) .................................................. 70

GRÁFICO 5-9: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DISUELTOS DEL


XVIII




ánodo Fe, reactor de 10 celdas) .................................................. 71

GRÁFICO 5-10: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DETERGENTES DEL AGUA

CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO

AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN,

BAJO EL ENSAYO 1 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades

de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas) ..... 71

GRÁFICO 5-11: VARIACIÓN DE [HCO3-1] DEL AGUA CONTAMINADA DE LA

INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL

PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1

(flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y

16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas) ........................................ 72

GRÁFICO 5-12: VARIACIÓN DE [CO3-2] DEL AGUA CONTAMINADA DE LA





GRÁFICO 5-13: VARIACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO DEL AGUA




de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas) ..... 73

GRÁFICO 5-14: VARIACIÓN DEL pH DEL AGUA CONTAMINADA DE LA





GRÁFICO 5-15: VARIACIÓN DE CONDUCTIVIDAD DEL AGUA CONTAMINADA

DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL


XIX







de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas) ...... 77


























XX











ánodo Al, reactor de 10 celdas) .................................................. 80






ánodo Al, reactor de 10 celdas) .................................................. 81










16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas) ......................................... 82






XXI


















AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A

DIFERENTES TIEMPOS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del


ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas) .......................................... 87













XXII





proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A,





DIFERENTES TIEMPOS, BAJO EL ENSAYO 2 (flujo del proceso

de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y

Al, reactor de 10 celdas) ............................................................. 91















RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE

ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEMPOS, BAJO EL

ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de

corriente de 4, 8 y 16 A, ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas) ... 94



RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE

XXIII

ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEMPOS, BAJO EL


corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas) ... 95







GRÁFICO 5-41: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE DQO DEL AGUA DE LA



Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 8

A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas) ...................................... 99

GRÁFICO 5-42: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE COLOR DEL AGUA DE LA




A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas) .................................... 100

GRÁFICO 5-43: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE FOSFATOS DEL AGUA DE

LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL




GRÁFICO 5-44: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DISUELTOS

DEL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL


EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de

corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas) ............. 101

GRÁFICO 5-45: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS TOTALES DEL

AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO

DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL

XXIV


corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas) ............. 101

GRÁFICO 5-46: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE DETERGENTES DEL

AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO

DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL


corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas) ............ 102

GRÁFICO 5-47: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE CALCIO DEL AGUA DE LA





GRÁFICO 5-48: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE MAGNESIO DEL AGUA DE





GRÁFICO 5-49: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE TURBIDEZ DEL AGUA DE





GRÁFICO 5-50: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE SULFATOS DEL AGUA DE




A; ánodo Fe y Al, reactor 10 celdas) ......................................... 104




ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de

corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas) ......... 106

XXV









ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18,

36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe,

reactor de 10 celdas) ................................................................ 107




ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18,

36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe,

reactor de 10 celdas) ................................................................ 108




BAJO EL ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h,

intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10

celdas) ...................................................................................... 108











XXVI


















PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del

proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8

A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas) ........................................... 111




proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente óptima de 8







GRÁFICO 5-64: VARIACIÓN DE pH DEL AGUA CONTAMINADA DE LA



XXVII











ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad

de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas) .... 115









ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de

144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo

Fe, reactor de 20 celdas) .......................................................... 116




ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de

144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo

Fe, reactor de 20 celdas) .......................................................... 117




BAJO EL ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h,

XXVIII

intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 20

celdas) ...................................................................................... 117

























de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor 20 celdas) ......... 120




proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media de

8 A; ánodo Fe, reactor 20 celdas) ............................................. 120

XXIX













PROCESO DE ELCTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del








GRÁFICO 6-1: DIAGRAMA DE UNIDADES PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE

AGUAS DE LA INDUSTRIA TEXTIL POR

ELECTROCOAGULACIÓN ....................................................... 127

GRÁFICO 6-2: VARIACIÓN DEL CAUDAL MENSUAL RESPECTO AL CAUDAL

MEDIO ....................................................................................... 129

GRÁFICO 6-3: REACCIÓN DE ORDEN CERO ................................................. 132

GRÁFICO 6-4: REACCIÓN DE PRIMER ORDEN ............................................. 133

GRÁFICO 6-5: REACCIÓN DE SEGUNDO ORDEN ......................................... 133

GRÁFICO 6-6: ESQUEMA DE LOS ELECTRODOS DEL REACTOR DE


XXX

GRÁFICO 6-7: ESQUEMA DE LA DISPOSICIÓN DE LOS ELECTRODOS Y LAS

LÁMINAS DE DIVISIÓN EN EL REACTOR DE


GRÁFICO 6-8: EJEMPLOS VISUALES Y SU EQUIVALENICA AL TAMAÑO DE

LOS FLÓCULOS SEGÚN EL ÍNDICE DE WILLCOMB. ............ 146

XXXI

LISTADO DE CUADROS

CUADRO 2-1: CLASIFICACIÓN Y ORIGEN DE LAS FIBRAS TEXTILES .......... 21

CUADRO 2-2: MAQUINARIA UTILIZADA EN LOS PROCESOS DE TINTURA .. 25

CUADRO 2-3: CLASIFICACIÓN DE LOS COLORANTES................................... 27

CUADRO 2-4: COMPONENTES QUÍMICOS TÍPICOS QUE PUEDEN

ENCONTRARSE EN EL AGUA RESIDUAL Y SUS EFECTOS. .. 36

CUADRO 2-5: INFORMACIÓN GENERAL DE LA INDUSTRIA PROLATEX....... 37

CUADRO 2-6: PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LA EMPRESA PROLATEX ... 39

CUADRO 2-7: CONSUMO DE AGUA Y PRODUCCIÓN DE EFLUENTES

LÍQUIDOS DE LA INDUSTRIA PROLATEX ................................. 40

CUADRO 4-1: EQUIPOS UTILIZADOS ............................................................... 51

CUADRO 4-2: MATERIALES DEL LABORATORIO ............................................ 52

CUADRO 4-3: REACTIVOS UTILIZADOS ........................................................... 53

CUADRO 4-4: EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL EN EL PROCESO DE

MUESTREO ................................................................................. 56

CUADRO 4-5: MATERIALES EN EL PROCESO DE MUESTREO ...................... 56

CUADRO 4-6: DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS Y CONDICIONES DE

OPERACIÓN DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN. .. 61

CUADRO 5-1: RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS DEl

EFLUENTE DE LA INDUSTRIA TEXTIL. ..................................... 64

CUADRO 5-2: VALORES MÁXIMOS DE REMOCIÓN DE LOS


TEXTIL, BAJO EL ENSAYO E1. (Flujo del proceso 7.2L/h,

intensidad de corriente de 4, 8 y 16 a; ánodo de Fe; reactor de 10

celdas) .......................................................................................... 75

CUADRO 5-3: VALORES MÁXIMOS DE REMOCIÓN DE LOS


TEXTIL, BAJO EL ENSAYO E2. (Flujo del proceso 7.2L/h,

intensidad de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo de Al; reactor de 10

celdas) .......................................................................................... 85

XXXII

CUADRO 5-4: INTENSIDADES DE CORRIENTE DE LA CELDA

ELECTROQUÍMICA PARA LA OBTENCIÓN DE LA MÁXIMA

REMOCIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL

DE LA INDUSTRIA TEXTIL, BAJO LOS ENSAYOS 1 Y 2. (Flujo

del proceso 7.2L/h, intensidad de corriente de 4, 8 y 16 a; ánodo de

Fe y Al; reactor de 10 celdas) ....................................................... 98

CUADRO 5-5: TIEMPOS DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN

NECESARIOS PARA LA OBTENCIÓN DE PORCENTAJES DE

REMOCIÓN ASINTÓTICOS DE LOS CONTAMINANTES

PRESENTES EN LAS AGUAS DE LA INDUSTRIA TEXTIL, BAJO

LOS ENSAYOS 1 y 2. (Flujo del proceso 7.2L/h, intensidad de

corriente de 8 A; ánodo de Fe y Al; reactor de 10 celdas). ......... 105

CUADRO 5-6: PARÁMETROS ÓPTIMOS DE OPERACIÓN DEL REACTOR DE


PARA EL PROCESO DE DESCONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS

CONTAMINADAS DE LA INDUSTRIA TEXTIL PROLATEX. ..... 124

CUADRO 5-7: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES EN LAS

MEJORES CONDICIONES TÉCNICAS. .................................... 125

CUADRO 6-1: DATOS DE CAUDAL FACTURADO POR LA EMPRESA

PROLATEX ................................................................................ 128

CUADRO 6-2: FRECUENCIA DE OPERACIÓN DEL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN CONSIDERANDO EL VOLUMEN

MEDIO DESCARGADO POR LA PLANTA Y EL VOLUMEN A

TRATARSE POR EL SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN.130

CUADRO 6-3: RESULTADO DEL CÁLCULO DEL ORDEN DE LA REACCIÓN

DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN........................ 132

CUADRO 6-4: DATOS PARA LA COMPROBACIÓN DEL ORDEN DE LA

REACCIÓN UTILIZANDO EL MÉTODO DIFERENCIAL. ........... 134

CUADRO 6-5: VALORES DEL ORDEN DE LA REACCIÓN ENCONTRADOS EN

LOS ENSAYOS E3 Y E4 UTILIZANDO LA REPRESENTACIÓN

GRÁFICA Y EL MÉTODO DIFERENCIAL. ................................. 135

CUADRO 6-6: VALORES DE LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN (k) PARA LOS

ENSAYOS E3 Y E4 CON ÓRDEN DE REACCIÓN 2. ................ 136

XXXIII

CUADRO 6-7: PROCESO DE ITERACIONES ................................................... 140

CUADRO 6-8: DIMENSIONES DE LOS ELECTRODOS ................................... 141

CUADRO 6-9: DIMENSIONES DEL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN……………….………………………..142

CUADRO 6-10: PARTES DEL FILTRO DE ARENA .......................................... 148

CUADRO 6-11: PORCENTAJE EN VOLUMEN DE LODO GENERADO EN LOS

ENSAYOS E3 Y E4. ................................................................. 150

CUADRO 6-12: CONFORMACIÓN DEL LECHO DE SECADO ......................... 152

CUADRO 6-13: ÁREA DEL REACTOR ELECTROCOAGULACIÓN,

ELECTRODOS Y PLACAS. ...................................................... 153

CUADRO 6-14: COSTO DE LAS PLANCHAS DE HIERRO, ALUMINIO Y

POLIMETACRILATO ................................................................ 154

XXXIV

LISTADO DE FOTOGRAFÍAS

FOTOGRAFÍA 3-1: REACTOR DE 10 CELDAS .................................................. 44

FOTOGRAFÍA 3-2: REACTOR DE 20 CELDAS .................................................. 45

FOTOGRAFÍA 3-3: ELECTRODO DE ALUMINIO ............................................... 46

FOTOGRAFÍA 3-4: ELECTRODO DE HIERRO ................................................... 46

FOTOGRAFÍA 3-5: PLETINAS DEL REACTOR DE 10 y 20 CELDAS ................ 47

XXXV

RESUMEN

La presente tesis se realizó con el objeto de estudiar las variables relevantes de

funcionamiento del sistema de electrocoagulación, determinar los valores óptimos

de los parámetros de operación y presentar el diseño de un prototipo de reactor

de electrocoagulación a nivel de laboratorio, con el fin de tratar efluentes de la

industria textil.

Se realizó ensayos de optimización en el reactor de electrocoagulación, que

dispone el Laboratorio de Aguas y Microbiología, el mismo que es de flujo pistón,

formado por compartimientos de reacción que contienen como electrodos hierro y

aluminio conectados a una fuente de poder de corriente continua que es

controlada por un sistema eléctrico. Mediante los ensayos y el análisis de

parámetros físico-químicos se determinaron los valores óptimos de las variables

estudiadas: intensidad de la corriente, tipo de electrodo, caudal y número de

celdas.

Los resultados de los parámetros físico-químicos: pH, DQO, color, sólidos

disueltos, sólidos totales, detergentes, [HCO3-1] y [CO3

-2] (Alcalinidad), [Ca+2] y

[Mg+2](Dureza), oxígeno disuelto (OD), sulfatos, fosfatos, turbidez, conductividad;

presentan porcentajes de remoción superiores al 70% en las condiciones de

operación del equipo que son las siguientes: intensidad de 8A, Voltaje de 3.8 V,

20 celdas electroquímicas, caudal de 216 L/h y utilizando como electrodo de

sacrificio hierro.

Sin embargo, se debería contemplar en futuros proyectos un estudio integral

sobre caracterización de lodos generados por electrocoagulación a fin de

conseguir un proceso de tratamiento más eficiente.

PALABRAS CLAVES : electrocoagulación, intensidad de corriente, electrodo de

sacrificio, celda electroquímica, parámetros físico-químicos, porcentaje de

remoción

XXXVI

SUMMARY

The present thesis was done with the purpose of study the relevant variable of the

electrocogulation system for determining the optimal values of operating

parameters and to present the design of prototype electrocoagulation´s reactor at

laboratory level to treat textile effluents.

Optimization’s assays were done in the electrocogulation reactor, existing in the

“Aguas y Microbiología” Laboratory. This reactor is the piston flow, which is formed

by reaction compartment that contain iron an aluminum as electrodes connected

to a continuous power source which is controlled by an electrical system. Through

this study and analysis of physic-chemical parameters were sought to determinate

the optimal values of the different variables, such as: current, electrode´s type,

flowed, number of cells.

The results of the physic-chemical parameters: pH, DQO, color, dissolved solids,

total solids, detergents, [HCO3-1] y [CO3

-2] (Alkalinity), [Ca+2] y [Mg+2](Hardness),

dissolved oxygen (DO), sulfates, phosphates, turbidity, conductivity; showing

removal percentages higher than 70% in the following operating equipment

conditions: current 8A, voltage 3.8 V, 20 electrolytic cells, 216 L/h flow and using

as sacrificial electrode iron.

However, it should consider in future projects an integrate study about

characterization of sludge generated by electrocoagulation to achieve a more

efficient treatment process.

KEY WORDS: electrocoagulation, current, sacrificial electrode, electrolytic cells,

physic-chemical parameters, removal percentages.

XXXVII

PRESENTACIÓN

En los últimos años ha existido una grave contaminación del agua disponible

debido a los productos químicos utilizados en las diferentes industrias. La

industria textil tiene en ello un aporte relevante ya que genera grandes volúmenes

de aguas residuales contaminadas. Debido a sus características, estos químicos

muestran gran persistencia en el ambiente.

Distintos tratamientos y combinaciones de éstos se han propuesto en la literatura

para el tratamiento de aguas residuales de la industria textil, entre los más usados

se encuentran: coagulación química, tratamiento biológico, adsorción con carbón

activado, ultrafiltración, entre otros. Sin embargo, estos tratamientos presentan

inconvenientes relacionados con la utilización de químicos y espacio físico para la

instalación de plantas de tratamiento.

En particular, en el Distrito Metropolitano de Quito las descargas de efluentes

contaminados de la industria textil no reciben tratamiento o su tratamiento no es el

adecuado provocando que las descargas sobrepasen los límites permitidos

establecidos en la ordenanza 213.

La aplicación del método de electrocoagulación presenta una alternativa viable de

tratamiento de este tipo de agua, que puede ser aplicada en un futuro cercano.

Este método presenta ventajas como alta eficiencia para remover partículas, es

un método simple, no requiere ninguna adición de productos químicos,

posibilidad de automatización y bajo costo de operación y mantenimiento.

Por esta razón, la finalidad del presente proyecto es estudiar las variables

relevantes de funcionamiento del sistema de electrocoagulación aplicado a aguas

de la industria textil.

XXXVIII

El proceso de descontaminación utilizando electrocoagulación se aplicará a

efluentes de la industria textil de la Empresa Prolatex. A continuación, se detalla el

contenido de cada capítulo del presente estudio.

Capítulo 1: contiene el marco teórico que fundamenta el presente estudio,

proporcionando conceptos específicos a cerca de las reacciones redox, celdas

electroquímicas, leyes y ecuaciones de Faraday. Además, presenta

generalidades y aplicaciones de la electrocoagulación en la actualidad.

Capítulo 2: presenta información general sobre la industria textil, procesos de

fabricación, agentes químicos utilizados en el proceso de tinturado, se describe en

forma general la problemática ambiental de la industrial textil y contiene

información específica sobre la industria Prolatex.

Capítulo 3: muestra la descripción del equipo de electrocoagulación utilizado para

el desarrollo de la fase experimental del presente estudio, también se describe el

funcionamiento del sistema de electrocoagulación.

Capítulo 4: expone la metodología para la realización de los ensayos de

descontaminación de aguas de la industria textil mediante un sistema de

electrocoagulación. Presenta equipos, materiales, reactivos utilizados, variables

estudiadas, parámetros físico- químicos a analizar y el procedimiento de los

ensayos de descontaminación. Para cada ensayo se presenta los parámetros de

medición y las condiciones técnicas específicas.

Capítulo 5: muestra los resultados y análisis de los ensayos de descontaminación

de aguas residuales de la industria textil Prolatex, tratadas por el proceso de

electrocoagulación.

XXXIX

Capítulo 6: presenta el dimensionamiento del sistema de electrocoagulación para

el tratamiento de aguas de la industria textil, para lo cual se obtiene el orden de la

reacción del proceso de electrocoagulación.

Se dimensiona unidades complementarias al sistema de electrocoagulación

como: tanque de homogenización, filtro de arena y lecho de secado. Además, se

realiza una estimación económica del proceso de electrocoagulación.

Capítulo 7: presenta las conclusiones y recomendaciones identificadas durante el

desarrollo del presente estudio.

1

1. CAPÍTULO 1

MARCO TEÓRICO

1.1 INTRODUCCIÓN

El fundamento de este proyecto se encuentra establecido en el Marco Teórico de

este capítulo, en el cual se presenta conceptos específicos a cerca de las

reacciones redox, celdas electroquímicas, leyes y ecuaciones de Faraday, que

permitan explicar las bases del funcionamiento de la electrocoagulación.

Los conceptos establecen la estrecha relación existente entre las reacciones

físico-químicas dentro de un sistema de electrocoagulación, siendo la base

necesaria para el desarrollo del presente proyecto.

1.2 REACCIONES REDOX (1), (2), (3), (4), (9)

Las reacciones redox o también llamadas reacciones de óxido reducción son

aquellas en las que se transfieren uno o más electrones.

Las reacciones redox están formadas por dos semireacciones, de manera que un

proceso de oxidación se da simultáneamente con otro de reducción.

Oxidación

Se refiere a la media reacción donde un átomo o un grupo de átomos pierden

electrones (e-). En este caso, el número de oxidación de la especie que se oxida

tiende a aumentar.

Reducción

Se refiere a la media reacción donde un átomo o un grupo de átomos ganan

electrones (e-). En este caso el número de oxidación de la especie que reduce

disminuye.

2

El número de oxidación también llamado estado de oxidación es el número de

electrones que ha ganado, perdido o compartido un elemento. El número de

oxidación se asigna a cada tipo de átomo de un compuesto o ión, o a un

elemento, empleando un conjunto de reglas.

En una reacción redox siempre habrá una sustancia que se oxida (pierde e-) para

que otra pueda reducirse (ganar e-), es decir, habrá un agente reductor y un

agente oxidante.

Agente Oxidante

Es la especie química que en un proceso redox acepta electrones y, por tanto, se

reduce en dicho proceso (disminuye su número de oxidación).

Agente Reductor

Es la especie química que en un proceso redox pierde electrones y, por tanto, se

oxida en dicho proceso (aumenta su número de oxidación).

Las reacciones de oxidación y de reducción son semireacciones, que al

combinarlas se obtiene la reacción redox, donde el número de electrones que

pierde un agente reductor debe ser igual al número de electrones ganados por un

agente oxidante.

1.3 CELDAS ELECTROQUÍMICAS (5), (8)

Una celda electroquímica es un dispositivo que permite generar electricidad

mediante una reacción redox espontánea en donde la sustancia oxidante está

separada de la reductora.

En una celda el agente reductor pierde electrones por tanto se oxida. El electrodo

en donde se verifica la oxidación se llama ánodo. En el otro electrodo, la

sustancia oxidante gana electrones y por tanto se reduce. El electrodo en el que

se verifica la reducción se llama cátodo.

La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de

energía potencial entre los electrodos. La diferencia de potencial eléctrico entre el

3

ánodo y el cátodo se mide en forma experimental con un voltímetro, donde la

lectura es el voltaje de la celda.

Las celdas electroquímicas se clasifican en: celdas electrolíticas y celdas

galvánicas como se presenta en el siguiente gráfico:

GRÁFICO 1-1: CLASIFICACIÓN DE LAS CELDAS ELECTROQUÍ MICAS

Fuente: Cerón, María., 2004

1.3.1 CELDAS ELECTROLÍTICAS (6), (7), (8), (9)

Las celdas electrolíticas son celdas electroquímicas donde ocurren reacciones no

espontáneas, es decir las reacciones ocurren en presencia de un agente externo,

por ejemplo, si se aplica voltajes eléctricos. Este proceso se denomina electrólisis.

Las celdas electroquímicas constan de un recipiente para el material de reacción,

dos electrodos sumergidos dentro de dicho material y conectados a una fuente de

corriente continua.

El recipiente en el que se realiza el proceso recibe el nombre de celda

electroquímica.

4

Una celda electroquímica está compuesta por dos electrodos de un material

conductor sólido, generalmente un metal; uno se llama cátodo y en él tiene lugar

la reducción, el otro se llama ánodo y en él tiene lugar la oxidación. El cátodo se

conecta al polo negativo de una fuente de corriente continua y el ánodo al polo

positivo. Los dos electrodos se sumergen en el electrolito que es un conductor

iónico, generalmente una disolución acuosa de iones o una sal fundida.

Las partes de una celda electrolítica se exponen en el gráfico 1-2

GRÁFICO 1-2: PARTES DE UNA CELDA ELECTROLÍTICA

Fuente: Cañizares, P., 2004

A continuación se describe el proceso de electrólisis que se lleva a cabo en una

celda electrolítica:

• La energía eléctrica se traslada desde la fuente externa de corriente

directa hacia los respectivos electrodos.

• La corriente eléctrica que pasa a través de la solución electrolítica

ocasiona que los cationes disueltos se dirijan hacia el cátodo (polo

negativo) y los aniones se dirijan hacia el ánodo (polo positivo).

5

• La reducción ocurre en el cátodo, con la ganancia de electrones y la

oxidación ocurre en el ánodo con la pérdida de electrones; dando como

resultado la reacción global redox.

Dado que la reacción redox es el resultado de las reacciones en las celdas

electrolíticas, ocurre solamente una de las tres reacciones que se presentan a

continuación:

• La del electrodo

Si el electrodo es inerte (Pt(S), grafito), la reacción no ocurre

• La del ión que rodea el electrodo

Si el ión es −3NO o −2

4SO , no se genera la reacción, dado que estos iones son

inertes.

• La del electrolito.

Si el agua es acidificada, la reacción de oxidación y reducción se produce

Existen diversas aplicaciones de la celda electrolítica, a continuación se detallan

algunas.

• El cloro y el álcali son producidos por la electrólisis a gran escala de

salmuera.

• Otros productos químicos producidos incluyen hidrógeno y oxígeno (por

la electrólisis de agua), cloratos, peroxisulfato, y permanganato.

• Las superficies de metal también pueden electrolíticamente ser

oxidadas (anodizado) para formar estratos protectores de óxido. Esta

técnica de acabado de superficie es más ampliamente usada para

aluminio pero sirve también para titanio, cobre y acero.

• Los metales pueden ser purificados por electrorefinación. Así, el metal

impuro es utilizado como el ánodo, el cual se disuelve durante la

electrólisis. El metal es depositado, en forma más pura, en el cátodo. El

6

cobre, el níquel, el cobalto, el plomo y el estaño son todos purificados

por esta técnica.

• Las celdas electroquímicas también pueden usarse para purificar

corrientes residuales, por ejemplo, por la deposición y recuperación

catódica de metales y la oxidación de contaminantes orgánicos.

1.3.2 CELDAS GALVÁNICAS (7), (8), (10)

Las celdas galvánicas se las conoce también con el nombre de pila galvánica,

batería, fuente de corriente eléctrica o acumuladores. Son celdas electroquímicas

en las cuales las reacciones espontáneas de oxi-reducción producen energía

eléctrica. Las dos soluciones que intervienen en la reacción de oxi-reducción, se

encuentran separadas, por lo que la transferencia de electrones debe efectuarse

a través de un circuito externo o puente.

Una celda galvánica se diferencia de una celda electrolítica en que los procesos

de reducción y de oxidación deben separarse para evitar la reacción directa. Las

disoluciones se unen mediante un puente salino que contiene una disolución

conductora como KNO3(aq) o Na2SO4(aq) y que permite cerrar el circuito

eléctrico. Además en las celdas galvánicas, el cátodo es positivo y el ánodo es

negativo.

La celda galvánica está formada por: (gráfico 1-3)

• Recipiente que contiene la solución

• Ánodo (-): Oxidación

• Cátodo (+): Reducción

• Puente salino o tapón poroso: flujo de iones

7

GRÁFICO 1-3: PARTES DE UNA CELDA GALVÁNICA

Fuente: Fuente: Cerón, María., 2004

En la solución se sumerge un vaso poroso que contiene una solución de sulfato

de zinc, dentro de la cual contiene una lámina limpia de zinc.

Cuando el circuito se cierra usando conductores metálicos se observa un flujo de

corriente desde la lámina de zinc hacia la de cobre. En la superficie de la lámina

de zinc (ánodo) y en la lámina de cobre se realiza la reducción (cátodo). Lo

anteriormente descrito se presenta en el gráfico 1-4.

GRÁFICO 1-4: CELDA GALVÁNICA

Fuente: Cerón, María., 2004

8

1.4 LEYES DE FARADAY (13), (14), (15)

La electrocoagulación es generada a través del fenómeno llamado “electrólisis”, a

continuación se explica con mayor detalle dicho fenómeno.

El fenómeno de la electrólisis fue descubierto en 1820 por el físico y químico

inglés Michael Faraday, quien realizó estudios cuantitativos referentes a la

cantidad de electricidad que pasa por una solución. El resultado de sus

investigaciones los enunció en las leyes que llevan su nombre.

La electrólisis consiste en la descomposición producida por medio de la corriente

eléctrica dando como productos sustancias ionizadas denominadas electrolitos.

Para que tenga lugar la electrólisis de un compuesto es preciso que éste sea un

ácido, una base o una sal disociable en iones, y que se halle en estado líquido o

en disolución.

Las leyes que describen la electrólisis son:

1.4.1 PRIMERA LEY DE FARADAY

La masa de un elemento liberada en la electrólisis es independiente de la

composición química del electrolito, siempre que el estado de oxidación del

elemento sea el mismo.

1.4.2 SEGUNDA LEY DE FARADAY

La masa de una sustancia liberada en un electrodo, durante un proceso

electrolítico, es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que circula

a través de la celda, de acuerdo a la siguiente ecuación:

(1.1)

Donde:

m: masa depositada o liberada

E: equivalente electroquímico que resulta al dividir el equivalente químico o peso

equivalente (Peq) para el valor de la constante de Faraday (F).

9

Q: carga que resulta de multiplicar la intensidad de corriente I (amperios) por el

tiempo t (segundos), transcurrido en el proceso electrolítico (Q= I x t, expresado

en coulomb).

F: constante de Faraday, representa la cantidad de electricidad necesaria para

depositar o desprender un equivalente químico de cualquier sustancia. De tal

forma, 1 mol de electrones se denomina 1 Faraday, que también es expresado en

coulomb.

1F= 96500 coulomb (1.2)

Equivalente químico (equivalente gramo, Eg): valor expresado en gramos que

resulta de dividir la masa molar para el número de electrones involucrados en la

semireacción.

Intensidad de corriente (I): carga que atraviesa la sección de un conductor en la

unidad de tiempo. La unidad es el amperio, A.

1.4.3 TERCERA LEY DE FARADAY.

La masa de los elementos depositados o liberados (Ax) en una celda

electroquímica es directamente proporcional a los pesos equivalentes. Como se

presenta a continuación:

REDUCCIÓNneAx →+ −

nF

QmolesnAx =)(

(1.3)

nF

PmQm Ax

Ax

×=

(1.4)

Donde:

Q: Carga eléctrica total que pasa a través de la solución, expresada en Coulombs

n: Número de electrones

PmAx: Peso molecular

10

nAx: número de moles del elemento químico

mAx: masa del compuesto químico depositado o liberado

Cuando la intensidad de corriente es constante se tiene:

Ψ==== nFA

Adt

nFAdm

dt

nFdn

dt

dQI AxAx

(1.5)

Donde:

)( 12 −− ××=Ψ scmmoles

Adt

dnAx

(1.6)

De lo anteriormente expuesto, se concluye que la intensidad de corriente es

proporcional al área del electrodo y la cantidad de elemento depositado o liberado

por 1 Faraday, que se conoce como equivalente electroquímico.

1.5 ELECTROCOAGULACIÓN

1.5.1 GENERALIDADES DE LA ELECTROCOAGULACIÓN (11), (12), (15), (16) (21)

Se puede definir a la electrocoagulación (coagulación asistida electro-

químicamente) como un proceso electroquímico, mediante el cual se produce la

desestabilización de los contaminantes suspendidos, emulsionados o disueltos de

un agua residual.

Durante la electrólisis ocurren una serie de procesos físicos y químicos que

permiten la remoción de los contaminantes. Estos procesos se describen a

continuación: el proceso inicia al introducir corriente eléctrica al agua residual, a

través de electrodos generalmente hierro o aluminio. Al establecerse una

diferencia de potencial entre los electrodos se da inicio a la reacción redox, donde

existen dos procesos:

a) reducción en el cátodo (conversión de los protones del agua en hidrógeno),

la placa que actúa como cátodo permanece sin disolverse.

11

b) oxidación en el ánodo (generándose el ión Al3+ si el ánodo es de aluminio,

o ión Fe3+ si el ánodo es de hierro). El ánodo provee iones metálicos que

se le conoce como electrodo de sacrificio, debido a que el metal que lo

conforma se disuelve.

A continuación se presenta las reacciones de oxi-reducción que ocurren al interior

de la celda electroquímica:

Ánodo (Oxidación): −+ +→ neMM naqs )(

0)( (1.7)

Cátodo (Reducción): −− +↑→+ nOHHneOH 22 (1.8)

↑+→+ 220

)( )( HOHMOHM ns (1.9)

Siendo M0 el metal o electrodo metálico

Cuando el ánodo de sacrificio es la lámina de hierro (Fe), las reacciones no

espontáneas son las siguientes:

−+−+ +→+→ eFeeFeFe ac

Oac 12 320 2

(1.10)

En la ecuación 1.10, el Fe0 es oxidado a Fe+2 y este a su vez es oxidado a Fe+3,

por la presencia de oxígeno disuelto en la solución.

La reacción simultánea producida en el cátodo (Al) es:

−− +↑→+ acg OHHeOH 222 )(22 (1.11)

En la ecuación (1.11) se evidencia el desprendimiento de hidrógeno

La reacción entre las especies formadas electroquímicamente (Fe+2 y Fe+3) con

los hidroxilos (OH-) produce hidróxido ferroso y férrico, como se indica en las

ecuaciones 1.12 y 1.13:

solacac OHFeOHFe 22 )(2 →+ −+

(1.12)

solacac OHFeOHFe 33 )(3 →+ −+

(1.13)

12

Luego de la formación de los hidróxidos de hierro, estos tienden a aglomerarse y

posteriormente interaccionan con otras partículas de contaminantes, permitiendo

la remoción debido a la formación de complejos o por las atracciones

electrostáticas entre estos.

Cuando el ánodo de sacrificio son láminas de aluminio (Al), las reacciones redox

no espontáneas son:

En el ánodo (Al):

−+ +→ eAlAl ac 330

(1.14)

++ +→+ )()(32

3 3)(3 acsac HOHAlOHAl (1.15)

nn OHAlOHnAl 33 )()( → (1.16)

En el cátodo (Fe):

−− +↑→+ acg OHHeOH 3333 )(22 (1.17)

Los iones producidos en la reacción de oxi-reducción tienen la función de

desestabilizar las cargas que poseen las partículas contaminantes presentes en el

agua. Cuando estas cargas se han neutralizado, los sistemas que mantienen las

partículas en suspensión desaparecen, permitiendo así la formación de

agregados de los contaminantes e iniciando así el proceso de coagulación.

Los iones que proveen los electrodos desencadenan un proceso de eliminación

de contaminantes que se puede dar por dos vías: la primera por reacciones

químicas y precipitación y la segunda, por procesos físicos de agregación de

coloides, que dependiendo de su densidad pueden flotar o precipitar.

Así también, los gases generados en uno de los electrodos dentro del proceso de

electrocoagulación al ascender a la superficie provocan los siguientes fenómenos.

(Koren y Syversen, 1995; Saur et al., 1996).

13

a) Ocurre un proceso de autolimpieza, debido a la velocidad del flujo, lo que

provoca una fuerza de arrastre considerable capaz de remover las

películas de coloides depositadas en los electrodos.

b) Al interior de la celda se favorece la mezcla, ya que, por la presencia de los

gases generados en la electrólisis, se producen corrientes ascendentes y

descendentes de la solución, ocasionando una mayor probabilidad de

contacto entre los coágulos formados. Esta agitación espontánea permite

que en el proceso de electrocoagulación no sea necesaria la agitación

mecánica.

c) Existe una separación de fases (clarificado – lodo), es decir, no sólo

permite la extracción por sedimentación clásica, sino también, por flotación

(electroflotación), debido a que los flóculos se saturan de gases

provenientes del proceso de electrólisis.

Lo anteriormente mencionado se muestra en el gráfico 1-5:

GRÁFICO 1-5: PROCESOS INVOLUCRADOS EN UN REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN

Fuente: Martínez N., 2007

14

Las reacciones relevantes que pueden sufrir las partículas de contaminantes son:

hidrólisis, electrólisis, reacciones de ionización y formación de radicales libres.

Estas reacciones cambian las propiedades del sistema agua- contaminantes,

favoreciendo la eliminación de la carga contaminante del agua.

En resumen el proceso de electrocoagulación se lleva a cabo en las siguientes

etapas:

• Formación del coagulante por la reacción redox del metal del ánodo

• Desestabilización de los contaminantes y emulsiones

• Como resultado del proceso se producen flóculos formados por la

agrupación de partículas del contaminante o adsorción de estas en el

coagulante.

1.5.2 COMPONENTES DEL SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN (12), (15), (16)

El sistema de electrocoagulación está formado por:

• Celda de electrocoagulación (reactor), que a su vez está conformada

por:

− Electrodos solubles (cátodo o ánodo)

− Dieléctrico o disolución electrolítica (agua residual)

La celda puede ser tipo batch o continuo

• Fuente de poder de corriente continua: es un rectificador que transforma

la corriente alterna en corriente continua, con controles de voltaje [V] y

amperaje [A] regulables.

15

1.5.2.1 Factores relevantes en el proceso de electrocoagulación (15), (20)

Son varios los factores que intervienen en el proceso de electrocoagulación. A

continuación se explicará aquellos factores relevantes que se relacionan

directamente con la eficiencia de este proceso.

• Densidad de corriente

La densidad de corriente o la carga eléctrica aplicada es uno de los parámetros

que determina la cantidad de metal (Mn+) que se libera en el sistema: altas

densidades de corriente permiten unidades de electrocoagulación más pequeñas.

Sin embargo, cuando se emplean densidades de corriente demasiado elevadas,

aumenta el empleo de energía eléctrica para la reacción paralela de generación

de hidrógeno y también la potencia disipada en forma de calor por efecto Joule.

(Chen, 2004).

Cuando la conductividad del agua a tratar no es elevada, es frecuente la adición

de un electrolito para aumentar su valor. Una de las sales más empleadas para

este fin es el cloruro de sodio, ya que se ha determinado que los iones cloruro

pueden contrarrestar los efectos negativos de aniones como el HCO3-1 y el SO4

-2.

La existencia de iones bicarbonato y sulfato en el agua a tratar puede conducir a

la precipitación de iones Ca+2 y Mg+2, y a la formación de una capa aislante en la

superficie de los electrodos, que podría ocasionar un aumento en el potencial de

la celda (Chen, 2004), y con ello en los costos de tratamiento.

• Potencial Hidrógeno

El potencial hidrógeno (pH) influye sobre la eficiencia de la corriente en el proceso

de solubilidad del metal para formar hidróxido. Diferentes investigaciones

determinan que el pH varía durante el proceso de electrocoagulación y esta

variación 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 ácidas,

efecto atribuido a la generación de hidrógeno molecular que se origina en el

cátodo. En contraposición, en aguas residuales alcalinas el pH puede decrecer y,

16

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 remoción de

un contaminante se da dentro de un rango específico de pH, e incluso este rango

puede ser amplio.

• Temperatura

El efecto de la temperatura en el proceso de electrocoagulación ha sido poco

estudiado. Si bien se ha encontrado un máximo en la eficacia de corriente con la

temperatura a 60 ºC en el proceso de disolución de aluminio (Chen, 2004),

asimismo, se ha observado un mínimo en el consumo de energía a 35 ºC, en el

tratamiento de aguas residuales contaminadas con aceites. Sin embargo, el

calentamiento del agua para alcanzar estas condiciones no tiene sentido desde el

punto de vista económico, a menos que el agua residual a tratar salga del proceso

con una temperatura elevada, lo que favorecería al proceso de


1.5.3 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ELECTROCOAGULACIÓN (11), (12), (15), (16), (17), (18), (20)

1.5.3.1 Ventajas

Las ventajas más relevantes que varios estudios atribuyen a la electrocoagulación

son las siguientes:

• Es rentable debido a que se obtienen resultados económicamente

ventajosos de inversión y operación, evitando gastos a mediano plazo.

• Remueve los contaminantes, produciendo agua que se puede reutilizar

en el mismo proceso, o en otro uso.

• Requiere de un equipamiento sencillo, automatizable y fácil de operar.

Además, no tiene partes móviles, lo que minimiza el costo de

mantenimiento.

17

• El tratamiento puede ser interrumpido y continuado a voluntad por el

simple corte de la corriente eléctrica suministrada a los electrodos.

• Elimina las partículas coloidales más pequeñas, ya que la aplicación de

un campo eléctrico provoca un rápido movimiento en éstas, de modo

que facilita su coagulación.

• Permite elegir la separación de fases (clarificado – lodo), es decir, no

sólo permite la extracción por sedimentación clásica, sino también, por

flotación, debido a que los flóculos se saturan de gases provenientes

del proceso de electrólisis.

• Aumenta el pH de las disoluciones a tratar por lo que se favorece la

formación de hidróxidos de metales pesados.

• Requiere bajas aplicaciones de voltaje, dependiendo directamente del

amperaje el cual es variable, de acuerdo a las características químicas

del agua.

• No es necesaria la adición de reactivos que se emplean en los

tratamientos físico-químicos convencionales para incrementar el

rendimiento del proceso de floculación. Por lo que la electrocoagulación

produce menor cantidad de lodos, que retienen menos agua y son más

estables, lo que los hace más fácil de deshidratar.

• Así mismo, la no adición de otros agentes químicos evita los problemas

derivados de la neutralización de excesos de reactivos, y la posibilidad

de contaminación secundaria causada por la adición de sustancias

químicas a altas concentraciones.

• Los contaminantes son arrastrados por las burbujas a la superficie del

agua tratada, donde pueden ser removidos con mayor facilidad.

18

1.5.3.2 Inconvenientes

Los principales inconvenientes del proceso de electrocoagulación son:

• Es necesario reponer los electrodos de sacrificio

• Los lodos contienen altas concentraciones de hierro y aluminio,

dependiendo del material del electrodo de sacrificio utilizado.

• El óxido formado en el ánodo puede, en muchos casos, formar una

capa que impide el paso de la corriente eléctrica, disminuyendo de esta

forma la eficiencia del proceso.

1.6 APLICACIONES DE LA ELECTROCOAGULACIÓN EN LA

ACTUALIDAD (20)

Una de las aplicaciones más conocidas de la electrocoagulación ha sido el

tratamiento de aguas residuales de la industria de galvanoplastía, proceso que

busca remover la carga de metales solubles en las descargas de una industria

contaminante.

La industria metalúrgica, la de producción de cromo, las curtiembres y la industria

de fertilizantes utilizan en sus procesos cromo (Cr+6), elemento de una alta

toxicidad. Las descargas de cromo son muy reguladas a nivel mundial y para su

remoción se utilizan métodos convencionales que incluyen adsorción,

precipitación química y degradación biológica, entre otros. La electrocoagulación

combinada con electroflotación ha sido probada como alternativa para la remoción

del cromo en esta agua residual. Este tratamiento ha permitido obtener aguas

tratadas con concentraciones de cromo por debajo de 0.5 ppm. (Restrepo, A.,

2006).

La industria mecánica, las refinerías, los talleres de reparación automotriz, el

transporte, la distribución y almacenamiento de aceites, producen aguas

residuales con altos contenidos de elementos propiamente aceitosos y grasosos,

que se caracterizan por presentar una gran estabilidad química de sus emulsiones

aceite-agua; lo cual representa una problemática ambiental importante. La

19

electrocoagulación ha mostrado alta efectividad en desestabilizar dichas

emulsiones y la consecuente remoción de los aceites y grasas.

La electrocoagulación también ha sido utilizada en el tratamiento de las aguas

residuales de la industria alimentaria. Estas aguas se caracterizan por altos

contenidos de DBO y DQO, además de altos porcentajes de grasas.

Una de las áreas de aplicación en las cuales se han desarrollado algunos

avances importantes de esta tecnología y que incluso ha tenido mayor

implementación de la misma, es el tratamiento de las aguas residuales de

lavanderías, tintorerías e industria textil, obteniendo eficiencias importantes en la

remoción de materia orgánica, turbiedad y color.

La electrocoagulación también ha sido probada en la potabilización de aguas. Es

importante resaltar que el paso de la corriente eléctrica a través del agua a tratar

tiene efecto desinfectante en cuanto que destruye, en porcentajes por encima del

99%, los microorganismos presentes en el agua. En esta misma aplicación se ha

venido estudiando la electrocoagulación con buenos resultados en el tratamiento

de aguas para consumo humano contaminadas con arsénico.

Otras posibles aplicaciones de la electrocoagulación es la remoción de nitratos

lixiviados en aguas superficiales y subterráneas, procedentes de los fertilizantes

artificiales usados en los cultivos.

20

CAPÍTULO 2

INDUSTRIA TEXTIL 2.

2.1 GENERALIDADES (30)

La industria textil convierte las fibras naturales o artificiales en hilos aprovechables

y de fácil manipulación. Ocupa un lugar importante en todos los países ya que

satisface las necesidades de vestido de la población. Además, ha originado un

conjunto de nuevas industrias auxiliares que han diversificado las industrias

químicas de suministro de productos químicos y materias colorantes.

La industria textil en el Ecuador se encuentra en el rango de mediana y pequeña

industria. Varias industrias especializadas en un producto se han convertido en

proveedoras de materia prima para otras de distinta especialidad, integrando y

diversificando procesos importantes para el desarrollo industrial y económico del

país.

La industria textil, también ha sido responsable de la generación de carga

contaminante para el recurso agua. Los procesos de producción de textiles

utilizan una gran variedad de productos químicos, que contaminan el agua

utilizada en los diferentes procesos de la industria textil.

Con el fin de alcanzar niveles más altos de eficiencia, competitividad, rentabilidad,

reducir los riesgos para el ser humano y el medio ambiente se implementa

tecnología innovadora para controlar procesos de producción y tratar los efluentes

contaminados de este sector productivo.

21

2.1.1 FIBRAS TEXTILES (20), (21), (22), (23), (24)

Un textil se define como un producto que se ha fabricado con fibras o hilazas

(fibras unidas por medio de un hilado).

2.1.1.1 Materias primas

La materia prima utilizada son las fibras y se clasifican en fibras naturales y

artificiales o sintéticas, como se indica en el cuadro 2-1:

CUADRO 2-1: CLASIFICACIÓN Y ORIGEN DE LAS FIBRAS TE XTILES

Fuente: Centro Ecuatoriano Producción más Limpia, 2005

Elaboración: Gómez, E.; Martínez, V.

2.1.1.1.1 Fibras Naturales

Las fibras naturales que se utilizan en la industria textil son: algodón, yute y seda.

La utilización de algodón ha sido más intensiva debido a que contiene menos

impurezas que la lana (30 a 70% de impurezas naturales). (CEPIS, 2005).

22

2.1.1.1.2 Fibras Sintéticas

El término sintéticas hace referencia a las fibras obtenidas por el hombre. Estas

fibras se clasifican en dos grupos: fibras netamente sintéticas (nylon y poliéster)

que provienen de derivados petroquímicos y las obtenidas de polímeros naturales

como las fibras celulósicas (rayón y acetato).

Los dos tipos de fibras sintéticas son extraídas en filamentos continuos, los cuales

son sometidos a un proceso de pos-tratamiento para cambiar su textura.

Los filamentos continuos pueden ser hilados directamente como hilo, o ser

cortados en longitudes cortas para luego unirse al algodón o lana e hilarse en

conjunto.

2.1.2 PROCESOS TEXTILES

La producción textil comprende cuatro etapas, cada una con su maquinaria y

equipo especializado. A continuación, se detalla las etapas de fabricación de

textiles.

2.1.2.1 Preparación de la fibra

Los procesos para preparación de la fibra varían de acuerdo al tipo de fibra que

se desea utilizar.

2.1.2.1.1 Fibra Natural

Los procesos a los que se someten las fibras naturales principalmente el algodón

y la lana son: apertura/mezcla, cardado, peinado, calandrado (estirado) y

empabilado.

• Apertura/Mezcla : El algodón llega a la industria textil en paquetes

compactos denominados balas. La fibra es clasificada y sometida a un

proceso de limpieza para retirar partículas de tierra y otros. Este

proceso se realiza en máquinas abridoras (openeres o pick-up).

• Cardado : Consiste en la transformación de las fibras textiles a mechas.

Grumos de fibra procedentes de la apertura y mezcla son llevados por

23

una corriente de aire a la máquina cardadora. La fibra es transportada

sobre una banda con agujas y en la parte superior, una serie de cepillos

rotatorios actúan sobre las fibras restregándole y alineándola en una

cinta delgada. La cinta de fibra cardada es enviada a través de un

cono, formando una cuerda de un sólo cabo denominada mecha.

• Peinado : Las mechas obtenidas del cardado son alimentadas a la

máquina peinadora, obteniéndose una mecha más homogénea.

• Calandrado (estirado) : Varias mechas son combinadas y alimentadas

a una serie de rodillos que giran a velocidades diferentes. Mientras

pasan las mechas por los rodillos estas son estiradas en un promedio

de seis veces su longitud original. Durante este proceso se realizan las

combinaciones de fibras para formar por ejemplo las mezclas de

poliéster/algodón.

• Empabilado : Las mechas obtenidas del calandrado son sometidas a un

proceso de torsión y estirado, originando una hebra con una alta

consistencia y resistencia. Las mechas se encarretan en bobinas de

plástico o carretes metálicos.

2.1.2.1.2 Fibras artificiales

Los principales métodos de producción de fibras artificiales que se dan en un

proceso de hilado son:

• Proceso húmedo : Por este proceso se obtiene el rayón y el acrílico.

Para formar la fibra el polímero es disuelto y pasa a través de un baño

líquido.

• Proceso seco : El polímero es disuelto en un solvente que se evapora

en el aire. Bajo este procedimiento se obtiene fibra acrílica, acetato y

expandes.

• Proceso por fundido : El polímero es llevado a un estado líquido

viscoso y pasado a través de hileras por presión. Por este proceso se

obtiene nylon y poliéster.

24

Las materias primas utilizadas durante los procesos anteriores son: fibras

naturales y sintéticas, aceites minerales, emulsionantes y espumantes, entre

otros.

2.1.2.2 Hilatura

Fibras naturales : La hebra pasa por un conjunto de rodillos que le someten a un

proceso de estirado. Luego es recogida en un huso de alta velocidad en el cual

viaja un anillo que le imprime torsiones al hilo. Posteriormente el hilo de los husos

es rebobinado en conos para su posterior uso.

Fibras sintéticas : Los hilos sintéticos son obtenidos en un solo proceso de

hilado. Posterior a este proceso, las fibras sintéticas son sometidas a un proceso

de estirado para orientar las moléculas del polímero y a un proceso de texturizado

para darle una textura similar a la del algodón.

2.1.2.2.1 Blanqueo

Los tejidos crudos, especialmente las fibras concentradas, contienen suciedad

que no es completamente removida por el proceso de lavado.

La mayoría de las empresas que realizan el proceso de blanqueo utilizan el

peróxido de hidrógeno (H2O2), que es un importante blanqueador; aunque

también utilizan con menor frecuencia hipoclorito de sodio (NaClO) o clorito de

sodio (NaClO2). A continuación, se mencionan los procesos más comunes de

blanqueo:

• Blanqueo de concentración: Se utilizan soluciones diluidas en

hipoclorito de sodio y peróxido de hidrógeno, compuestos clorados,

agentes de concentración y agentes secuestradores orgánicos e

inorgánicos como polifosfatos o ácido etilen-diaminotetra-acético

(EDTA).

• Blanqueo al lino: Se utilizan soluciones diluidas de ácido clorhídrico,

peróxido de hidrógeno y álcalis.

25

• Blanqueo del rayón: Se blanquea de forma similar al primero pero

requiere de tiempos más cortos y menores concentraciones de

químicos.

• Blanqueo de la seda y lana: Se blanquean utilizando dióxido de azufre y

peróxido de hidrógeno. Para estas telas no debe utilizarse compuestos

que liberen cloro, ya que causan aspereza y color amarillo en la tela.

2.1.2.3 Tinturado

La tintura es el proceso en el que las fibras absorben colorantes de una solución

de colorante. La fibra teñida presenta resistencia a devolver el colorante a la

solución. Se debe considerar dos principios fundamentales:

• La tintura consiste en una reacción del colorante con la fibra

• Es un proceso de efecto durable

2.1.2.3.1 Máquinas de Tintura

Las máquinas de tintura más usadas en la industria textil se presentan en el

cuadro 2-2:

CUADRO 2-2: MAQUINARIA UTILIZADA EN LOS PROCESOS DE TINTURA

EQUIPO CARACTERÍSTICAS Stock La fibra se coloca en una cesta perforada

Autoclave Tintura de paquetes de hilo, tejido plano

Skein Tintura de hilos de lana y acrílico en madeja.

Jet-Overflow

El baño y la tela permanecen en movimiento. Estas máquinas trabajan a altas temperaturas y permite teñir a velocidades de circulación muy elevadas (relación de baño 1:10)

Jigger

La tela se sumerge en el baño desde un rodillo alimentador es tensionada y recogida en un take-up roll. (relación del baño 1:15)

Fuente: Perinat, M., 2007


En el proceso de tintura se usa equipo auxiliar general como secadoras,

centrífugas y vaporizadores.

26

2.1.2.4 Acabado

El acabado comprende todas las operaciones químicas y físicas a las que son

sometidos los hilos y los tejidos para mejorar su textura y apariencia.

Los tratamientos químicos tienen la función de otorgarle a la tela ciertas

propiedades como: resistencia a las arrugas, impermeabilizada, ignífuga y anti-

mancha.

2.2 AGENTES QUÍMICOS UTILIZADOS EN EL PROCESO DE

TINTURADO DE LA INDUSTRIA TEXTIL (25), (30)

El principal proceso descrito donde se requiere el uso de agentes químicos es el

teñido. En este proceso se requiere el uso no solamente de colorantes y

químicos, sino también de varios productos especiales conocidos como auxiliares

de teñido. Estos materiales constituyen una parte integral de los procesos de

teñido, incrementando las propiedades de los productos terminados y mejorando

la calidad del teñido, la suavidad, la firmeza, la textura, resistencia a la luz, al

lavado.

A continuación se describirá cada uno de estos agentes químicos utilizados

2.2.1 TIPOS DE COLORANTES Y SU APLICACIÓN

Los colorantes se clasifican de acuerdo a su composición química o método de

aplicación. En el cuadro 2-3 se enumera los principales colorantes con algunas

características, usos finales y aplicación.

27

CUADRO 2-3: CLASIFICACIÓN DE LOS COLORANTES

Continúa….

COLORANTES CARACTERÍSTICAS USOS FINALES APLICACIÓN

Colorantes ácidos

(aniónicos)

Se fabrican a manera de

sales de sodio. Tienen

afinidad directa con las

fibras protéicas.

Colores brillantes

Mala resistencia al lavado

Para teñir lana,

seda, nylon,

rayón.

Su aplicación requiere el

uso de químicos auxiliares

como: sulfato de sodio,

ácido sulfúrico, fórmico y

acético, acetato de amonio,

sulfato de amonio, fosfato

de amonio, y agentes

igualantes.

Colorantes

básicos

(catiónicos)

Colores sólidos en

acrílicos. En fibras

naturales mala resistencia

a la luz, al lavado. Tiende

a desgastarse.

Para teñir fibras

acrílicas.

Se los utiliza

conjuntamente con ácido

acético, fórmico, oxálico,

entre otros.

Colorantes

Directos

Constituyen sales de sodio

de ácidos sulfónicos.

Buena a excelente solidez

a la luz.

Regular al lavado

Para teñir fibras

celulósicas

Los químicos auxiliares

para este tinte son: cloruro

de sodio, agentes

separadores, sulfato de

sodio, nitrito de sodio y

ácido hidroclórico.

Colorantes

dispersos

Son suspensiones de

compuestos orgánicos

finamente divididos.

Ligera solubilidad acuosa

Excelente solidez a la luz

Para teñir

acetato de

celulosa y

poliéster a alta

temperatura.


uso de ácido acético,

agentes dispersantes,

entre otros.

Colorantes

Mordientes

(cromo)

Incluye a tintes naturales y

sintéticos. Colores opacos.

Excelente resistencia a la

luz y al lavado.

Se aplican a

fibras celulósicas

o protéicas que

han sido

mordentadas con

un óxido

metálico.

Colorantes

reactivos

Producen tonalidades

brillantes.

Buena resistencia al

lavado y la luz.

Usados para

teñir algodón,

lino, lana y seda.


uso de cloruro de sodio,

carbonato de sodio,

hidróxido de sodio.

28

CUADRO 2-3: CLASIFICACIÓN DE LOS COLORANTES

Continuación….

Fuente: Holle, N.;Saddler, J.; Langford, A., 1993


2.2.2 AUXILIARES TEXTILES

Se denominan auxiliares textiles a los productos químicos que se utilizan en los

procesos de ennoblecimiento. Los auxiliares textiles forman parte de las

reacciones químicas que se desarrollan durante los procesos textiles y que se

eliminan por medio de lavados, sublimación en los secados y restos de baños de

los procesos.

A continuación se mencionan algunos de los agentes auxiliares que se emplean

comúnmente en las empresas y sus funciones.

• Agentes hidrotrópicos y solubilizantes del color

Son empleados para disolver grandes cantidades de color en una pequeña

cantidad de agua. Estos agentes incrementan la solubilidad debido a sus

propiedades anfóteras y son empleados en las técnicas de pad Batch o pad

Steam.

COLORANTES CARACTERÍSTICAS USOS FINALES APLICACIÓN

Colorantes de

sulfuro

Constituyen compuestos

complejos orgánicos que

contienen enlaces de

sulfuro.

Insolubles en agua

Excelente resistencia a la

luz y al lavado.

Tiñen lino,

algodón, rayón

Se lo disuelve en una

solución de sulfuro de

sodio.

Colorantes vat o

de tina

Se los fabrica con índigo,

antraquinona y carbozal.

Resistencia excelente al

lavado y la luz.

Se usa para teñir

algodón, lino,

rayón, seda,

lana.

Requieren de hidróxido de

sodio, hidro-sulfito de

sodio, agentes

dispersantes, peróxido de

hidrógeno, ácido acético y

cloruro de sodio.

29

Algunos solventes son empleados en el teñido y estampado para lavar los

residuos de color del equipo y aparatos empleados en el proceso. También,

algunos auxiliares empleados en el teñido continuo contienen solventes, agentes

hidrotrópicos y surfactantes, no solamente por su habilidad para solubilizar el

colorante, sino también para mejorar el proceso de fijado.

Los productos comerciales suministrados para disolver los colores contienen

mezclas de solventes, dispersantes y surfactantes.

• Agentes protectores por la reducción por calor

Bajo condiciones desfavorables, ciertos colorantes pueden cambiar su estructura

molecular durante su aplicación. En este caso agentes especiales de protección

del color son añadidos a los baños de teñido, para evitar la reducción del

colorante por el calor. También es muy importante mantener un control del pH, lo

cual se logra por la adición de una solución buffer y agentes oxidantes.

• Agentes humectantes

El pre-requisito fundamental para un adecuado teñido en un baño acuoso es un

completo remojo del textil. Esto se logra por medio de agentes humectantes cuyo

uso depende del proceso de teñido, de la naturaleza y la condición del material a

teñir.

• Dispersantes y coloides de protección

Los colorantes insolubles en forma de dispersiones acuosas son empleados en

varios procesos de teñido y estampado, por lo cual son necesarios los

dispersantes en la preparación de los colorantes, ya que estabilizan el estado

disperso durante su aplicación y pueden también prevenir que se precipite el

colorante.

Los dispersantes empleados pueden dividirse en dos clases:

a) surfactantes, y

b) oligo y polielectrolíticos solubles en agua

30

• Agentes complejos

Las impurezas insolubles y sales de metales pesados pueden causar

considerables problemas durante el teñido.

Por lo tanto, purificadores y ablandadores del agua son añadidos al baño de

teñido para que atrapen a los cationes multivalentes, especialmente iones de

calcio, de magnesio y sales de hierro, evitando que puedan interferir con el

proceso de teñido.

• Agentes anti-espumantes

Estos son aditivos que reducen las emulsiones, para así inhibir o modificar la

formación de espuma.

• Agentes secuestradores

Son los compuestos capaces de ligar iones metálicos, de tal manera, que no

exhiban sus reacciones normales en presencia de agentes precipitantes.

• Agentes de nivelación o igualadores

Los agentes de nivelación facilitan una distribución uniforme del colorante sobre el

textil, para obtener tonalidades e intensidades de coloración uniformes.

• Reguladores de pH

El pH influye sobre la absorción de los colorantes aniónicos hacia las fibras de

lana y/o poliamida y en el fijado de los colores reactivos en las fibras de celulosa.

Controlando el pH, es posible mejorar la coloración en la fase de absorción o para

controlar la fijación del colorante cuando se tiñen mezclas de algodón-poliéster

con colorantes reactivos o dispersos.

• Aceleradores del teñido

Los aceleradores del teñido son empleados en los procesos de teñido por

agotamiento de fibras sintéticas, para incrementar la velocidad de absorción del

color disperso hacia la fibra, proporcionando más rapidez de difusión dentro de la

fibra y mejorando el rendimiento del colorante.

31

• Tensoactivos

Cumplen la función de actuar en todos los casos que se necesite dispersar,

emulsionar, mantener en suspensión y lavar. Se utilizan en mayor cantidad en los

procesos de preparación para eliminar todas las impurezas naturales o

agregadas. También se usan en los procesos de tintura y acabado aunque en

menor cantidad.

• Secuestrantes

Son moléculas orgánicas capaces de mantener en solución metales pesados que

producen interferencias en los procesos húmedos de tintorería.

• Fijadores de colorantes

Son productos químicos que, aplicados después de la tintura, mejoran la

resistencia del color a los efectos del lavado y la luz.

2.3 PROBLEMÁTICA AMBIENTAL DE LA INDUSTRIA TEXTIL

(26), (28), (29), (31)

Los procesos textiles generan varias fuentes de desechos y de contaminación.

Se generan principalmente efluentes líquidos, emisiones al aire, desechos sólidos,

desechos peligrosos, ruido.

La naturaleza de los desechos tiene relación directa con el tipo de industria textil,

proceso empleado, tecnología aplicada, tipo de fibra procesada, químicos usados

y de los procesos auxiliares como generación de vapor, aire comprimido y

climatización.

2.3.1 GENERACIÓN DE RESIDUOS

• Residuos sólidos domésticos: Restos de tela, conos plásticos o de

cartón, cintas rígidas y elásticas defectuosas e hilo. En la etapa de

preparación se generan residuos de hilos, engomados, polvillo y retazos

de telas. Además, en las áreas de producción y administración se

generan plásticos, cartón, papel y madera (DAMA, 2004).

32

• Residuos sólidos peligrosos: Dentro de estos residuos se incluyen todos

aquellos provenientes de productos químicos y que son resultado de su

mal manejo (productos vencidos, dañados, envases de productos

químicos).

2.3.2 GENERACIÓN DE EMISIONES ATMOSFÉRICAS

Las emisiones al aire son el resultado de los procesos de producción. Las

emisiones de proceso comprenden sustancias orgánicas volátiles y material

particulado de la impresión, secado, tratamientos en seco de la tela, sustancias

volátiles de residuos de la tela y manejo de reactivos químicos, entre otras.

La industria textil requiere una gran cantidad de energía para calefacción y otros

propósitos. El tipo de combustible usado determinará la naturaleza y cantidad de

las emisiones. El petróleo es la fuente de energía más utilizada. La mayor parte

de la contaminación causada por el uso de este combustible es el óxido de azufre,

óxido de nitrógeno y el material particulado (INTEC, 2000).

La industria textil presenta diferentes fuentes contaminantes: el vapor de agua

caliente producido por sus calderas e intercambiadores de calor, y los diferentes

componentes orgánicos volátiles provenientes de los hidrocarburos solventes

utilizados en los procesos de acabado. Los componentes orgánicos volátiles

(COV) se originan principalmente en el secado por reacciones químicas debido al

aumento de la temperatura. Las resinas y compuestos que cubren la fibra

reaccionan entre sí y emiten gases de difícil identificación o cuantificación (CEPIS,

2008).

2.3.3 GENERACIÓN DE RUIDO

En la industria textil, la contaminación por ruido se concentra principalmente en el

sector de tejido y en la etapa de costura en el sector maquilador. El ruido es

considerado un sonido no deseado y puede causar efectos psicológicos y

sociológicos en el operario (INTEC, 2000).

33

2.3.4 GENERACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS

Los efluentes líquidos generados provienen de las secciones de tintorería,

estampado, acabados y planta de agua.

Sin embargo, el tinturado es uno de los procesos más cuestionados dentro de la

industria textil por su generación de carga contaminante por los grandes

volúmenes de agua empleada en sus procesos y el impacto al medio ambiente.

Por ser un proceso netamente húmedo genera una gran cantidad de efluente

contaminado por colorantes, auxiliares químicos y sólidos suspendidos. Los

enjuagues representan entre el 50 y 60% del total de agua descargada con

material contaminante, además de altas temperaturas.

2.4 IMPACTOS AMBIENTALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL:

PROCESO DE TINTURADO (27), (28), (30)

2.4.1 IMPACTO DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS UTILIZADOS

2.4.1.1 Colorantes

La mayoría de los colorantes no son degradables y pueden contener metales

como cobre, hierro y aluminio. Pueden presentarse también emisiones de cadmio,

cromo y plomo. Existen colorantes que son extremadamente tóxicos y presentan,

por lo tanto, un efecto inhibidor sobre los lodos activados en los tratamientos

biológicos.

El problema de los metales pesados ha disminuido al dejar de utilizar colorantes

mordientes (colorantes metalizados). La mayoría de las tinturas utilizadas son

colorantes reactivos, dispersos y directos. Los agentes de teñido que contienen

compuestos aromáticos clorados son considerados como los más peligrosos para

el ambiente, aunque en la actualidad su uso es limitado.

Durante los procesos de teñido, los colorantes se fijan de una forma química y/o

mecánica sobre las fibras naturales o sintéticas, quedando un porcentaje del

mismo en los baños de tintura. También, en los sucesivos pasos de lavado del

textil se eliminan los restos de colorantes no fijados. Estos líquidos contienen

34

moléculas de colorantes que aportan color, DBO y en algunos casos, metales

pesados.

2.4.1.2 Encolantes y ensimajes

Como deben eliminarse totalmente en el proceso de preparación, aportan una

importante carga de materiales biodegradables, es decir, que requieren un

tratamiento importante e intenso en las plantas de tratamiento biológico de los

efluentes.

2.4.1.3 Tensoactivos

El carácter contaminante de los efluentes líquidos está dado por el aporte a la

DBO y a su posibilidad de degradabilidad, que depende de su composición

química. Otro punto a considerar es el aspecto bactericida de algunos productos

(catión activo) que puede afectar la calidad del proceso de tratamiento biológico.

2.4.1.4 Suavizantes y tipo de acabados

Su carácter contaminante depende de la composición química y de la cantidad

aplicada, ya que el residuo que se elimina a través de los efluentes es

proporcional a la concentración.

Su impacto radica directamente en la DBO, DQO, SS, metales, pH, temperatura y

detergentes.

2.5 CONSECUENCIAS AMBIENTALES DE LOS EFLUENTES DE

TINTORERÍA (26), (31)

El material orgánico e inorgánico, material suspendido, sólidos disueltos, color,

temperatura del agua y pH tienen un efecto determinante sobre la calidad del

recurso agua donde se efectúe las descargas del efluente industrial.

• pH: Los valores altos y bajos típicos de estos efluentes afectan

nocivamente el hábitat acuático, así como también las aguas

subterráneas. El cambio en el pH puede causar alteraciones en la

solubilidad de metales pesados y sus concentraciones.

35

• Temperatura: Valores superiores a 40ºC tienen efectos directos

perjudiciales para la vida acuática.

• Demanda química de oxígeno (DQO): compuesta por químicos

orgánicos, colorantes, encolantes, entre otros; que pueden tener

efectos tóxicos diversos en la vida acuática.

• Demanda bioquímica de oxígeno (DBO): valores altos pueden

ocasionar déficit de oxígeno disuelto en la corriente que reciben las

descargas. Al ser biodegradables, el material orgánico presenta una

excesiva actividad microbiana aerobia, que consume oxígeno y produce

finalmente un déficit de oxígeno. Este déficit puede llegar a ser crítico

presentándose condiciones sépticas que generan olores y maten el

hábitat natural del sistema acuático.

• Color: Este es un contaminante visible, que es medible en valores de

DQO o por su constituyente específico. Su impacto es primariamente

visual. También puede afectar otros potenciales usuarios de aguas

subterráneas.

• Sólidos suspendidos totales (SST): permanecen en suspensión en el

líquido efluente y alimentan la turbidez del agua. Una fracción de ellos

puede llegar a sedimentarse en la corriente sobre la que se descarga,

produciendo depósitos de lodos que contribuyen al déficit de oxígeno

disuelto. Partículas orgánicas suspendidas, inhiben los procesos

fotosintéticos que ayudan a la re-aireación natural del sistema acuático.

• Espuma: Generada por la presencia de tensoactivos y detergentes,

alteran el hábitat acuático al inhibir la transferencia de oxígeno del aire

hacia el agua para disolverse en ella, mecanismo mediante el cual el

sistema tiende a suplir el déficit de oxígeno disuelto que tenga.

• Metales: Varios metales pueden estar disueltos o suspendidos en los

efluentes de tintorería. Excesivas concentraciones de ellos pueden ser

nocivas para la vida acuática o hacer que peces y plantas acuáticas no

36

sean aptas para consumo humano por la fijación de los metales en

ellos.

A continuación, en el cuadro 2-4 se presenta información acerca de los

contaminantes y sus efectos a una determinada concentración:

CUADRO 2-4: COMPONENTES QUÍMICOS TÍPICOS QUE PUEDEN ENCONTRARSE EN EL AGUA RESIDUAL Y SUS EFECTOS.

COMPONENTES EFECTO CONCENTRACIÓN CRÍTICA (mg/L)

Sólidos suspendidos

Pueden provocar deposiciones de sólidos. Afectar la transparencia del

agua Variable

Fosfatos

Estimula el crecimiento acuático y de algas

0.015

Interfiere con la coagulación 0.2-0.4 Interfiere con el ablandamiento cal-sosa 0.3

Sulfatos Acción catártica 600-1000 Calcio y magnesio Aumenta la dureza y sólidos disueltos Variable

Agentes tensoactivos

Provocan espumas y pueden interferir con la coagulación

1.0-3.0

Fuente: Metcalf, Eddy, 1995 Elaboración: Gómez, E.; Martínez, V.

Cuando los efluentes se descargan sin el debido tratamiento, se puede observar

diferencias en la coloración original del cuerpo de agua y la formación de

espumas en su superficie; esto se origina por los tintes y tensoactivos,

respectivamente.

2.6 INDUSTRIA TEXTIL PROLATEX

La muestra de efluentes líquidos contaminados de la empresa Prolatex fue

utilizada para realizar el estudio sobre la aplicación del proceso de


La información para caracterizar a la empresa se obtuvo mediante una visita a las

instalaciones de la planta, entrevista con el técnico encargado y registros de la

empresa a fin de obtener información representativa.

37

2.6.1 INFORMACIÓN GENERAL

La empresa textil Prolatex está ubicada en la Provincia de Pichincha, cantón

Quito, en el sector de la administración zonal Eugenio Espejo en el centro-norte

de la ciudad.

La información de la industria Prolatex, se encuentra detallada en el cuadro 2-5:

CUADRO 2-5: INFORMACIÓN GENERAL DE LA INDUSTRIA PRO LATEX

EMPRESA Prolatex S.A.

GERENTE Ing. Rosa Díaz

TÉCNICO Técnico textil Pablo Jácome

UBICACIÓN Isaac Albéniz y Pasaje Godoy

TELÉFONO

022401951

Fuente: Prolatex, 2011 Elaboración: Gómez, E.; Martínez, V.

2.6.2 DESCRIPCIÓN DE PROCESOS Y EQUIPOS

Los procesos productivos que se llevan a cabo en la empresa Prolatex son

principalmente tinturado y lavado de textiles, enfocados a la elaboración de

prendas para trabajo y vestimenta a distintas escalas.

En el gráfico 2-1 y en el cuadro 2-6 se expone el diagrama del proceso de

producción de la empresa Prolatex.

38

GRÁFICO 2-1: DIAGRAMA DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LA EMPRESA PROLATEX

Fuente: Prolatex, 2011


39

CUADRO 2-6: PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LA EMPRESA PRO LATEX

OPERACIÓN EQUIPO QUÍMICOS Descrude Baño Detergente

Blanqueo Baño Agua oxigenada y sosa cáustica

Tinturado Tinturadora Colorantes permitidos

Centrifugado Centrifugadora

Secado Hornos

Acabado



La operación más relevante del proceso de producción de Prolatex es el tinturado,

en el cual se utiliza colorantes permitidos por la normativa nacional, los mismos

que se detallan en el Anexo 2.

2.6.3 GENERACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS

Los efluentes líquidos generados corresponden en mayor cantidad a los procesos

de descrude, blanqueo y tinturado, en los que adquieren una gran carga

contaminante y se descargan a la red de alcantarillado público.

Por esta razón, los efluentes descargados a la alcantarilla deben cumplir las

normas de calidad establecidas por la legislación vigente que corresponda al

recurso agua.

En el cuadro 2-7 se encuentra el consumo de agua y producción de efluentes

líquidos de la empresa Prolatex.

40

CUADRO 2-7: CONSUMO DE AGUA Y PRODUCCIÓN DE EFLUENT ES LÍQUIDOS DE LA INDUSTRIA PROLATEX

TIPO UNIDAD VALOR ACTUAL

Consumo de Agua

m3/mes

103

Cantidad de efluentesa 103


GRÁFICO 2-2: LOCALIZACIÓN DEL PUNTO DE DESCARGA DE EFLUENTES DE LA INDUSTRIA PROLATEX



a Los efluentes líquidos, resultado de los procesos de la planta tienen una temperatura entre 40ºC y 60ºC.

41

2.6.4 MEDIDAS DE MITIGACIÓN

Los efluentes de la industria Prolatex se descargan a través de un canal hasta

una cisterna para reducir la temperatura del agua de descarga y permitir la

sedimentación de sólidos, finalmente son enviados al sistema de alcantarillado.

Sin embargo, debido a la carga contaminante de los efluentes es necesario el

desarrollo y la investigación de tecnologías aplicables en el tratamiento de estos

efluentes.

Finalmente, las tecnologías para el tratamiento de efluentes contaminados deben

acoplarse a las necesidades económicas y técnicas de la empresa.

En el presente proyecto se desarrolla un sistema de tratamiento del agua

contaminada de la empresa Prolatex, mediante la aplicación del proceso

tecnológico de electrocoagulación.

42

CAPÍTULO 3

3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE

ELECTROCOAGULACIÓN

Los reactores de electrocoagulación de 10 y 20 celdas que dispone el Laboratorio

de Aguas y Microbiología fueron construídos en base a la información obtenida en

el estudio sobre “Diseño, construcción y análisis de los parámetros de operación

de un sistema de electrocoagulación” (Cazco, Jarrín, 2010) y utilizando

componentes existentes en el mercado nacional.

El diseño de los reactores permite estudiar varias condiciones de operación para

la optimización de parámetros de tratamiento de efluentes contaminados.

Los principales factores que se consideraron en el diseño y construcción del

reactor de 10 y 20 celdas fueron los siguientes:

• Material de los electrodos

• Número de celdas

• Flujo de entrada

• Forma de operación: proceso continuo

• Tiempo de residencia hidráulico

• Relación voltaje e intensidad de corriente de la fuente de poder de corriente

continua.

43

3.1 DISEÑO DEL REACTOR

El reactor es de tipo flujo pistón, dividido en varios compartimientos de reacción,

permitiendo un desplazamiento vertical del flujo de agua por cada una de las

celdas.

Esta configuración hidráulica diseñada presenta menos problemas de zonas

muertas, facilita la adaptación de los electrodos en la estructura misma del reactor

y, sobre todo, permite que el tiempo de residencia del agua a tratarse sea mayor.

La entrada del flujo de agua en el reactor de electrocoagulación se localiza en la

parte posterior e inferior del reactor y la salida del agua electrocoagulada en la

parte frontal superior a través de un canal de descarga.

El esquema del reactor de electrocoagulación de 20 celdas a flujo pistón se

presenta en el gráfico 3-1:

GRÁFICO 3-1: ESQUEMA DE LA UNIDAD DE ELECTROCOAGULA CIÓN A FLUJO PISTÓN, VISTA LATERAL.


3.1.1 CUERPO DEL REACTOR

El cuerpo del reactor de tipo pistón fue diseñado considerando tres zonas que se

detallan a continuación:

− Zona de flotación: Se depositan los lodos menos densos y las

espumas resultado del efecto de electroflotación.

− Zona media o de reacción: Se producen las reacciones

electroquímicas; y

− Zona de sedimentación: Se depositan los lodos más densos

resultado del proceso.

44

El esquema de las zonas del reactor de electrocoagulación se presenta en el

gráfico 3-2.

GRÁFICO 3-2: ZONAS DEL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓ N

Fuente: Cazco, A.; Jarrín, S, 2010


El cuerpo del reactor de 10 celdas y de 20 celdas está construído de

polimetacrilato transparente. Las dimensiones son: 29x14.5x16.5 cm, y

58x14.5x16.5 cm, respectivamente. Las fotos de los dos reactores de

electrocoagulación se exponen en las fotografías 3-1 y 3-2.

FOTOGRAFÍA 3-1: REACTOR DE 10 CELDAS

Fuente: Ing. Ramírez T.

45

FOTOGRAFÍA 3-2: REACTOR DE 20 CELDAS


Las láminas de división de los compartimentos de las celdas en el reactor están

construidas de polimetacrilato transparente y sus dimensiones son:

• Lámina superior: 15x15 cm con un espesor de 3 mm

• Lámina de fondo: 13x15 cm con un espesor de 3 mm

Los electrodos utilizados en el sistema de electrocoagulación son de aluminio y de

hierro no galvanizado. Las dimensiones de las placas son: 14.5 cm de ancho por

10 cm de alto, con un espesor de 3 mm.

El diseño de los electrodos corresponde a placas rectangulares, ubicadas en serie

de forma intercalada a distancias de 0.5 cm entre ellas.

Los electrodos de aluminio y hierro se presentan en las fotografías 3-3 y 3-4,

respectivamente:

46

FOTOGRAFÍA 3-3: ELECTRODO DE ALUMINIO


FOTOGRAFÍA 3-4: ELECTRODO DE HIERRO


Las pletinas de bronce son utilizadas para conexión eléctrica entre la fuente de

poder y los electrodos correspondientes (fotografía 3.5). Las dimensiones de las

pletinas son:

− Reactor de 10 celdas: 30x2.56 cm, con un espesor de 3 mm

− Reactor de 20 celdas: 75.5x2.56 cm, con un espesor de 3mm

47

FOTOGRAFÍA 3-5: PLETINAS DEL REACTOR DE 10 Y 20 CEL DAS


3.1.2 SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO (33)

El sistema de control automático tiene la función de controlar el flujo de corriente

eléctrica directa, desde la fuente de poder hacia los electrodos ubicados en el

reactor. El funcionamiento del sistema de control automático se presenta

mediante los siguientes diagramas:

• Diagrama de fuerza eléctrica

• Diagrama de control automático

Los diagramas se presentan en los gráficos 3-3 y 3-4

48

GRÁFICO 3-3: DIAGRAMA DE CONTROL AUTOMÁTICO


GRÁFICO 3-4: DIAGRAMA DE FUERZA ELÉCTRICA


49

3.2 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ELECTRO-

COAGULACIÓN (11), (16), (20)

El funcionamiento del sistema de electrocoagulación consiste en:

• La entrada del flujo de agua se ubica en la parte inferior del reactor y la

salida del agua tratada es a través de un canal de descarga en la parte

superior.

• La corriente eléctrica directa es suministrada a través de una fuente de

poder hacia el agua residual, a través de los electrodos (aluminio,

hierro) dispuestos en serie.

• Las especies catiónicas formadas (Fe+2, Fe+3) actúan como agentes

coagulantes, que se unen a los coloides por enlaces iónicos; lo que

provoca la precipitación de hidróxidos y la formación de óxidos

metálicos.

• La intensidad de corriente eléctrica provoca el desprendimiento de gas

hidrógeno en el cátodo, resultado de la interacción de la placa con el

agua residual.

• El electrodo de hierro se corroe eléctricamente debido a la oxidación por

efecto de la fuerza electroquímica en la celda, cuando actúa como

ánodo.

• Se forman dos tipos de lodos, aquellos lodos flotantes que se depositan

en la parte superior de la celda y los lodos que sedimentan.

50

CAPÍTULO 4

4. METODOLOGÍA

Para iniciar este estudio se realizó un ensayo preliminar en el reactor de

electrocoagulación y los análisis correspondientes, con el fin de determinar la

posibilidad del tratamiento de aguas de la industria textil y los parámetros físico-

químicos relevantes.

Utilizando un reactor de electrocoagulación se realizarán ensayos a distintas

condiciones técnicas de operación, se tomarán y analizarán muestras

representativas a diferentes tiempos. Los análisis a realizar comprenderán los

parámetros físico-químicos que se estipulan en la Ordenanza 213 emitida por el

Municipio del Distrito Metropolitano de Quito para descargas líquidas en el

sistema de alcantarillado.

Se analizará los porcentajes de remoción de contaminantes obtenidos para

determinar las condiciones óptimas de las variables: intensidad de corriente, tipo

de electrodo, caudal y número de celdas.

Además, con los resultados óptimos de las variables estudiadas se dimensionará

un prototipo de reactor de electrocoagulación para la descontaminación de las

aguas de la industria textil. Este dimensionamiento se basará también en las

observaciones sobre el funcionamiento del equipo.

51

4.1 ENSAYOS DE DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS DE LA

INDUSTRIAL TEXTIL MEDIANTE EL PROCESO DE

ELECTROCOAGULACIÓN

Los ensayos para la descontaminación de aguas de la industria textil utilizando el

proceso de electrocoagulación se realizó considerando los resultados y

conclusiones obtenidos del estudio “Diseño, construcción y análisis de los

parámetros de operación de un sistema de electrocoagulación” (Cazco, A.; Jarrín,

S. ,2010). Además de la realización de ensayos preliminares con el fin de

determinar la posibilidad del tratamiento de aguas de la industria textil.

4.1.1 OBJETIVOS

• Determinar los parámetros físico-químicos a ser analizados y sus

métodos de análisis.

• Establecer las variables del proceso de electrocoagulación

• Determinar los procedimientos en la determinación de los porcentajes

de remoción de los contaminantes, considerando las condiciones

técnicas establecidas en cada serie de ensayos.

4.1.2 EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS

4.1.2.1 Equipos

En el cuadro 4-1, se indican los equipos utilizados en el estudio del proceso de

electrocoagulación de aguas contaminadas presentes en la industria textil.

CUADRO 4-1: EQUIPOS UTILIZADOS

ÍTEM MARCA Reactor de electrocoagulación SM Fuente reguladora de corriente 60V 18A. GWINSTFK PSH Bomba peristáltica (0.1hp, 110 V) Masterflex 751810 Bomba de vacío Emerson modelo SA55NXGTC-4143; 110V Compresor Modelo HX4002; 110V; presión máxima 125 psi Cronómetro Toppa sport Medidor de pH JENWAY 3510; 110V Conductivímetro Thermo SCIENTIFIC; 110V Medidor de oxígeno disuelto ORION MOD 840; 110V

Continúa….

52

CUADRO 4-1: EQUIPOS UTILIZADOS

Continuación….

ITEM MARCA

Turbidímetro 2100 P (HACH); 110V

Espectrofotómetro DR 2000 (HACH); 110V

Balanza analítica KERN ABJ; 200 g máximo; 110V Reactor de DQO COD REACTOR (HACH), 110V Estufa QF AL model 40 Baño María SM

SM: Sin Marca

Fuente: LAM


4.1.2.2 Materiales

Los materiales de Laboratorio que se usaron en el estudio, se exponen en el

cuadro 4-2.

CUADRO 4-2: MATERIALES DE LABORATORIO

MATERIAL DETALLE MARCA Electrodos de aluminio y

hierro

Parte del reactor de

electrocoagulación SM

Vasos de precipitación 2000, 1000, 500 y 100

mL Glassco, BOECO

Erlenmeyers 500 y 250 mL MARIENFELD

Kitasato 500 y 250 mL SCHOTT DURAN, PYREX

Embudos de Separación 500 mL LMS, MARIENFELD

Balones aforados 1000, 500, 250, 100, 50

mL LASSCO, VIDROLABOR

Celdas 25 mL HACH

Viales HACH

Continúa….

53

CUADRO 4-2: MATERIALES DE LABORATORIO

Continuación….

MATERIAL DETALLE MARCA

Membranas para filtrar 0.45 µm Whatman

Pipetas 50, 25, 10, 5 , 2, 1 mL LMS, PYREX

Probetas 500, 100, 50, 25 mL LMS, VITLAB

Crisoles 100 mL SM

Aireadores Filtro de óxido de silicio PENN PLAX XP 440

Jarras 2 L SM

Fuente: LAM Elaboración: Gómez, E.; Martínez, V.

4.1.2.3 Reactivos

Los principales reactivos que se usaron en los análisis físico-químicos del afluente

y efluente en el proceso de electrocoagulación se exponen en el cuadro 4-3.

CUADRO 4-3: REACTIVOS UTILIZADOS

PARÁMETRO REACTIVO MARCA

DQO

Viales con solución de: Ácido Sulfúrico, Dicromato de

Potasio, Sulfato de Plata y Sulfato de Mercurio.

LAM

Detergentes

Alcohol Isopropílico MERCK KGaA al 99.8% Azul de Metileno LAM

Cloroformo MERCK al 99.4% Solución de lavado LAM

Dureza Total Solución buffer de pH 10 HACH

ManVer 2 HACH EDTA HACH

Dureza Cálcica

Solución de hidróxido de potasio 8 N

LAM

CalVer 2 HACH EDTA HACH

Alcalinidad Total Verde Bromo Cresol HACH

Ácido Sulfúrico 0.02 N LAM

Alcalinidad Phenolftaleina

Solución indicadora de phenolftaleina

LAM

Ácido Sulfúrico 0.02 N LAM Sulfatos SulfaVer 4 HACH Fosfatos PhosVer 3 HACH

Fuente: LAM


54

4.1.3 VARIABLES ESTUDIADAS

Las variables a considerarse en el presente estudio son:

• Intensidad de corriente

• Tipo de electrodos ( Fe, Al)

• Caudal

• Número de celdas

4.1.4 PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS

Los parámetros físico-químicos del efluente de la industria textil fueron definidos

considerando:

• Características relevantes de los procesos productivos de la Industria

PROLATEX. El proceso principal de la empresa es la tintura de

prendas. En este proceso no se utiliza colorantes en base a metales

pesados.

• La Normativa Vigente del Distrito Metropolitano de Quito para el vertido

de efluentes contaminados a la alcantarilla. (Anexo 13)

• Los resultados de los informes de los análisis remitidos a la Secretaría

de Ambiente de las descargas líquidas de la empresa. El efluente

presenta un valor de concentración de detergentes que sobrepasa la

normativa vigente en el Distrito Metropolitano de Quito.

• La información presentada en la tesis “Diseño, construcción y análisis

de los parámetros de operación de un sistema de electrocoagulación”.

(Cazco, A.; Jarrín, S. ,2010)

Los parámetros físico-químicos a analizarse son los siguientes:

• Demanda química de oxígeno (DQO)

• Color real

• Detergentes

• Turbidez

55

• Conductividad

• Fosfatos [PO4 -3]

• Sulfatos [SO4 -2]

• Sólidos Totales

• Sólidos Disueltos

• Potencial de Hidrógeno (pH)

• Bicarbonatos [HCO3-1] y Carbonatos [CO3

-2]

• Calcio [Ca+2] y Magnesio [Mg+2]

• Oxígeno Disuelto (OD)

Los análisis físico-químicos del efluente textil y del agua descontaminada

utilizando el proceso de electrocoagulación, se realizaron considerando los

procedimientos operacionales establecidos por el Laboratorio de Aguas y

Microbiología - LAM, los mismos que se detallan en el Anexo 3.

4.1.5 CONDICIONES TÉCNICAS DEL PROCESO DE ELECTRO-COAGULACIÓN

Todos los ensayos se realizaron bajo las siguientes condiciones técnicas

generales:

• Flujo continuo con un caudal aproximado de 7.2 L/h (Ensayo 1-E1 y

Ensayo 2-E2); 18 L/h, 36 L/h, 72 L/h (Ensayo 3 – E3); 144 L/h, 216 L/h, 288

L/h (Ensayo 4 – E4).

• Intensidad de corriente continua constante, de acuerdo a las condiciones

del ensayo, las mismas que se detallan en el literal 4.2 de este capítulo.

• Ánodo de hierro y cátodo de aluminio; a excepción del ensayo E2 donde se

utilizó al aluminio como ánodo.

• Los ensayos E1, E2 y E3 se realizaron en el reactor de electrocoagulación

de 10 celdas; mientras que el ensayo E4 se realizó en el reactor de

electrocoagulación de 20 celdas.

• La separación entre los electrodos es de 0.5 cm.

56

• La muestra de agua residual de la empresa ingresa al sistema de

electrocoagulación con el pH propio de la industria textil.

4.1.6 MUESTREO DE AGUA RESIDUAL EN LA INDUSTRIA PROLATEX

Para realizar el muestreo de las aguas residuales de la Industria Prolatex, se

utilizó el Equipo de Protección Personal (EPP) que se presenta en el cuadro 4-4.

Además, en el cuadro 4-5 se presenta los materiales utilizados para la toma de

muestras.

CUADRO 4-4: EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL UTILIZADO DURANTE EL PROCESO DE MUESTREO

ÍTEM CARACTERÍSTICA

Mandil Algodón

Guantes Acrilonitrilo

Mascarilla Para evitar vapores orgánicos y gases

ácidos.

Gafas Plástico


CUADRO 4-5: MATERIALES UTILIZADOS EN EL PROCESO DE MUESTREO

ÍTEM CARACTERÍSTICA Agitador manual Varilla de vidrio

Recipientes Plástico de 2 L y 1 L

Contenedores Plástico de varios volúmenes: 10 gal, 5gal, 2 gal.

Caja térmica Temperatura al interior se mantenga a 4 ºC


57

El procedimiento de muestreo de las aguas de la industria textil fue de tipo simple

y se describe a continuación:

1. Se tomó la muestra a la salida del efluente resultante de todos los procesos

productivos de la industria, utilizando jarras graduadas de 2 L, hasta llenar

los contenedores de 10 galones.

2. Se homogenizó la muestra de agua de cada uno de los contenedores

utilizando un agitador manual.

3. Se tomó una muestra de agua equivalente a un volumen de 0.5 L de todos

los contenedores, utilizando una jarra graduada de 1 L y se colocó en el

recipiente plástico de 2 litros hasta llenarlo.

4. El recipiente plástico de 2 L fue colocado en una caja térmica con hielo

para preservación de la muestra original.

5. Firma del Registro de Muestreo por el técnico responsable de la Industria

PROLATEX. El registro de muestreo se presenta en el Anexo 4.

6. Se procedió al transporte de los contenedores con las muestras de agua

hasta el Laboratorio de Aguas y Microbiología de la Escuela Politécnica

Nacional.

Este procedimiento de muestreo se realizó en forma frecuencial considerando la

necesidad de muestras de agua para la realización de los diferentes ensayos de


4.1.7 PROCEDIMIENTO DE LOS ENSAYOS DE DESCONTAMINACIÓN DE L AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEXTIL

El procedimiento realizado en cada uno de los ensayos con el fin de

descontaminar las aguas residuales mediante electrocoagulación, se detalla a

continuación:

4.1.7.1 Procedimiento inicial

a. El muestreo del agua residual se realizó de acuerdo al procedimiento del

numeral 4.1.6.

b. Se realizaron los análisis de los parámetros físico-químicos del agua

residual original (sin el tratamiento de electrocoagulación) de acuerdo a los

procedimientos establecidos por el Laboratorio de Aguas y Microbiología

descritos en el Anexo 3.

58

4.1.7.2 Procedimiento para el tratamiento de las aguas residuales en el reactor de

electrocoagulación

a. Llenar el reactor de electrocoagulación con agua potable, con el fin de

limpiar y estabilizar el reactor.

b. Regular el flujo del efluente del reactor de acuerdo a las condiciones de

flujo necesario para llevar a cabo los ensayos.

c. Llenar el recipiente de alimentación de agua del reactor con la muestra a

tratar.

d. Encender el sistema de control y a continuación la fuente de poder

e. Establecer en la fuente de poder el valor de amperaje, considerando las

variables a ser estudiadas en el ensayo.

f. Abrir la llave de alimentación del agua residual hacia el reactor

g. Esperar la salida del volumen de agua potable del reactor considerando

que el tiempo de residencia del flujo en el reactor es un factor importante

en el estudio de las condiciones técnicas del ensayo respectivo.

h. Se recolectó la primera muestra de agua tratada en un recipiente de

plástico, a la salida del efluente del reactor. Este procedimiento se realizó

cada15 min. por el lapso de una hora.

i. Apagar la fuente de poder y el sistema de control eléctrico

j. Limpieza del reactor

4.1.7.3 Procedimiento final

1. Las muestras tratadas se trasvasaron de los recipientes plásticos a vasos

de precipitación.

2. Se procedió al análisis de las muestras recolectadas en los vasos de

precipitación, siguiendo los procedimientos de análisis del LAM que se

detallan en el Anexo 3.

3. Se procedió a la recopilación de los resultados de los parámetros físico-

químicos de cada uno de los ensayos, los mismos que se presentan en el

Anexo 5.

4. Se realizó el cálculo de porcentajes de remoción de los contaminantes.

5. Se graficó el porcentaje de remoción de contaminantes vs el tiempo del

proceso de electrocoagulación, el porcentaje de remoción vs el amperaje

59

de operación de las celdas electroquímicas y las curvas de variación de

valores de parámetros físico-químicos vs el tiempo.

6. Se utilizó las herramientas estadísticas del programa Excel con el fin de

determinar la tendencia o regresión de cada curva.

4.1.8 PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS TIEMPOS DE RESIDENCIA A DIFERENTES FLUJOS EN EL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN.

El equipo, materiales, reactivos y procedimiento para la determinación del tiempo

de residencia del reactor se detalla a continuación:

4.1.8.1 Equipo, materiales y reactivos

• Reactor

• Recipientes para tomar muestras

• Probeta

• Cronómetro

• Permanganato de potasio

4.1.8.2 Procedimiento

a. Llenar el recipiente de alimentación de agua del reactor con agua potable

b. Abrir la llave del recipiente de alimentación para el paso del agua potable

hacia el reactor.

c. Regular el flujo de salida del agua del reactor de acuerdo a las condiciones

de flujo escogidas para llevar a cabo las pruebas.

d. Añadir el trazador (permanganato de potasio) en la zona de entrada del

flujo del reactor.

e. Registrar el tiempo que demora el trazador en salir completamente del

cuerpo del reactor.

f. Repetir el procedimiento desde los literales a,b,c,d,e para diferentes flujos.

g. Graficar los resultados de tiempo de residencia vs flujo.

h. Obtener la curva y la ecuación de tiempo de residencia utilizando las

herramientas de Excel.

60

En el gráfico 4.1, se presenta la curva y la ecuación de la curva para el cálculo del

tiempo de residencia del afluente en el reactor de electrocoagulación.

GRÁFICO 4-1: DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE RESIDENCIA DEL AFLUENTE EN EL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN.


61

4.2 ENSAYOS DE OPTIMIZACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE

AGUAS DE LA INDUSTRIA TEXTIL

Los ensayos de optimización se presentan, de forma resumida, en el cuadro 4-6.

CUADRO 4-6: DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS Y CONDICIONE S DE OPERACIÓN DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN.

VARIABLES DE ESTUDIO ENSAYO CONDICIÓN DE

OPERACIÓN OBSERVACIÓN

Tiempo del proceso de

electrocoagulación y amperaje de la

celda electroquímica con ánodo de

hierro

E1

Ánodo de hierro Variación del amperaje. Reactor de 10 celdas electroquímicas.

pH del agua muestreada es básico. Reactor de electrocoagulación con 10 celdas.

Tiempo del proceso de

electrocoagulación y amperaje de la

celda electroquímica con ánodo de

aluminio

E2

Ánodo de aluminio Variación del amperaje. Reactor de 10 celdas electroquímicas.

pH del agua muestreada es básico. Reactor de electrocoagulación con 10 celdas.

Flujo de alimentación al

reactor de electrocoagulación

con 10 celdas electroquímicas

E3

Variación del caudal Ánodo de hierro Reactor de 10 celdas electroquímicas.

Ensayo realizado con el Amperaje óptimo del ensayo E1 y E2. pH del agua muestreada es básico.

Flujo de alimentación al

reactor de electrocoagulación

con 20 celdas electroquímicas

E4

Variación del caudal Ánodo de hierro Reactor de 20 celdas electroquímicas.

pH del agua muestreada es básico.


62

4.2.1 DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS

4.2.1.1 Ensayo con diez celdas electroquímicas, con ánodo de hierro, caudal de 7.2 L/h

a 4, 8 y 16 A (ENSAYO 1).

4.2.1.1.1 Parámetros de medición


• Voltaje

• Flujo de agua

• Análisis de los parámetros físico-químicos

4.2.1.1.2 Condiciones técnicas específicas

• Se trabajó con intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A

• Se utilizó como ánodo láminas de hierro

• Se utilizó el reactor de 10 celdas electroquímicas

• Se trató un caudal de 7.2 L/h

4.2.1.2 Ensayo con diez celdas electroquímicas, con ánodo de aluminio, caudal de 7.2

L/h a 4, 8 y 16 A (ENSAYO 2).



• Voltaje

• Flujo de agua


4.2.1.2.2 Condiciones técnicas específicas.

• Se trabajó con intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A

• Se utilizó como ánodo láminas de aluminio


• Se trató un caudal de 7.2 L/h

63

4.2.1.3 Ensayo con 10 celdas electroquímicas, con ánodo de hierro a 8 amperios,

variando el flujo a 18, 36 y 72 L/h (ENSAYO 3).


• Flujo de agua


• Voltaje



• Se estableció el valor óptimo de amperaje a 8A

• Se estableció como ánodo de sacrificio las láminas de hierro

• Se trabajó variando el flujo del efluente del reactor (18, 36, 72 L/h)


4.2.1.4 Ensayo con 20 celdas electroquímicas, con ánodo de hierro a 8 A y con flujos

de 114, 216 y 288 L/h (ENSAYO 4).


• Flujo de agua


• Voltaje



• Se estableció el valor óptimo de amperaje a 8A

• Se estableció como ánodo de sacrificio las láminas de hierro

• Se trabaja variando el flujo del efluente del reactor (114, 216, 288 L/h)


64

CAPÍTULO 5

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1 RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS DE

AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL,

TRATADAS POR EL PROCESO DE ELECTRO-

COAGULACIÓN

Los análisis de los parámetros físico – químicos de las muestras de agua

contaminadas y tratadas por el proceso de electrocoagulación, de los ensayos se

detallan en el numeral 4.1.4 del capítulo 4.

Los ensayos de optimización expuestos en el numeral 4.2 del capítulo 4 fueron

realizados con la muestra del efluente contaminado de la industria textil

muestreada en diferentes fechas.

Los resultados de los análisis de los parámetros físico-químicos de las muestras

de agua residual antes del proceso de electrocoagulación para los diferentes

ensayos expuestos en el cuadro 4.6., se presentan en el cuadro 5-1:

CUADRO 5-1: RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMI COS DEL EFLUENTE DE LA INDUSTRIA TEXTIL.

PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS UNIDADES ENSAYO

(E1) ENSAYO

(E2) ENSAYO

(E3) ENSAYO

(E4)

DQO mg/L 440 340 660 910 Color Real Pt-Co 1100 440 1200 360

Sólidos Disueltos mg/L 0,3 0,13 0,30 0,05

Sólidos Totales mg/L 0,3 0,15 0,30 0,14 Detergentes 7,4 40,5 10,4 36,6

Continúa….

65

CUADRO 5-1: RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMI COS DEL

EFLUENTE DE LA INDUSTRIA TEXTIL.

Continuación…

PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS UNIDADES ENSAYO

(E1) ENSAYO

(E2) ENSAYO

(E3) ENSAYO

(E4) [Ca+2] mg/L 120 120 80 100 [Mg+2] mg/L 200 80 60 60 OD mg/L 0,6 0,6 0,3 1 pH 10,1 9,8 9,9 8,3 [CO3

-2 ] mg/L 560 80 88 0 [HCO3

-1 ] mg/L 40 192 148 146 Conductividad mS/cm 4,2 2,5 4,2 1,6 Turbidez mg/L 98 66 100 35 Sulfatos mg/L 30 80 85 75 Fosfatos mg/L 3,4 13,2 8,6 6,9


5.2 ESTUDIO DEL EFECTO DEL PROCESO DE

ELECTROCOAGULACIÓN SOBRE LOS CONTAMINANTES

PRESENTES EN LAS AGUAS RESIDUALES DE LA

INDUSTRIA TEXTIL

Para estudiar la influencia de las variables del proceso de electrocoagulación

sobre la contaminación de las especies químicas que se encuentran en los

efluentes de la industria textil, se definen los siguientes conceptos:

• Remoción de contaminantes químicos: DQO, color real, sólidos disueltos,

sólidos totales, turbidez, [Ca+2], [Mg+2], detergentes, sulfatos y fosfatos

(Anexos 6,7,8,9).

• Variación de los parámetros físico – químicos: oxígeno disuelto (OD),

potencial hidrógeno (pH), alcalinidad ([CO3-2], [HCO3

-1]) y conductividad

(Anexos 5,6,7,8,9).

66

Para calcular los porcentajes de remoción de los contaminantes, utilizando el

proceso de electrocoagulación, se aplicó la siguiente ecuación:

%100×−=i

tii C

CCPR (4.1)

Donde: PRi es el porcentaje de remoción del contaminante i; Ci, Concentración

inicial del contaminante i y Ct, Concentración del contaminante a un tiempo t.

5.2.1 INFLUENCIA DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE DE LA CELD A ELECTROQUÍMICA CON ÁNODO DE HIERRO A 4, 8 Y 16 AMPE RIOS Y A DIFERENTES TIEMPOS DEL PROCESO DE ELECTRO-COAGULACIÓN EN LA REMOCIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEXTIL A UN CAUDAL FI JO DE 7.2 L/h (ENSAYO E1)

Los resultados de los análisis físico-químicos se exponen en el Anexo 5 y los

porcentajes de remoción de los contaminantes se reporta en el Anexo 6, para el

Ensayo 1.

Las curvas de porcentaje de remoción de DQO, calcio, magnesio, turbidez, color

real, sulfatos, fosfatos, sólidos totales, sólidos disueltos y detergentes, durante el

tratamiento del agua contaminada de la industria textil, se presentan en los

gráficos 5.1 a 5.10.

La variación de [HCO3-1], [CO3

-2], oxígeno disuelto, pH, y conductividad durante el

tratamiento del agua contaminada de la industria textil, se exponen en los gráficos

del 5.11 a 5.15 y en las tablas del Anexo 6.

67

GRÁFICO 5-1: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DQO DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-2: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE CALCIO DEL A GUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

68

GRÁFICO 5-3: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE MAGNESIO DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-4: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE TURBIDEZ DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

69

GRÁFICO 5-5: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE COLOR DEL AG UA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-6: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SULFATOS DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

70

GRÁFICO 5-7: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE FOSFATOS DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-8: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS TOTA LES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL E NSAYO 1 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de cor riente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

71

GRÁFICO 5-9: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DISU ELTOS DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL E NSAYO 1 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de cor riente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-10: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DETERGENTES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL E NSAYO 1 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de cor riente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

72

GRÁFICO 5-11: VARIACIÓN DE [HCO 3-1] DEL AGUA CONTAMINADA DE LA

INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (flujo del pro ceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-12: VARIACIÓN DE [CO 3-2] DEL AGUA CONTAMINADA DE LA

INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (flujo del pro ceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

73

GRÁFICO 5-13: VARIACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO DEL AGU A CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-14: VARIACIÓN DEL pH DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (flujo del pro ceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

74

GRÁFICO 5-15: VARIACIÓN DE CONDUCTIVIDAD DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

De los gráficos 5.1 a 5.15 se concluye lo siguiente:

• En general, la remoción de los contaminantes alcanza valores superiores al

70%, cuando el amperaje es 8 amperios para los parámetros DQO,

magnesio, calcio, turbidez, color, sulfatos, fosfatos y detergentes en el

intervalo de tiempo de 55 a 70 minutos de tratamiento a un caudal de 7,2

L/h.


70%, cuando el amperaje es 16 amperios para los parámetros calcio,

magnesio, turbidez, color, sulfatos, fosfatos y detergentes en el intervalo de

tiempo de 70 a 100 minutos a un caudal de 7,2 L/h.


60%, cuando el amperaje es 4 amperios para los parámetros calcio,

turbidez, color y fosfatos en el intervalo de tiempo de 55 a 100 minutos a un

caudal de 7,2 L/h.

• Los valores de las variaciones de los parámetros físico-químicos potencial

de hidrógeno y conductividad tienden a aumentar cuando el tratamiento se

75

realiza a ocho amperios. El pH tiende a incrementar su valor desde un

valor inicial de 10 a 12 cuando termina el tratamiento y la conductividad

tiende a incrementarse en un mS/cm para el tratamiento a ocho y 16

amperios.

• Con respecto a la alcalinidad del agua, después del tratamiento, la

formación de especies predominantes son iones hidroxilo y carbonatos

debido al valor alto del pH que tiene el agua tratada.

• Es importante indicar que el oxígeno disuelto del efluente tratado se

incrementa considerablemente de 0,5 mg/L a 4 mg/L cuando se usa una

intensidad de corriente de la celda electroquímica de 8A.

• Las remociones máximas obtenidas de DQO, magnesio, calcio, turbidez,

color, sulfatos, fosfatos, detergentes, sólidos totales y sólidos disueltos se

exponen en el cuadro 5-2.

CUADRO 5-2: VALORES MÁXIMOS DE REMOCIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEX TIL, BAJO EL ENSAYO E1. (Flujo del proceso 7.2 L/h, intensidad de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo de Fe; reactor de 10 celdas)

PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS

REMOCIÓN MÁXIMA

(%)

INTENSIDAD DE

CORRIENTE (A)

TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN

(min)

DQO 85,2 8 A 55

Calcio 86,1 16 A 100

Magnesio 100 8 A 55

Turbidez 95,7 8 A 70

Color Real 99 8 A 85

Sulfatos 96,7 8 A 55

Fosfatos 91,2 4 A 100

Sólidos Totales 69,0 16 A 55

Sólidos Disueltos 70,2 16 A 55

Detergentes 91,7 8 A 70


76

En base a los resultados obtenidos de los porcentajes de remoción de los

contaminantes, a la variación de los parámetros físico-químicos (oxígeno disuelto,

potencial de hidrógeno y conductividad) y al tiempo necesario para el tratamiento

por electrocoagulación, se considera lo siguiente:

• El valor óptimo del amperaje corresponde a 8 amperios cuando el ánodo es

hierro. • El tiempo necesario para el proceso de tratamiento por electrocoagulación

es de 55 minutos cuando el ánodo es hierro a un caudal de 7,2 L/h. • Se considera necesario realizar otro ensayo utilizando el ánodo aluminio a

las mismas condiciones técnicas del ensayo E1.

5.2.2 INFLUENCIA DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE DE LA CELD A ELECTROQUÍMICA CON ÁNODO DE ALUMINIO A 4, 8 Y 16 AMPERIOS Y A DIFERENTES TIEMPOS DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN EN LA REMOCIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEX TIL A UN CAUDAL FIJO DE 7.2 L/h (ENSAYO E2)

Los resultados de los análisis físico-químicos se exponen en el Anexo 5 y los

porcentajes de remoción de los contaminantes se reportan en el Anexo 7, para el

Ensayo 2.









77

GRÁFICO 5-16: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DQO DEL AGU A CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-17: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE CALCIO DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

78

GRÁFICO 5-18: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE MAGNESIO DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-19: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE TURBIDEZ DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

79

GRÁFICO 5-20: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE COLOR DEL A GUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-21: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SULFATOS DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

80

GRÁFICO 5-22: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE FOSFATOS DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-23: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS TOT ALES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL E NSAYO 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de cor riente de 4, 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

81

GRÁFICO 5-24: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DIS UELTOS DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL E NSAYO 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de cor riente de 4, 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-25: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DETERGENTES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL E NSAYO 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de cor riente de 4, 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

82


INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (flujo del pro ceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)


INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (flujo del pro ceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

83

GRÁFICO 5-28: VARIACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO DEL AGU A CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-29: VARIACIÓN DEL pH DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (flujo del pro ceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)

84

GRÁFICO 5-30: VARIACIÓN DE CONDUCTIVIDAD DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 2 (fl ujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4 , 8 y 16 A; ánodo Al, reactor de 10 celdas)



70%, cuando el amperaje es 8 amperios para los parámetros DQO,

magnesio, turbidez, color, sulfatos, fosfatos y detergentes en el intervalo de

55 a 70 minutos a un caudal de 7,2 L/h.

• La remoción de los contaminantes alcanza valores superiores al 70%,

cuando el amperaje es 16 amperios para los parámetros fosfatos y

detergentes, en el intervalo de 55 a 70 minutos a un caudal de 7,2 L/h.

• La remoción de los contaminantes alcanza valores superiores al 70%,

cuando el amperaje es 4 amperios para los parámetros turbidez, color,

sólidos disueltos y fosfatos, en el intervalo de tiempo de 55 a 85 minutos a

un caudal de 7,2 L/h.

• Los valores de los parámetros físico-químicos oxígeno disuelto y

conductividad tienden a aumentar cuando el tratamiento se realiza a 16

amperios. La conductividad tiende a aumentar desde un valor de 2,5

mS/cm hasta un valor de 7 mS/cm, mientras que, a cuatro y ocho

85

amperios la conductividad tiende a permanecer constante. El oxígeno

disuelto alcanza un valor de 4,3 mg/L desde un valor inicial de 0,6 mg/L.

• La remoción de calcio es siempre creciente en el tiempo del proceso de

electrocoagulación, a cualquier amperaje de las celdas electroquímicas,

llegando a valores del 30% cuando el tiempo del proceso es de 100

minutos a bajos amperajes de las celdas electroquímicas, con un caudal de

alimentación de 7,2 L/h.

• Las remociones máximas obtenidas de DQO, magnesio, calcio, turbidez,

color, sulfatos, fosfatos, detergentes, sólidos disueltos y sólidos totales se

exponen en el cuadro 5-3.

CUADRO 5-3: VALORES MÁXIMOS DE REMOCIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEX TIL, BAJO EL ENSAYO E2. (Flujo del proceso 7.2 L/h, intensida d de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo de Al; reactor de 10 celdas)

PARÁMETROS FÍSICO-

QUÍMICOS

REMOCIÓN MÁXIMA

(%)

INTENSIDAD DE

CORRIENTE (A)

TIEMPO DEL PROCESO DE

ELECTROCOAGULACIÓN (min)

DQO 87,4 8A 100 Calcio 33,3 16A 100 Magnesio 65 8A 100 Turbidez 97 8A 55 Color Real 75,0 8A 100 Sulfatos 47,5 8A 100 Fosfatos 99,2 8A 100 Sólidos Totales 20,8 4A 85 Sólidos Disueltos 78,4 4A 100

Detergentes 86,1 8A 85


86

Sobre la base de los resultados obtenidos de los porcentajes de remoción de

contaminantes, la variación de parámetros físico-químicos oxígeno disuelto,

conductividad, potencial de hidrógeno y al tiempo necesario para el tratamiento se

considera lo siguiente:

• El valor óptimo del amperaje corresponde a ocho amperios cuando el

ánodo es aluminio. • El tiempo necesario para el tratamiento es 100 minutos cuando el ánodo es

aluminio.

5.2.2.1 Análisis de los ensayos E1 y E2 para determinar el amperaje y el tipo de

electrodo de sacrificio óptimo para el tratamiento de agua contaminada de la

industria textil.

a) Análisis de la variable intensidad de corriente de la celda electroquímica

de acuerdo a los ensayos E 1 y E 2

Los porcentajes de remoción de DQO, calcio, magnesio, turbidez, color real,

sulfatos, fosfatos, sólidos totales, sólidos disueltos y detergentes en función del

amperaje utilizado en el proceso de coagulación, a diferentes tiempos del proceso

de electrocoagulación del agua contaminada de la industria textil, se presentan los

gráficos 5.31 a 5.40

87

GRÁFICO 5-31: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DQO DEL AGU A CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEM POS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/ h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

11.5A;

85.33%

9A;

90%

88

GRÁFICO 5-32: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE CALCIO DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEM POS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h , intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

13A;

86.80%

89

GRÁFICO 5-33: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE MAGNESIO DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEM POS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h , intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

10A;

100%

9.5A;

80%

90

GRÁFICO 5-34: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE TURBIDEZ DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEM POS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h , intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A, ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

11A;

100%

9A;

95%

91

GRÁFICO 5-35: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE COLOR DEL A GUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEM POS, BAJO EL ENSAYO 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, in tensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas )

5A;

100%

9.5A;

90%

92

GRÁFICO 5-36: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SULFATOS DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEM POS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h , intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

12A;

100%

10A; 60%

93

GRÁFICO 5-37: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE FOSFATOS DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERENTES TIEM POS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h , intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

11A;

100%

8A;

96%

94

GRÁFICO 5-38: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS TOT ALES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERE NTES TIEMPOS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A, ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

8.5A;

20%

95

GRÁFICO 5-39: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DIS UELTOS DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERE NTES TIEMPOS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

7.5A;

81%

96

GRÁFICO 5-40: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DETERGENTES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL AMPERAJE DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN A DIFERE NTES TIEMPOS, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidades de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

11A;

91.8%

11A;

90%

97


• La forma de las curvas de porcentajes de remoción de los contaminantes

presentes en el agua contaminada de la industria textil en función del

amperaje de las celdas electroquímicas presentan máximos con excepción

de la curva de remoción de calcio cuando se usa ánodo de hierro.

• La remoción de DQO utilizando ánodo Fe (Ensayo E1) alcanza el valor de

85,3% cuando el amperaje es 11,5 A. En el Ensayo E2, la remoción llega al

90% cuando el amperaje es 9A, utilizando ánodo de aluminio.

• La remoción de calcio utilizando ánodo Al (Ensayo E2) alcanza valores

menores que los obtenidos con ánodo de hierro; no se tienen valores

superiores al 44%, aún cuando se utilice amperajes altos.

• El porcentaje de remoción de color, utilizando como electrodo de sacrificio

Fe, alcanza valores asintóticos cercanos al 100% a partir de un amperaje

de 5 A. Mientras que con ánodo de Al se alcanza valores máximos del 90%

a un amperaje de 9,5 A.

• El porcentaje de remoción de fosfatos utilizando ánodo Fe alcanza el valor

máximo del 100% a un amperaje de 11 A. Cuando el ánodo es Al, el valor

de remoción de fosfatos tiende a valores asintóticos del 95,6% a una

intensidad de corriente de la celda de 8 A.

• La remoción de sólidos totales presenta una tendencia lineal con la

intensidad de corriente de la celda electroquímica hasta alcanzar un valor

del 65%, cuando la intensidad de corriente de la celda llega a 16 amperios,

utilizando ánodo de hierro. Con ánodo de aluminio, la remoción máxima

asciende al 20% a una intensidad de corriente de 8,5 A; valor muy por

debajo de lo alcanzado con el ánodo de hierro.

• La remoción de sólidos disueltos cuando el ánodo es Fe (Ensayo 1) varía

con la intensidad de corriente en forma lineal, alcanzado valores de

remoción cercanos al 70% para un amperaje de 16 A. Para el caso de

operar con electrodo Al, la remoción es del 80,6% para un amperaje de

8A.

De los resultados expuestos en los gráficos 5-31 a 5-40 se determina las

intensidades de la corriente de la celda electroquímica para la obtención de la

98

máxima remoción de los contaminantes en el agua residual de la industria textil,

bajo los Ensayos 1 y 2, los mismos se exponen en el cuadro 5.4.

CUADRO 5-4: INTENSIDADES DE CORRIENTE DE LA CELDA ELECTROQUÍMICA PARA LA OBTENCIÓN DE LA MÁXIMA REMOC IÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEXTIL, BAJO LOS ENSAYOS 1 Y 2. (Flujo del proceso 7.2 L/h, intensidad de corriente de 4, 8 y 16 A; ánodo de Fe y Al; reactor de 10 celdas)


QUÍMICOS

INTENSIDAD DE CORRIENTE ÓPTIMA (A)

Máxima Remoción (%)

Tiempo del Proceso (min)

Ánodo de Fe

Ánodo de Al

Con ánodo de Fe

Con ánodo de Al

Con ánodo de Fe

Con ánodo de Al

DQO 11,5 9 85,3 90 15 60 Calcio 13 16 86,8 44 60 60 Magnesio 10 9,5 100 80,1 60 60 Turbidez 11 9 100 95 30 30 Color Real 5 9,5 100 90 15 60 Sulfatos 12 10 100 65 45 60 Fosfatos 11 8 100 96 60 60 Sólidos Totales 16 8,5 65 20 100 60 Sólidos Disueltos 16 8 70 81 45 60 Detergentes 11 11 91,8 90,5 45 30


De los resultados expuestos en el cuadro 5-4 se deduce lo siguiente:

• El valor óptimo de la intensidad de corriente necesaria para la remoción de

un contaminante de las aguas contaminadas de la industria textil depende

del tipo de ánodo que se utilice y de la especie química existente como

contaminante. En forma general, la intensidad de corriente óptima de la

celda electroquímica varía entre 4 A y 12 A. Un valor promedio de

intensidad de corriente de 8 A se tomará como constante para continuar el

estudio de la influencia de la variación del caudal del influente del reactor

de electrocoagulación.

• El reactor de electrocoagulación con celdas electroquímicas donde el

ánodo es hierro produce una mayor remoción del contaminante presente

99

en el agua residual de la industria textil para la mayor parte de

contaminantes, tales como: calcio, magnesio, eliminación de colorantes

(color), sulfatos, fosfatos, sólidos totales y detergentes.

• En general, el tiempo del proceso de descontaminación de las aguas de la

industria textil para la obtención de la remoción máxima de sus

contaminantes depende de la intensidad de corriente de la celda

electroquímica, del tipo de ánodo utilizado y de la clase de contaminante

presente en la solución.

b) Análisis de la variable tiempo de residencia del agua contaminada de la

industria textil, en el reactor de electrocoagulación de acuerdo a los

ensayos E1 y E2.

Los porcentajes de remoción de DQO, calcio, magnesio, turbidez, color real,

sulfatos, fosfatos, sólidos totales, sólidos disueltos y detergentes, en función del

tiempo de permanencia en el reactor de electrocoagulación durante el tratamiento

del agua contaminada de la industria textil, se presentan en los gráficos 5.41 a

5.50

GRÁFICO 5-41: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE DQO DEL AG UA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

100

GRÁFICO 5-42: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE COLOR DEL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROC ESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-43: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE FOSFATOS D EL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL P ROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

55 min; 97.3%

70 min; 86% 82 min; 93%

101

GRÁFICO 5-44: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DI SUELTOS DEL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIE MPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A ; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-45: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS TO TALES DEL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A ; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

55 min; 41.8%

102

GRÁFICO 5-46: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE DETERGENTE S DEL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A ; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-47: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE CALCIO DEL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROC ESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

70 min; 90%

55 min; 50%

65 min; 16.7%

103

GRÁFICO 5-48: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE MAGNESIO D EL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL P ROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-49: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE TURBIDEZ D EL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROC ESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor de 10 celdas)

55 min; 100%

55 min; 95.7%

104

GRÁFICO 5-50: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE SULFATOS D EL AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL P ROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL ENSAYO 1 Y 2 (flujo del proceso de 7.2 L/h, intensidad de corriente de 8 A; ánodo Fe y Al, reactor 10 celdas)

Del análisis de los gráficos 5-41 a 5-50 se concluye lo siguiente:

• En general, las formas de las curvas de remoción por electrocoagulación

para DQO, color, fosfatos, sólidos totales, detergentes, calcio, magnesio,

turbidez y sulfatos presentes en las aguas de la industria textil tienen una

tendencia asintótica con respecto al tiempo del proceso cuando se utiliza

ánodo de hierro y cuando se utiliza ánodo de aluminio. Las curvas de

remoción para fosfatos, sólidos totales, detergentes, calcio, magnesio,

turbidez y sulfatos también tienen una tendencia asintótica con respecto al

tiempo del proceso de electrocoagulación.

• Las formas de las curvas de remoción por electrocoagulación para DQO y

color con ánodo de aluminio y sólidos disueltos con ánodo de hierro y

aluminio tienen una tendencia lineal con respecto al tiempo del proceso de


En base a los resultados obtenidos de los porcentajes de remoción de

contaminantes en función del tiempo del proceso de electrocoagulación, con

ánodo de hierro y aluminio, expuestos en los gráficos 5-41 a 5-50, se desarrolla el

55 min; 96.7%

105

cuadro 5-5, donde se expone los tiempos del proceso de descontaminación por

electrocoagulación necesarios para obtener valores de remoción asintóticos,

utilizando ánodos de hierro y aluminio.

CUADRO 5-5: TIEMPOS DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACI ÓN NECESARIOS PARA LA OBTENCIÓN DE PORCENTAJES DE REMO CIÓN ASINTÓTICOS DE LOS CONTAMINANTES PRESENTES EN LAS A GUAS DE LA INDUSTRIA TEXTIL, BAJO LOS ENSAYOS 1 Y 2. (FLUJO DEL PROCESO 7.2 L/h, INTENSIDAD DE CORRIENTE DE 8 A; ÁNODO DE F e Y Al; REACTOR DE 10 CELDAS).

CONTAMINANTE

PORCENTAJES Y TIEMPOS DE REMOCIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN

Ánodo de Hierro Ánodo de Aluminio

Remoción asintótica (%)

Tiempo proceso de electrocoagulación

(min)

Remoción asintótica

(%)

Tiempo proceso de electrocoagulación

(min)

DQO 72 70 - -

Calcio 50 55 16,7 65

Magnesio 100 55 50 65

Turbidez 95,7 55 97 55

Color Real 97,3 55 - -

Sulfatos 96,7 55 41,3 55

Fosfatos 86 70 93 82

Sólidos Totales 41,8 55 17,2 55

Detergentes 90 70 85 70


De los datos expuestos en el cuadro 5-5 se concluye lo siguiente:

• El tiempo del proceso de electrocoagulación para llegar a valores de

remoción asintóticos de los contaminantes cuando se utiliza ánodo de

hierro a 8A es 55 minutos con un flujo de 7,2 L/h en el reactor de 10 celdas

electroquímicas, excepto para la remoción de DQO, fosfatos y detergentes

que es necesario 70 minutos del proceso.

• De los gráficos presentados y de las conclusiones anteriores se deduce

que el electrodo de sacrificio que presenta los mejores valores de remoción

corresponde al ánodo de hierro. Por lo tanto, los análisis siguientes se

realizarán con ánodo de hierro como electrodo de sacrificio a una

intensidad de corriente de ocho amperios (8 A), incrementando el caudal a

tratarse como variable de estudio.

106

5.2.3 INFLUENCIA DEL FLUJO DE ALIMENTACIÓN AL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN DE 10 CELDAS ELECTROQUÍMICAS CON ÁNODO DE HIERRO A 8 AMPERIOS Y A DIFERENTES TIEMPOS DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, EN LA REMOCIÓN DE LO S CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEX TIL. (ENSAYO E3). Los flujos de alimentación al reactor de electrocoagulación que se establecieron fueron 18 L/h, 36 L/h y 72 L/h.




gráficos 5.51 a 5.60 y en las tablas del Anexo 8.


-2], oxígeno disuelto, pH y conductividad durante el



GRÁFICO 5-51: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DQO DEL AGU A CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

107

GRÁFICO 5-52: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE COLOR DEL A GUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-53: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DIS UELTOS DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corrien te media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

108

GRÁFICO 5-54: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS TOT ALES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corrien te media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-55: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DETERGENTES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL E NSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensida d de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

109

GRÁFICO 5-56: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE CALCIO DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-57: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE MAGNESIO DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

110

GRÁFICO 5-58: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SULFATOS DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-59: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE FOSFATOS DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

111

GRÁFICO 5-60: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE TURBIDEZ DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)


INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, rea ctor de 10 celdas)

112


INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente óptima de 8 A; ánodo Fe, re actor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-63: VARIACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO DEL AGU A CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

113

GRÁFICO 5-64: VARIACIÓN DE pH DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, rea ctor de 10 celdas)

GRÁFICO 5-65: VARIACIÓN DE CONDUCTIVIDAD DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 3 (flujos del proceso de 18, 36 y 72 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 10 celdas)

114


• La remoción de DQO para un caudal de 18 L/h y 36 L/h presenta valores

similares, alcanzando un valor de 77% aproximadamente a los 45

minutos de tratamiento. Para un caudal de 72 L/h, los porcentajes de

remoción tienen una tendencia decreciente a los obtenidos a 18 y 36 L/h.

El valor de remoción de DQO más alto obtenido a 72 L/h es 57% a los 60

minutos de proceso.

• Los resultados de la remoción de los diferentes contaminantes presentes

en el agua contaminada de la industria textil disminuyen con el

incremento del caudal de alimentación al reactor de electrocoagulación.

Para el caso de los valores de remoción de DQO, sólidos disueltos,

calcio, magnesio, sulfatos, fosfatos y turbidez, el rango de disminución es

relevante y oscila entre el 26% al 45%, aproximadamente.

• Los porcentajes de remoción de detergentes prácticamente no son

influenciados con el aumento del caudal del afluente al reactor de


• El incremento del caudal del agua contaminada de la industria textil tiene

poca influencia en la disminución del porcentaje de remoción de color y

de los sólidos totales, oscila entre el 4% al 8% aproximadamente.

• El incremento del oxígeno disuelto es muy relevante con el aumento del

caudal de alimentación, desde un valor de 0,5 mg/L a 7 mg/L

aproximadamente, lo cual significa una descontaminación rápida por

efecto del proceso de electrocoagulación.

En base a los resultados mencionados y con el propósito de incrementar los

valores de remoción de los contaminantes presentes en el agua contaminada de

la industria textil se consideró necesario aumentar el número de celdas y el caudal

para la siguiente serie de ensayos.

115

5.2.4 INFLUENCIA DEL FLUJO DE ALIMENTACIÓN AL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN DE 20 CELDAS ELECTROQUÍMICAS CON ÁNODO DE HIERRO A 8 AMPERIOS Y A DIFERENTES TIEMPOS DEL PROCESO DE REMOCIÓN DE LOS CONTAMINANTES DEL AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA TEXTIL. (ENSAYO E4). Los flujos de alimentación al reactor de electrocoagulación que se establecieron fueron 144 L/h, 216 L/h y 288 L/h.









GRÁFICO 5-66: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DQO DEL AGU A CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

116

GRÁFICO 5-67: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE COLOR DEL A GUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

GRÁFICO 5-68: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DIS UELTOS DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corrie nte media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

Reactor de 20 celdas

117

GRÁFICO 5-69: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS TOT ALES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corrie nte media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

GRÁFICO 5-70: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DETERGENTES DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECT O AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, BAJO EL E NSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensid ad de corriente media de 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

118

GRÁFICO 5-71: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE CALCIO DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

GRÁFICO 5-72: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE MAGNESIO DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)



119

GRÁFICO 5-73: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SULFATOS DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

GRÁFICO 5-74: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE FOSFATOS DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)



120

GRÁFICO 5-75: PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE TURBIDEZ DE L AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor 20 celdas)


INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe , reactor 20 celdas)


121


INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe , reactor de 20 celdas)

GRÁFICO 5-78: VARIACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO DEL AGU A CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos de l proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

122

GRÁFICO 5-79: VARIACIÓN DEL pH DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELCTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media de 8 A; ánodo Fe , reactor de 20 celdas)

GRÁFICO 5-80: VARIACIÓN DE CONDUCTIVIDAD DEL AGUA CONTAMINADA DE LA INDUSTRIA TEXTIL CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN, ENSAYO 4 (flujos del proceso de 144, 216 y 288 L/h, intensidad de corriente media d e 8 A; ánodo Fe, reactor de 20 celdas)

123


• La forma de las curvas de remoción de los contaminantes presentes en el

agua de la industria textil son similares a las obtenidas en el ensayo 3

donde ya se incrementó el caudal al reactor de 10 celdas hasta 72 L/h.

• El aumento del número de celdas del reactor de electrocoagulación de 10

celdas a 20 celdas con ánodo de hierro permite aumentar el caudal de

alimentación al reactor de electrocoagulación hasta 216 L/h manteniendo

un amperaje de la celda electroquímica en ocho amperios. Bajo estas

condiciones, los rendimientos de la remoción de contaminantes del agua

residual de la industria textil tienden a ser semejantes a los obtenidos con

el reactor de 10 celdas a un flujo de 36 L/h. Un caudal de 288 L/h con el

reactor de 20 celdas disminuye los porcentajes de remoción de los

diferentes contaminantes del agua de la industria textil, en todos los casos.

• La remoción de DQO para un caudal de 144 y 216 L/h con el reactor de 20

celdas presenta valores superiores al 90% a los 30 minutos de tratamiento.

Sin embargo, para un caudal de 288 L/h, el porcentaje de remoción de

DQO alcanza valores de tan sólo el 20% aproximadamente a un tiempo de

operación del reactor de 60 minutos.

• La remoción de colorantes (color) alcanza un valor máximo cercano al 70%

para un caudal de 144 L/h a 60 minutos de tratamiento y un valor cercano

al 90% para el caudal de 216 L/h a los 15 minutos de tratamiento. Para un

caudal de 288 L/h, la remoción alcanza un valor de 20% a los 60 minutos

de tratamiento.

• La remoción de sólidos disueltos con un caudal de 144 y 216 L/h alcanza

valores bajos cercanos al 20%. Para el caudal de 288 L/h, la remoción

disminuye a valores inferiores al 10%. Un comportamiento similar se

observó para los sulfatos, fosfatos, calcio, magnesio, sólidos totales y

turbidez.

• La remoción de detergentes para un caudal de 144 y 216 L/h presenta

valores superiores al 60% con el reactor de 20 celdas.

124

Considerando el análisis de los resultados realizados en los Ensayos E1, E2, E3 y

E4 de este capítulo, la información obtenida de la Empresa Prolatex y el

cumplimiento de la legislación ambiental vigente instaurada en la Ordenanza 213

establecida por la autoridad ambiental del Distrito Metropolitano de Quito que se

presenta en el Anexo 13; se establece los valores de los parámetros de operación

que se consideran óptimos para el tratamiento de aguas residuales de la industria

textil Prolatex, utilizando el proceso de electrocoagulación. Dichos valores se

exponen en el cuadro 5-6. Además, el resumen de los parámetros de remoción

de contaminantes en las condiciones óptimas de operación del reactor de

electrocoagulación de 20 celdas electroquímicas se presenta en el cuadro 5-7.

CUADRO 5-6: PARÁMETROS ÓPTIMOS DE OPERACIÓN DEL REA CTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN DE 20 CELDAS ELECTROQUÍMICAS PAR A EL PROCESO DE DESCONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS CONTAMINAD AS DE LA INDUSTRIA TEXTIL PROLATEX.

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

VALOR / CONDICIÓN ÓPTIMA

Intensidad de corriente 8 A

Caudal de tratamiento 216 L/h

Tiempo del proceso en el

reactor a caudal de 216 L/h 60 minutos

Número de celdas 20 celdas

Área de la celda 0,015 m2

Densidad de corriente 552 A/m2

Tipo de ánodo Ánodo de hierro


125

CUADRO 5-7: PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTE S EN LAS MEJORES CONDICIONES TÉCNICAS.


QUÍMICOS

REMOCIÓN MÁXIMA

(%)

CONDICIÓN TÉCNICA

Intensidad

de la celda

electroquímica

(A)

Q (L/h) t (min) ánodo # Celdas

electroquímicas

DQO 94,95 8 216 45 hierro 20

Calcio 20 8 216 30 hierro 20

Magnesio 36 8 216 60 hierro 20

Turbidez 38,3 8 216 60 hierro 20

Color Real 73,1 8 216 60 hierro 20

Sulfatos 60 8 216 60 hierro 20

Fosfatos 50,72 8 216 60 hierro 20

Sólidos Totales 63,56 8 216 60 hierro 20

Sólidos Disueltos

19,33 8 216 60 hierro 20

Detergentes 73,71 8 216 45 hierro 20


126

CAPÍTULO 6

6. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE

ELECTROCOAGULACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE

AGUAS DE LA INDUSTRIA TEXTIL

6.1 DIMENSIONAMIENTO

Con el fin de presentar el dimensionamiento del proceso de electrocoagulación,

para el tratamiento de aguas residuales de la industria textil PROLATEX se realizó

un estudio de las variables del proceso de electrocoagulación detallados en el

Capítulo 5.

Se analizó los resultados obtenidos con el fin de determinar los valores óptimos

de los parámetros de operación del reactor de electrocoagulación que permitió el

dimensionamiento del proceso de electrocoagulación para el tratamiento del agua

residual de la industria textil.

Para el funcionamiento integral del sistema de electrocoagulación se ha

contemplado el dimensionamiento de las siguientes unidades: tanque de

homogenización, reactor de electrocoagulación, filtro de arena y lecho de secado.

El diagrama de flujo del proceso de electrocoagulación y las unidades

complementarias al proceso se presenta en el gráfico 6-1.

127

GRÁFICO 6-1: DIAGRAMA DE UNIDADES PARA LA DESCONTAM INACIÓN DE AGUAS DE LA INDUSTRIA TEXTIL POR ELECTROCOAGULAC IÓN


128

6.1.1 TANQUE DE HOMOGENIZACIÓN (31)

La determinación del caudal del agua residual a tratar es fundamental para el

diseño de las diferentes instalaciones que tendrá una planta de tratamiento.

Dado que los caudales de aguas residuales generadas en la industria textil no

son constantes, la homogenización del caudal es una alternativa que se utiliza

con el fin de superar los problemas de la variación de las descargas con distintas

concentraciones de contaminantes. La homogenización consiste en amortiguar

las variaciones de caudal con el propósito de obtener un caudal constante de

alimentación al reactor.

Por lo anteriormente descrito se ha contemplado acoplar un tanque de

homogenización, para lo cual se ha considerado la siguiente información:

CUADRO 6-1: DATOS DE CAUDAL FACTURADO POR LA EMPRES A PROLATEX

Nº MES MES AÑO CAUDAL

FACTURADO (m3/mes)

1 Noviembre 2010 52 2 Diciembre 2010 104 3 Enero 2011 100 4 Febrero 2011 101 5 Marzo 2011 116 6 Abril 2011 124 7 Mayo 2011 125 8 Junio 2011 141 9 Julio 2011 115

10 Agosto 2011 83 11 Septiembre 2011 105 12 Octubre 2011 83 13 Noviembre 2011 93 14 Diciembre 2011 98


Con la información expuesta en el cuadro 6-1, se procede a graficar la variación

del caudal mensual expuesto en el gráfico 6-2.

129

GRÁFICO 6-2: VARIACIÓN DEL CAUDAL MENSUAL RESPECTO AL CAUDAL MEDIO


De los datos expuestos en el gráfico 6-2, el caudal medio mensual es de 103

m3/mes.

Como se observa en el gráfico 6-2, el caudal pico presenta un valor de 141

m3/mes, que corresponde a 0,88 m3/h debido a que la empresa opera 20 días al

mes con una jornada de trabajo de 8 horas.

El sistema de electrocoagulación será diseñado para tratar el caudal pico (0,88

m3/h). Actualmente, la empresa descarga un caudal medio de 0,64 m3/h. El

volumen correspondiente a este caudal medio se almacenará en el tanque de

homogenización durante las dos primeras horas de operación de la planta a fin de

completar un volumen igual o cercano al volumen que puede tratar el sistema de


La frecuencia de operación del reactor de electrocoagulación se determina

mediante la diferencia entre el volumen medio descargado por la planta y el

volumen a tratarse por el sistema de electrocoagulación, esta información se

presenta en el cuadro 6-2.

130

CUADRO 6-2: FRECUENCIA DE OPERACIÓN DEL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN CONSIDERANDO EL VOLUMEN MEDIO DESCARGADO POR LA PLANTA Y EL VOLUMEN A TRATARSE PO R EL SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN.

Tiempo de operación

de la planta (h)

Volumen medio

descargado de la planta

(m³)

Volumen a tratarse por el sistema de

electrocoagulación (m³)

Volumen sin tratar

(m³)

Frecuencia de operación del reactor de electrocoagulación

1 0,64 0 0,64 Reactor no opera

2 1,28 0,88 0,4 Inicio de operación del

reactor

3 1,04 0,88 0,16 Continúa la operación

del reactor

4 0,8 0,88 0 Reactor no opera al final

de las cuatro horas 5 0,64 0 0,64 Reactor no opera

6 1,28 0,88 0,4 Inicio de operación del

reactor

7 1,04 0,88 0,16 Continúa la operación

del reactor

8 0,8 0,88 0 Reactor no opera al final

de las ocho horas


Considerando la información obtenida en el cuadro 6-2 se observa que a la

segunda hora de operación de la planta se descarga el máximo volumen de agua

contaminada. Por lo tanto, el reactor de electrocoagulación iniciará el proceso de

descontaminación a la segunda hora de operación de la planta y el reactor dejará

de operar al término de la cuarta hora, quedando un tiempo de una hora de paro

del reactor que puede ser utilizada para el mantenimiento del mismo en caso de

ser necesario. El reactor de electrocoagulación iniciará nuevamente su ciclo de

operación a la sexta hora.

Observando los datos del cuadro 6-2, se concluye que el máximo volumen de

agua contaminada descargado por la planta es de 1,28 m3. Por lo cual, el tanque

de homogenización deberá tener un volumen igual al descargado por la planta en

la segunda hora de operación más un factor de seguridad del 50%.

El volumen del tanque de homogenización será de:

131

Se considera un tanque comercial de polietileno de alta densidad b de 2 m3 para

almacenar el agua descargada.

6.1.2 DIMENSIONAMIENTO DEL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN

El dimensionamiento del reactor de electrocoagulación se realizó partiendo de las

siguientes consideraciones:

1. Los ensayos realizados con los reactores de 10 y 20 celdas

2. Caudal pico de descarga de la empresa de 882 L/h

3. Tipo de reactor: flujo pistón

6.1.2.1 Cálculo del volumen del reactor de tipo flujo pistón (37), (38), (39)

Mediante los resultados obtenidos en el capítulo 5 se determinó el orden de la

reacción y la constante de velocidad del proceso de coagulación, como se indica

a continuación:

• Se utilizó los resultados de los ensayos E3 (18 L/h, 36 L/h, 72 L/h) y

E4 (144 L/h, 216 L/h) referente al DQO para realizar la representación

gráfica siguiente: C vs t (reacción de orden cero), -ln(C/Co) vs t

(reacción de orden uno) y 1/C vs t (reacción de orden dos).

• De la representación gráfica mencionada se obtuvo el coeficiente de

regresión (R2) y se determinó el orden de la reacción considerando el

valor más cercano a uno del R2.

• Se comprobó el orden de la reacción utilizando el método diferencial en

base a los resultados obtenidos.

• Una vez definido el orden de la reacción, se procedió a obtener el valor

de la constante de la velocidad de reacción (k).

• Finalmente, obtenido el orden de la reacción y el valor de la constante

de la velocidad de reacción (k), se calcula el volumen del reactor.

Un ejemplo de cálculo del orden de la reacción del proceso de electrocoagulación,

mediante el procedimiento mencionado anteriormente, utilizando los valores de

DQO del Ensayo 4, se expone en el cuadro 6-3.

b Los tanques de polietileno de alta densidad son resistentes a temperaturas hasta 100 oC

132

CUADRO 6-3: RESULTADO DEL CÁLCULO DEL ORDEN DE LA R EACCIÓN DEL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN.

DATOS DE DQO DEL ENSAYO 4 – CAUDAL 216 L/h

DQO mgO2/L 910 210 98 46 49

t h 0 0,25 0,5 0,75 1

Datos para la representación gráfica

n=0 Ct 910 210 98 46 49

n=1 - (ln Cf/Co) 0 1,46 2,22 2,98 2,92

n=2 1/Ct 0.001 0,004 0,01 0,02 0,02

(Co, DQO inicial; Cf, DQO final y Ct, DQO al tiempo t)


La representación gráfica de acuerdo a los órdenes de reacción se presenta en

los gráficos 6-3, 6-4 y 6-5:

GRÁFICO 6-3: REACCIÓN DE ORDEN CERO

133

GRÁFICO 6-4: REACCIÓN DE PRIMER ORDEN

GRÁFICO 6-5: REACCIÓN DE SEGUNDO ORDEN

Observando los gráficos 6-3,6-4, 6-5 y considerando el valor más cercano a 1 del

coeficiente de regresión (R2), se concluye que la reacción es de orden n=2.

134

Comprobación del orden de la reacción

El orden de la reacción del proceso de electrocoagulación obtenido por medio del

valor más alto del coeficiente de regresión lineal en el ejemplo anterior se

comprueba por medio del método diferencial utilizando la ecuación siguiente

(Crites, Techobanoglous, 2000):

(6.1)

Donde:

C1; DQO al tiempo t-1

C2; DQO al tiempo t+1

Utilizando los datos del cuadro 6-3 se genera el cuadro 6-4, previo a la aplicación

de la ecuación 6.1.

CUADRO 6-4: DATOS PARA LA COMPROBACIÓN DEL ORDEN DE LA REACCIÓN UTILIZANDO EL MÉTODO DIFERENCIAL.

DATOS DE DQO DEL ENSAYO 4 – CAUDAL 216 L/h

Tiempo (h)

Concentración de DQO mgO2/L ([Ct+1] - [Ct-1])/2 d[Ct]/d[t] d[Ct]/d[t]

0 910

0,25 210 (98-910)/2 -406

0,5 98 (46-210)/2 -82

0,75 46

1 49


Reemplazando los valores del cuadro 6-4 en la ecuación 6.1 se tiene:

En el ejemplo de cálculo desarrollado, el orden de la reacción se obtiene tomando

el valor más alto del coeficiente de regresión lineal. El mayor valor de la regresión

lineal corresponde a 0,91 obtenido en la representación gráfica de una reacción

135

de segundo orden (1/C vs t) expuesto en el gráfico 6.5, deduciendo que el orden

de la reacción es igual a 2. Este orden de la reacción se comprueba aplicando el

método diferencial a través de la ecuación 6.1, obteniendo un orden de la

reacción n=2 calculado anteriormente. Por lo tanto, el orden de la reacción del

proceso de electrocoagulación es de segundo orden para el ejemplo propuesto.

Con el fin de confirmar el orden de la reacción del proceso de electrocoagulación,

se aplica el procedimiento descrito en el ejemplo a los resultados de DQO de los

ensayos E3 y E4. Sus representaciones gráficas y cálculos del orden de la

reacción se presentan en el Anexo 14.

En el cuadro 6-5 se resume los valores del orden de la reacción obtenidos con el

mayor valor del coeficiente de regresión lineal.

CUADRO 6-5: VALORES DEL ORDEN DE LA REACCIÓN ENCONT RADOS EN LOS ENSAYOS E3 Y E4 UTILIZANDO LA REPRESENTACIÓN GR ÁFICA Y EL MÉTODO DIFERENCIAL.

Ensayos Caudal (L/h)

Representación gráfica Método

diferencial n R2

E3

18 2 0,98 2,4

36 2 0,99 2,2

72 2 0,96 2,3

E4 144 2 0,96 1,7

216 2 0,91 2


De los resultados presentados en el cuadro 6-5, se observa que el orden de la

reacción para los ensayos E3 (18 L/h, 36 L/h, 72 L/h) y E4 (144 L/h, 216 L/h)

referente al DQO es de n= 2 en promedio. En conclusión, la reacción del proceso

de electrocoagulación es de segundo orden.

Por otro lado, el valor de la constante de la reacción de segundo orden (k) se

determina mediante las pendientes de las rectas representadas en los gráficos

1/C vs t que se exponen en el Anexo 14 para los ensayos E3 y E4.

En el cuadro 6-6, se resume los valores de la constante de velocidad de la

reacción de segundo orden para los ensayos E3 y E4.

136

CUADRO 6-6: VALORES DE LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN (k) PARA LOS ENSAYOS E3 Y E4 CON ÓRDEN DE REACCIÓN 2.

Ensayos Caudal (L/h) Orden de la reacción (n)

Constante de velocidad de la reacción de 2do orden k

L/(mg)h

E3

18 2 0,008

36 2 0,005

72 2 0,004

E4 144 2 0,05

216 2 0,02


De acuerdo a los valores de la constante de velocidad de la reacción de segundo

orden (k) presentados en el cuadro 6-6, se observa que el valor de k varía en un

rango de 0,004 a 0,05 L/(mg)h.

Al calcular el valor promedio de la velocidad de la reacción con los valores

presentados en el cuadro 6-6, se obtiene un valor de 0,0174 L/(mg)h. Este valor

calculado se aproxima al valor práctico k= 0,02 L/(mg)h obtenido

experimentalmente para el ensayo óptimo del proceso de coagulación (E4),

cuando el caudal es de 216 L/h. En conclusión, el valor de la constante de la

velocidad de la reacción de segundo orden para el proceso de electrocoagulación

es de 0,02 L/(mg) h.

Finalmente, se calcula el volumen del reactor con la siguiente información:

• Qpico de descarga= 882 L/h

• k= 0,02 L/(mg)h

• Para la demanda química de oxígeno inicial se tomará el valor máximo

de la muestra sin tratar encontrado en los ensayos E3 y E4. Por lo

tanto, el valor de la demanda química de oxígeno inicial será de 1200

mgO2/L.

• Para la demanda química de oxígeno final se tomará el valor promedio

después del proceso de descontaminación de los efluentes de la

industria textil por electrocoagulación encontrado en los ensayos E3 y

137

E4. Por lo tanto, el valor de la demanda química de oxígeno final será

de 130 mgO2/L.

Con los datos anteriormente mencionados, se calculó el volumen del reactor

utilizando la ecuación para un reactor de tipo flujo pistón para una reacción de

segundo orden, ósea (Levenspiel O. 1996):

(6.2)

Donde:

V: volumen del reactor de electrocoagulación (L)

Q: caudal de alimentación al reactor (L/h)

k: constante de velocidad de reacción en el reactor de electrocoagulación L/(mg) h

Cf: concentración final de la demanda química de oxígeno (mgO2/L)

Co: concentración inicial de la demanda química de oxígeno (mgO2/L)

Reemplazando los valores en la ecuación 6.2 se tiene:

Para el cálculo del volumen del reactor de electrocoagulación se consideró un

factor de seguridad del 50%.

El volumen del reactor de electrocoagulación será de:

138

6.1.2.2 Dimensionamiento de los electrodos y del reactor de electrocoagulación.

Las dimensiones de los electrodos del reactor de electrocoagulación se calcularon

mediante iteraciones con la condición que sus dimensiones deberán mantener el

valor de la densidad de corriente presentado en el cuadro 5-6 del capítulo 5 que

es de 552 A/m2.

En el gráfico 6-6, se presenta un esquema de los electrodos

GRÁFICO 6-6: ESQUEMA DE LOS ELECTRODOS DEL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN


A continuación, se presentan las ecuaciones para el cálculo de las dimensiones

de los electrodos y del reactor de electrocoagulación:

• (6.3)

• (6.4)

• (6.5)

• (6.6)

139

Donde:

D: Densidad de corriente (A/m2)

I: Intensidad (A)

A: Área útil (m2)

g: Relación entre altura del reactor (Ht) y altura útil del electrodo (Hu) obtenida a

partir de los ensayos experimentales.

V: Volumen del reactor (m3)

L: Longitud del reactor (m)

El procedimiento para determinar las dimensiones de los electrodos y del reactor

de electrocoagulación se detalla a continuación:

• Con la ecuación 6.3 y la ecuación 6.4 se obtiene una expresión donde

el ancho útil del electrodo está en función de la densidad de corriente, la

intensidad y la altura útil del electrodo, así:

De la ecuación 6.3, se despeja A:

La expresión anterior se iguala con la ecuación 6.4. para obtener:

De la expresión anterior, se despeja Au (ancho útil del electrodo):

• En la expresión anterior, se supone un valor para la altura útil del

electrodo (Hu) y se calcula el valor del ancho útil del electrodo (Au). Se

realizan las iteraciones con las dimensiones de los electrodos hasta que

la densidad de corriente sea igual a 552 A/m2.

140

• Se obtiene el valor de la relación de alturas “g”, utilizando la ecuación

6.5 que relaciona la altura del reactor con la altura útil del electrodo

utilizado en los ensayos experimentales.

• Utilizando el valor obtenido de la relación “g” se calcula la altura del

reactor de electrocoagulación.

• El ancho del reactor es aproximadamente igual al valor del ancho útil de

los electrodos.

• Finalmente, con las dimensiones de ancho, altura y volumen del reactor,

se calcula la longitud del mismo.

El procedimiento anterior se repite hasta encontrar las medidas adecuadas de los

electrodos y del reactor, considerando la densidad de corriente de 552 A/m2 como

parámetro de comparación.

En el cuadro 6-7, se muestra un ejemplo del proceso de iteraciones

CUADRO 6-7: PROCESO DE ITERACIONES

DIMENSIONES DE LOS ELECTRODOS

Densidad de Corriente 552 A/m2

Altura útil del electrodo (Hu) 0.4 m

Intensidad (I) 90 A

Ancho útil del electrodo (Au) 0.408 m

Área útil de los electrodos(A) 0.16 m2

DIMENSIONES DEL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN

Volumen del reactor de electrocoagulación 0.45 m3

g 1.65

Longitud del reactor (L) 1.66 m

Ancho del reactor (B) 0.41 m

Altura del reactor (H) 0.66 m


SIGNIFICADO DE COLORES

Dimensiones obtenidas del reactor de electrocoagulación

Resultados en base de cálculos

Datos de entrada

Condición que debe cumplir

141

Las dimensiones óptimas de los electrodos siguiendo el procedimiento

mencionado anteriormente se presentan en el cuadro 6-8.

CUADRO 6-8: DIMENSIONES DE LOS ELECTRODOS

DIMENSIONES DE LOS ELECTRODOS

Ancho útil (Au) 0.41 m

Altura útil (Hu) 0.4 m

Área útil de los electrodos (A) 0.16 m2


Para encontrar las dimensiones del reactor de electrocoagulación se consideró el

siguiente procedimiento:

• Se calcula el valor de la relación “g”:

• Utilizando el valor de la altura útil del electrodo presentada en el cuadro

6-8 y el valor de “g” se encuentra la altura del reactor de la siguiente

manera:

• La dimensión del ancho del reactor de electrocoagulación debe ser igual

al ancho útil del electrodo, es decir, 0,41 m.

• Por último, se despeja, L, de la ecuación 6.6 para calcular la longitud del

reactor:

142

Reemplazando los valores en la ecuación se tiene:

Las dimensiones del reactor de electrocoagulación siguiendo el procedimiento

mencionado, se exponen en el cuadro 6-9.

CUADRO 6-9: DIMENSIONES DEL REACTOR DE ELECTROCOAGU LACIÓN

DIMENSIONES DEL REACTOR

Ancho 0,41 m

Altura 0,66 m

Largo 1,66 m


6.1.2.3 Cálculo del número de compartimentos.

El reactor de electrocoagulación está conformado por varios compartimentos y

cada uno de ellos de longitud “x” contiene: (Ver gráfico 6-7)

• electrodo de aluminio,

• electrodo de hierro,

• lámina de división de fondo de polimetacrilato de metilo

• electrodo de aluminio,

• electrodo de hierro y

• lámina de división

En el gráfico 6-7, se presenta la disposición de electrodos y láminas de división

del reactor de electrocoagulación, en cada uno de los compartimentos de longitud

“x”.

143

GRÁFICO 6-7: ESQUEMA DE LA DISPOSICIÓN DE LOS ELECT RODOS Y LAS LÁMINAS DE DIVISIÓN EN EL REACTOR DE ELECTROCOAGULA CIÓN


Conociendo la longitud del reactor y la longitud ocupada por un compartimento, se

calcula el número de compartimentos (Nc) del reactor de electrocoagulación de la

siguiente manera:

(6.7)

Donde:

L= Longitud del reactor: 1660 (mm)

Nc= número de compartimentos

a= distancia a la pared del reactor: 10 (mm)

ep= espesor de placas y láminas de polimetacrilato de metilo: 3 (mm)

sp= separación entre placas: 10 (mm)

Reemplazando los valores en la ecuación 6.7 se calcula el número de

compartimentos, así:

144

Con el número de compartimentos y considerando que los electrodos y las

láminas de separación se ordenan de forma intercalada, el número de placas que

tendrá el reactor de electrocoagulación será:

• Electrodos de Hierro: 42

• Electrodos de Aluminio: 42

• Lámina de división de fondo: 21

• Lámina de división alta: 21

El dimensionamiento del reactor de electrocoagulación se presenta en el Anexo

10.

6.1.3 FILTRO DE ARENA (40), (41)

Para calcular el área del filtro lento de arena se utiliza la ecuación siguiente:

(6.8)

Donde:

Q: caudal de diseño (0,882m3/h)

tf: tasa de filtración (m3/m2/h)

El rango de la tasa superficial de filtración para filtros de arena está entre 0,1

m3/m2/h a 0,4 m3/m2/h (CEPIS, 1978). Se escoge una tasa superficial de filtración

de 0,4 m3/m2/h.

Reemplazando los valores señalados del caudal de diseño y la tasa superficial de

filtración en la ecuación 6.8, se calcula el área del filtro, así:

145

Se dimensionará el filtro de arena de forma rectangular con una relación largo (L)

y ancho(a) de L= 2a. El cálculo del ancho y largo del filtro se detalla a

continuación:

(6.9)

Donde:

A: área del filtro (m2)

L: largo del filtro (m)

a: ancho del filtro (m)

Reemplazando la relación L=2a en la ecuación 6.9, se tiene:

, y

Considerando un factor de seguridad del 40% en las dimensiones del filtro, se tiene:

El tamaño de las partículas de arena que se colocara en el medio filtrante se

determina en base al tamaño de los flóculos presentes en el agua después del

proceso de descontaminación por electrocoagulación. En el gráfico 6-8 se

presenta algunos ejemplos visuales y su equivalencia al tamaño de los flóculos

según el Índice de Willcomb.

146

GRÁFICO 6-8: EJEMPLOS VISUALES Y SU EQUIVALENCIA AL TAMAÑO DE LOS FLÓCULOS SEGÚN EL ÍNDICE DE WILLCOMB.

Fuente: Arboleda, J., 2000

En base al Índice de Willcomb y a la determinación del tamaño de los flóculos por

comparación con los tamaños de los flóculos observados en los ensayos E1, E2,

E3 y E4 con los expuestos en el grafico 6-8, se concluye que los flóculos tienen

un tamaño aproximado a lo indicado en la muestra D, es decir, un diámetro de

1,0 -1,5mm. Se tomará un tamaño de partícula de 1mm.

Además, el lecho filtrante tendrá dos capas de arena que se detallan a

continuación:

• Una primera capa de arena de 0,2 m de altura con partículas de

tamaño de 1,0 mm que corresponde al tamaño de partículas que son

retenidas en el tamiz Nº 18 que tiene una abertura de 1,0 mm (Norma

ASTM E-11/95).

• Una segunda capa de arena de 0,2 m de altura con partículas de

tamaño aproximado de 2,0 mm que son retenidas en el tamiz Nº 10 que

tiene una abertura de 2,0 mm (Norma ASTM E-11/95).

El drenaje del lecho estará formado por una capa de grava de 0,1 m de altura con

un tamaño de partícula de 0,5 cm.

147

Finalmente, la altura de la capa de agua sobrenadante se calcula utilizando la

siguiente ecuación (Silva, M., 1999):

(6.10)

Donde:

: altura de agua sobrenadante (m)

tf: tasa superficial de filtración (0,4 m3/m2/h)

k: coeficiente de permeabilidad de la arena (0,51 m/h) c

L: espesor de la capa de arena (0,5m)

Reemplazando los valores en la ecuación 6.10, se tiene:

Por lo tanto, la altura del filtro de arena corresponde a la sumatoria de la altura de

agua sobrenadante, la altura del lecho filtrante y la altura de la capa de grava.

Además, se considera un factor de seguridad del 30%, obteniendo una altura del

filtro de arena de:

En el cuadro 6-10, se presenta en resumen el dimensionamiento del filtro de

arena.

c Coeficiente de permeabilidad de la arena: 0,1 m/h - 1,1 m/h (Huisman, Wood, 1974)

148

CUADRO 6-10: PARTES DEL FILTRO DE ARENA

PARTES DEL FILTRO DE

ARENA

ALTURA DE LA CAPA

(m) OBSERVACIONES

Capa de agua

sobrenadante 0,4

Lecho filtrante

(arena) 0,4

Altura de la primera capa: 0,2 m

Tamaño de partícula: 1,0 mm

Altura de la segunda capa: 0,2 m

Tamaño de partícula: 2,0 mm

Drenaje 0,1 Grava

Tamaño de partícula: 0,5 cm


La pérdida de carga inicial en la arena se calcula utilizando la siguiente ecuación

(Fair, Hatch,1978):

(6.11)

Donde:

Hf : pérdida de carga en la arena (cm)

f : coeficiente de Kozeny (5) d

L: altura de la capa de arena (cm)

: viscosidad cinemática del agua (1,054 cm2/s)

g: gravedad (981 cm/s2)

: velocidad de filtración (Q/A=0,01 cm/s)

Po: porosidad de la arena (0,355) (Huisman, Wood, 1974);

d Arboleda, J., 2000

149

porosidad de la grava(0,4)(Huisman, Wood, 1974)

Ce: coeficiente de esfericidad (0,3)

Dc: diámetro de las partículas

Reemplazando los valores anteriores en la ecuación 6.11, se obtiene que la

pérdida de carga en la primera capa es:

La pérdida de carga en la segunda capa es:

Finalmente, la pérdida de carga en la capa de grava es:

Por lo tanto, la pérdida de carga en el lecho filtrante es:

Para calcular el número de filtros de arena, se utiliza la siguiente ecuación (Silva,

M., 1999):

(6.12)

Donde:

n: número de filtros

Q: caudal de diseño (0,882m3/h)

150

Reemplazando el valor de caudal de diseño en la ecuación 6.12 se tiene:

Del resultado de la ecuación se concluye que se requiere un filtro de arena

El dimensionamiento del filtro de arena se presenta en el Anexo 11

6.1.4 LECHO DE SECADO DE LODOS (34), (35), (41)

Para dimensionar el lecho de secado de lodos, se considera el volumen de lodo

generado en los ensayos E3 y E4, resultado del proceso de descontaminación por

electrocoagulación de las aguas de la industria textil. Por ejemplo, en el ensayo

E3 a un caudal de 18 L/h se generó un volumen de 3 litros de lodos en un tiempo

de una hora. En el cuadro 6-11, se presenta los volúmenes de lodo producidos en

los ensayos E3 y E4.

CUADRO 6-11: PORCENTAJE EN VOLUMEN DE LODO GENERADO EN LOS ENSAYOS E3 Y E4.

ENSAYO CAUDAL (L/h)

VOLUMEN DE AGUA

TRATADA (L) EN UNA HORA

VOLUMEN DE LODO

GENERADO (L)

% EN VOLUMEN DE LODO

GENERADO

E3

18 18 3 16

36 36 5 14

72 72 12 17

E4

144 144 20 14

216 216 26 12

288 288 40 14


151

En los ensayos realizados se observó que, en promedio, el volumen de lodos

generados corresponde al 15% del volumen de agua tratada.

Por lo tanto, el volumen de lodo generado para un caudal de 0,882 m3/h en un

tiempo de operación de 6 horas diarias del reactor de electrocoagulación es:

Se dimensiona el lecho de secado con una altura para la capa de lodos de 0,35 m

(Arboleda, J., 2000), por lo tanto el área del lecho de secado es:

Se dimensiona el lecho de secado de forma cuadrada, obteniendo una longitud

del lecho de 1,5 m y un ancho de 1,5 m.

Además, se considera un factor de seguridad del 30%, obteniendo una longitud

del lecho de 2 m y ancho de 2 m, aproximadamente.

En el cuadro 6-12, se presenta la conformación del lecho de secado. Además, se

presenta el tamaño de partículas de la capa de arena y la capa de grava del lecho

de secado.

152

CUADRO 6-12: CONFORMACIÓN DEL LECHO DE SECADO

PARTES DEL LECHO DE SECADO

ALTURA DE LA CAPA (m) OBSERVACIONES

Lodos 0,35

Arena 0,25 Tamaño de partícula: 2

mm

Grava 0,25 Tamaño de partícula:

0,5 cm

Fuente: Arboleda, J., 2000


El dimensionamiento del lecho de secado se presenta en el Anexo 12

6.1.5 RECOLECCIÓN DE LODOS FLOTANTES

Los lodos generados en el reactor de electrocoagulación se recolectarán de forma

manual por un operario. La función del operario será recolectar y depositar los

lodos flotantes generados al lecho de secado.

153

6.2 ESTIMACIÓN ECONÓMICA DEL PROCESO DE ELECTRO-

COAGULACIÓN. (15)

La estimación económica del proceso de electrocoagulación se realiza en base a

costos de inversión y a costos operativos.

6.2.1 COSTOS DE INVERSIÓN

Los costos de inversión se obtienen sumando el costo del reactor y el costo

estimado de las unidades complementarias del proceso de electrocoagulación.

6.2.1.1 Costo del reactor de electrocoagulación

El costo del reactor se obtiene considerando el costo de los materiales que se

detallan a continuación:

• Costo de las planchas de polimetacrilato de metilo (cuerpo del reactor y

láminas de división).

• Costo de las planchas de hierro y aluminio (electrodos)

En el cuadro 6-13, se presenta el área ocupada por la estructura del reactor de

electrocoagulación y de las partes que lo conforman:

CUADRO 6-13: ÁREA DEL REACTOR DE ELECTROCOAGULACIÓN , ELECTRODOS Y PLACAS.

ÍTEM ÁREA (m 2)

Cuerpo del reactor 3,42

Lámina de división alta 4,56

Lámina de división de fondo

4,56

Electrodos de hierro 6,72

Electrodos de aluminio 6,72


154

El número de planchas de polimetacrilato de metilo para el cuerpo del reactor se

obtiene dividiendo el área del cuerpo del reactor (A=3,42 m2) para el área de la

plancha de polimetacrilato (Ap=1,2 x 2,4 = 2,88 m2), así:

6.13

Donde:

Np: número de placas

A: área del cuerpo de reactor (3,42 m2)

Ap: área de la plancha de polimetacrilato de metilo (2,88 m2)

Reemplazando los valores en la ecuación 6.13 se tiene:

De la forma descrita anteriormente, se calcula el número de planchas necesarias

para las láminas de polimetacrilato para las divisiones de las celdas y las

planchas necesarias para la construcción de los electrodos de aluminio y hierro de

cada celda. En el cuadro 6-14, se presenta el número de planchas y el costo de

las mismas.

CUADRO 6-14: COSTO DE LAS PLANCHAS DE HIERRO, ALUMI NIO Y POLIMETACRILATO

DESCRIPCIÓN CANTIDAD VALOR UNITARIO ($)

VALOR TOTAL ($) DISTRIBUIDORES

Planchas de polimetacrilato (1,2mx2,4m, espesor de 12mm)

2 420,25 840,50 ACRILUX

Planchas de polimetacrilato (1,2mx2,4m espesor de 3mm)

4 88,73 354,92 PROVEACRYL

Planchas de aluminio (1,2mx2,4m espesor de 3mm)

3 160,66 481,98 Guerrero Barreno Hugo

Planchas de hierro (1,2mx2,4m espesor de 3mm)

3 80,64 241,92 ACEROPAXI

TOTAL(C1) $1919,32


155

6.2.1.2 Costo de las unidades complementarias del proceso de electrocoagulación

El costo estimado de las unidades complementarias es: filtro de arena 277

dólares, lecho de secado 230 dólares y tanque de homogenización 241,17 dólares

según el catálogo de productos Novacero-2012. Por lo tanto, la inversión en las

unidades complementarias es:

Inversión unidades complementarias (C 2)= $ 748,17

6.2.1.3 Inversión total

La inversión total se obtiene mediante la sumatoria del costo del reactor de

electrocoagulación y el costo de las unidades complementarias del proceso de

electrocoagulación, así:

Inversión total = C 1 + C2

Inversión total = $1919,32 + $748,17 = $ 2667,49

6.2.2 COSTO DE OPERACIÓN

El costo de operación se realiza considerando el costo del consumo eléctrico y la mano

de obra.

6.2.2.1 Costo del consumo eléctrico

El consumo eléctrico del reactor de electrocoagulación se calcula utilizando la

siguiente ecuación (Reyes, D., Martínez, I., 2003):

(6.14)

Donde:

CE: Consumo eléctrico (kwh/m3)

V: voltaje (3,8V)

D: densidad de corriente (552 A/m2)

A: área útil del electrodo (0,16 m2)

Q: Caudal (0,882 m3/h)

156

Reemplazando los valores anteriores en la ecuación 6.14, se obtiene el consumo

eléctrico por metro cúbico de agua contaminada, así:

El costo del consumo eléctrico se calcula considerando el valor de la electricidad

($0,7/kwh incluyendo costos de facturación) en la zona donde se localiza la

empresa Prolatex, así:

El costo del consumo eléctrico mensual del reactor de electrocoagulación se

calcula considerando el caudal medio de descarga de las aguas servidas de 103

m3/mes, así:

6.2.2.2 Costo de mano de obra

En el costo de mano de obra se considera el salario de un operario encargado de

la operación y mantenimiento del sistema de electrocoagulación. En la actualidad,

el salario básico de un operario es aproximadamente 300 dólares/mes.

6.2.2.3 Costo total de operación

El costo total de operación se obtiene sumando el costo del consumo eléctrico y el

costo de mano de obra, así:

Costo total de operación=

157

6.3 TIEMPO DE USO DE LOS ELECTRODOS

El tiempo de uso estimado de los electrodos hierro utilizados en el reactor se

describe a continuación:

El número de electrodos de dimensiones de 0,145 0,165 m que se obtienen de

una plancha de hierro comercial (1,22 2,4 m), se calcula así:

124

Conociendo la densidad del hierro (7850 kg/m3), el área (0.0232 m2) y el espesor

(0.003m) de los electrodos, se calcula la masa de cada electrodo:

Asumiendo que el electrodo se utilizará hasta que tenga un espesor de 1mm, se

calcula la masa (m2) del mismo, así:

De la diferencia entre m1 y m2, se obtiene la cantidad de hierro liberado:

158

Utilizando la ecuación 1.1 del capítulo 1, se calcula el tiempo de uso del electrodo:

Donde:

m: masa depositada o liberada (g)

F: constante de Faraday, 1F= 96500 coulomb/mol*e-

Eg: Equivalente químico o equivalente gramo (g/mol)

I: Intensidad de corriente (A)

t: Tiempo (s)

Reemplazando los datos en la ecuación anterior se tiene:

Por lo tanto, el electrodo tendría un tiempo de uso de 43 horas. Sin embargo, es

necesario mencionar que la diferencia de masa entre los electrodos al inicio de los

ensayos y al finalizar los experimentos fue aproximadamente el 10%, lo que

demuestra que la ecuación sobreestima la cantidad de hierro liberado en el

proceso por efecto de la intensidad de corriente.

159

7. CAPÍTULO 7

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1 CONCLUSIONES

• Los análisis realizados de los ensayos E1 y E2 muestran que el reactor

de electrocoagulación con celdas electroquímicas con ánodo de hierro

presenta mayores porcentajes de remoción para la mayoría de

contaminantes. La remoción de los contaminantes alcanzó valores

superiores al 70% utilizando hierro como ánodo, a un amperaje de 8 A

para los parámetros: DQO, magnesio, turbidez, color, sulfatos, y

detergentes. Sin embargo, bajo las mismas condiciones de amperaje

se alcanzó porcentajes de remoción inferiores al 70% para los

parámetros: magnesio, calcio y sulfatos cuando se utilizó aluminio como

ánodo.

• De acuerdo a las condiciones técnicas del ensayo E3, el porcentaje de

remoción alcanza un valor de 77% para DQO a un caudal de 18 L/h y

36 L/h. Para un caudal de 72 L/h, los porcentajes de remoción tienen

una tendencia decreciente, el valor de remoción de DQO más alto

obtenido es 57%, por tal motivo se duplicó el número de celdas

electroquímicas para el ensayo E4.

• El aumento del número de celdas del reactor de electrocoagulación,

permitió incrementar el caudal de alimentación hasta 216 L/h

obteniendo porcentajes de remoción superiores al 70% para los

parámetros: DQO, color, detergentes. Siendo relevante el porcentaje

de remoción de DQO que alcanzo un valor del 95%.

160

• Se observó que bajo el procedimiento planteado en este estudio, el

caudal a tratar en el reactor depende directamente del número de

celdas.

• Para el presente estudio se estableció que el orden de la reacción para

del proceso de electrocoagulación es de segundo orden.

• El agua de la industria textil descontaminada mediante el proceso de

electrocoagulación a un caudal de 216 L/h cumple la norma de Calidad

Ambiental de descarga de efluentes: Recurso agua establecida en el

Libro VI, Anexo I del Texto Unificado de Legislación Ambiental

Secundaria (TULAS). En el ensayo al caudal mencionado el valor de

DQO fue 49 mg/L, siendo el límite máximo permisible de 500 mg/L.

Respecto a sulfatos el valor posterior al tratamiento fue de 30 mg/L y el

límite máximo permisible es 400 mg/L. La cantidad de sólidos totales

fue 0.05 mg/L respecto a un valor de 1600 mg/L que establece la

norma. Finalmente, el valor de pH después del proceso de

descontaminación fue de 8,4 estando por debajo del valor de 9 que

establece la norma como límite máximo permisible.

7.2 RECOMENDACIONES

• Controlar el caudal de entrada al reactor para evitar variaciones de flujo

que pueden afectar la efectividad del tratamiento.

• Verificar como influye el pH del agua a tratar en el efecto de la


• Profundizar en la caracterización de los lodos generados por


• Estudiar la influencia de las burbujas generadas debido a la formación

de gases y como favorecen los procesos de mezcla y dispersión de las

especies generadas en el proceso de electrocoagulación.

161

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164

ANEXOS

165

ANEXO Nº 1

DIAGRAMA DE FLUJO DE LOS PROCESOS DE LA

INDUSTRIA PROLATEX

167

ANEXO Nº 2

PRODUCTOS QUÍMICOS UTILIZADOS POR LA

INDUSTRIA PROLATEX

168

PRODUCTOS QUÍMICOS UTILIZADOS POR LA INDUSTRIA PROL ATEX

PRODUCTO QUÍMICO FUNCIÓN/PROCESO

Albatex LD Auxiliar textil

Albaflow Jet Auxiliar textil

Ablusoft NCS Suavizante

Novacron Naranja FNR Colorante

Novacron Amarillo FN2R Colorante

Diamer PX Lavado

Albafix Eco Fijador

Sapamina OC Suavizante

Univadina Auxiliar textil

Terasil Amarillo 2GC Colorante

Ultratex HT Suavizante

Cibaflow Jet Antiespumante

Cibatex RN Fijador

Invadina Detergente

169

ANEXO Nº 3

PROCEDIMIENTOS OPERACIONALES ESTABLECIDOS

POR EL LABORATORIO DE ANÁLISIS DE AGUAS Y

MICROBIOLOGÍA

197

ANEXO Nº 4

REGISTRO DE MUESTREO

198

ANEXO Nº 5

RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS

FÍSICO-QUÍMICOS CON RESPECTO AL TIEMPO DEL

PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN DEL AGUA DE

LA INDUSTRIA TEXTIL

199

ENSAYO 1

Condiciones técnicas Intensidad de corriente: 4 A V: 2.20 V

Ánodo: Hierro Caudal: 7 L/h

Parámetros Físico-Químicos Unidades Muestra

inicial 15 min 30 min 45 min 60 min

DQO mg/L 440 278 265 250 251

Color Real Pt-Co 1100 15.00 11 6 14

Sólidos Disueltos mg/L 0.25 0.23 0.22 0.21 0.21

Sólidos Totales mg/L 0.26 0.22 0.24 0.24 0.24

Detergentes mg/L 7.44 5.88 5.36 4.84 4.46

[Ca2+] mg/L 120 60 48 48 40

[Mg2+] mg/L 200 140 112 72 40

Turbidez mg/L 98 19 18 19 19

Sulfatos mg/L 30 25 19 14 14

Fosfatos mg/L 3.4 0.29 0.03 0.08 0.08

ENSAYO 1

Condiciones Técnicas Intensidad de Corriente: 4 A Ánodo: Hierro

V: 2.20 V Caudal: 7 L/h



[HCO31- ] mg/L 40 0.00 0 0 0

[CO32- ] mg/L 560 576 576 640 640

OD mg/L 0.6 3.30 3.2 3 2.5

pH 10.1 11.09 11.15 11.11 11.04

Conductividad mS/cm2 4.19 3.49 4.05 4.17 4.19

200

ENSAYO 1





DQO mg/L 440 65 89 117 130

Color Real Pt-Co 1100 30 23 10 22



Detergentes mg/L 7.44 1.3 0.62 0.66 0.62

[Ca2+] mg/L 80 60 60 60 48

[Mg2+] mg/L 240 0 0 0 0

Turbidez NTU 98 4.21 4.18 6.23 8.68

Sulfatos mg/L 30 1 1 1 1

Fosfatos mg/L 3.4 0.69 0.37 0.44 0.3

ENSAYO 1





[HCO31- ] mg/L 40 0 0 0 0

[CO32- ] mg/L 560 760 880 960 1120

OD mg/L 0.6 4 3.6 3.6 3.4

pH 10.1 12.28 12.32 12.24 12.2


201

ENSAYO 1

Condiciones técnicas

Intensidad de corriente: 16 A V: 7.46 V




DQO mg/L 485 146 186 170 181

Color Real Pt-Co 1060 8 7 5 5



Detergentes mg/L 16.62 6,14 4.26 3.68 4.14

[Ca2+] mg/L 120 50 33.33 33.33 16.67

[Mg2+] mg/L 200 83.33 66.67 50.00 50.00

Turbidez mg/L 98 2.56 3 2.26 2.06


Fosfatos mg/L 3.4 1.02 0.4 0.4 0.24

ENSAYO 1





[HCO31- ] mg/L 40 0 0 0 0

[CO32- ] mg/L 560 1120 1080 1040 880

OD mg/L 0.6 1.1 1.6 1.8 2

pH 10.1 11.89 11.96 12.04 11.99


202

ENSAYO 2


Ánodo: Aluminio Caudal: 7 L/h



DQO mg/L 340 159 153 147 133

Color Real Pt-Co 440 132 129 111 101



Detergentes mg/L 40.5 20.28 17.12 22.28 22.02

[Ca2+] mg/L 120 120 100 88 80

[Mg2+] mg/L 80 56 40 32 40

Turbidez mg/L 66 7.76 5.15 10.2 11

Sulfatos mg/L 80 69 69 63 54

Fosfatos mg/L 13.2 7.40 4.2 1.2 0.43

ENSAYO 2

Condiciones Técnicas Intensidad de Corriente: 4 A Ánodo: Aluminio




[HCO31- ] mg/L 192 300 300 300 282

[CO32- ] mg/L 80 0 0 0 36

OD mg/L 0.6 3.10 3.3 3.5 3.4

pH 9.78 7.42 7.57 8.23 8.98


203

ENSAYO 2





DQO mg/L 340 75 62 55 43

Color Real Pt-Co 440 270 240 140 110



Detergentes mg/L 40.5 8.64 6.12 5.62 6.52

[Ca2+] mg/L 120 112 104 100 92

[Mg2+] mg/L 80 48 36 40 28

Turbidez mg/L 66 2.00 2 2 2

Sulfatos mg/L 80 47 49 45 42

Fosfatos mg/L 13.2 1.90 1.3 0.13 0.11

ENSAYO 2


V: 1.96 Caudal: 7 L/h



[HCO31- ] mg/L 192 148.00 120 136 148

[CO32- ] mg/L 80 268 300 304 312

OD mg/L 0.6 3.10 3.4 3.8 3.6

pH 9.78 9.83 9.79 9.91 9.93


204

ENSAYO 2


Intensidad de corriente: 16 A V: 3.16 V




DQO mg/L 420 379 295 262 295

Color Real Pt-Co 2030 1160 1150 1120 1110



Detergentes 36.52 12.06 10.3 8.12 8.15

[Ca2+] mg/L 180 160 160 140 120

[Mg2+] mg/L 20 0 0 0 0

Turbidez mg/L 76 66.00 58 48 40


Fosfatos mg/L 9.9 2.20 1.3 1.8 2.1

ENSAYO 2





[HCO31- ] mg/L 200 228.00 180 240 240

[CO32-] mg/L 880 912 1000 920 960

OD mg/L 0.6 4.10 4.3 4.3 4.3

pH 9.8 10.56 10.67 10.56 10.56


205

ENSAYO 3


Intensidad de corriente: 8 A

Caudal: 18 L/h V: 2.54 V

Número de celdas: 10 Ánodo: Hierro



DQO mg/L 660 300 189 150 100




Detergentes mg/L 10.36 6.52 5.16 4.42 3.68

[Ca2+] mg/L 80 60 40.00 20.00 20.00

[Mg2+] mg/L 60 20.00 20.00 20.00 20.00

Turbidez mg/L 100 24 23 21 21

Sulfatos mg/L 85 55 50 40 40

Fosfatos mg/L 8.6 0.06 0.04 0.04 0.04

ENSAYO 3

Condiciones Técnicas

Intensidad de Corriente: 8 A V: 2.54 V

Caudal: 18 L/h




[HCO31- ] mg/L 148 0 0 0 0

[CO32-] mg/L 88 0 0 0 0

OD mg/L 0.3 6.9 7.1 7.1 7.1

pH 9.9 10.98 11.02 11.25 11.19


206

ENSAYO 3







DQO mg/L 660 350 240 167 149

Color Real Pt-Co 1200 111 56 48 34



Detergentes 10.36 6.3 5.26 4.29 4.12

[Ca2+] mg/L 80 72 60.00 48.00 40.00

[Mg2+] mg/L 40 28.00 20.00 20.00 20.00

Turbidez mg/L 100 30 17 20 16

Sulfatos mg/L 85 20 20 20 20

Fosfatos mg/L 8.6 2.7 2 1.4 0.7

ENSAYO 3

Condiciones Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 3.24 V Caudal: 36 L/h




[HCO31- ] mg/L 148 160 180 200 160

[CO32- ] mg/L 88 320 320 280 320

OD mg/L 0.2 6.4 6.7 6.8 6.9

pH 9.9 10.6 10.78 10.71 10.84

Conductividad mS/cm 4.22 4.03 4.05 4.11 4.1

207

ENSAYO 3







DQO mg/L 340 239 197 149 145




Detergentes mg/L 40.5 25.68 19.78 15.76 13.1

[Ca2+] mg/L 120 100 88.00 72.00 60.00

[Mg2+] mg/L 80 40.00 32.00 32.00 32.44

Turbidez mg/L 66 50 55 53 50

Sulfatos mg/L 80 48 45 45 45

Fosfatos mg/L 13.2 1.99 1.86 1.73 1.49

ENSAYO 3

Condiciones Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 3.24 V Cudal 72 L/h




[HCO31- ] mg/L 192 136 140 148 188

[CO32-] mg/L 80 280 240 216 184

OD mg/L 0.5 6.1 6.8 6.7 6.9

pH 9.78 10.35 10.04 9.89 10.01


208

ENSAYO 4



Caudal: 144 L/h V: 2 V




DQO mg/L 820 140 45 23 20

Color Real Pt-Co 2030 880 820 690 560



Detergentes mg/L 36.52 16.8 14 10 9.14

[Ca2+] mg/L 180 140 100.00 60.00 60.00

[Mg2+] mg/L 20 18.00 16.00 16.00 16.00

Turbidez mg/L 70 67 63 57 54

Sulfatos mg/L 80 66 37 35 31

Fosfatos mg/L 9.9 9.2 6 5.8 5.8

ENSAYO 4

Condiciones Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 2 V Caudal: 144 L/h




[HCO31- ] mg/L 220 320 360 520 400

[CO32- ] mg/L 880 800 800 800 960

OD mg/L 0.6 2.2 2.7 3 3.3

pH 10.52 10.48 10.46 10.46 10.53


209

ENSAYO 4







DQO mg/L 910 210 98 46 49




Detergentes mg/L 36.6 11.98 9.84 9.56 10.04

[Ca2+] mg/L 100 88 80.00 80.00 80.00

[Mg2+] mg/L 60 52.00 40.00 40.00 20.00

Turbidez mg/L 35 31 27 23 16

Sulfatos mg/L 75 70 55 50 30

Fosfatos mg/L 6.9 4.9 2.9 2.8 2.4

ENSAYO 4





[HCO31- ] mg/L 146 120 120 124 140

[CO32- ] mg/L 0 0 0 0 0

OD mg/L 1 5.9 6.4 6.9 7

pH 8.3 8.2 8.19 8.25 8.39


210

ENSAYO 4



Caudal: 288 L/h V: 4V




DQO mg/L 1200 1150 1070 1030 1030

Color Real Pt-Co 4235 3350 3200 3150 3150



Detergentes mg/L 52.55 40.4 24.8 21.9 18.05

[Ca2+] mg/L 100 80 80 80 80

[Mg2+] mg/L 180 160 160 160 160

Turbidez mg/L 96 90 87 83 83

Sulfatos mg/L 150 150 130 120 100

Fosfatos mg/L 40.5 31.5 31 31 31

ENSAYO 4

Condiciones Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 4V Caudal: 288 L/h




[HCO31- ] mg/L 160 480 480 720 640

[CO32- ] mg/L 2080 1600 1600 1440 1440

OD mg/L 0.6 2 2.3 2.7 3

pH 9.92 10.18 10.19 10.27 10.22


211

ANEXO Nº 6

PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES

DE LOS ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS FÍSICO-

QUÍMICOS CON RESPECTO AL TIEMPO DEL PROCESO

DE ELECTROCOAGULACIÓN DE LA MUESTRA DE

AGUA DE LA INDUSTRIA TEXTIL ENSAYO 1

212

ENSAYO: 1



Tiempo Parámetros y Unidades

0 min 15 min 30 min 45 min 60 min

Porcentaje de remoción de contaminantes (%)

DQO mg/L 0 36.82 39.77 43.18 42.95

Color Real Pt-Co 0 98.64 99.00 99.45 98.73

Sólidos Disueltos mg/L 0 9.00 12.48 17.85 15.96

Sólidos Totales mg/L 0 16.06 8.18 10.00 7.58

Detergentes 0 20.97 27.96 34.95 40.05

[Ca2+] mg/L 0 50.00 60.00 60.00 66.67

[Mg2+] mg/L 0 30.00 44.00 64.00 80.00

Turbidez mg/L 0 80.61 81.63 80.61 80.61

Sulfatos mg/L 0 16.67 36.67 53.33 53.33

Fosfatos mg/L 0 91.47 99.12 97.65 97.65

ENSAYO 1





[HCO31- ] mg/L 40 0.00 0 0 0

[CO32-] mg/L 560 576 576 640 640

OD mg/L 0.6 3.30 3.2 3 2.5

pH 10.1 11.09 11.15 11.11 11.04


213

ENSAYO: 1

Condicio nes Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A Ánodo: Hierro


Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 85.23 79.77 73.41 70.45

Color Real Pt-Co 0 97.27 97.91 99.09 98.00



Detergentes 0 82.53 91.67 91.13 91.67

[Ca2+] mg/L 0 50.00 50.00 50.00 60.00

[Mg2+] mg/L 0 100.00 100.00 100.00 100.00

Turbidez NTU 0 95.70 95.73 93.64 91.14

Sulfatos mg/L 0 96.67 96.67 96.67 96.67

Fosfatos mg/L 0 79.71 89.12 87.06 91.18

ENSAYO 1





[HCO31- ] mg/L 40 0 0 0 0

[CO32- ] mg/L 560 760 880 960 1120

OD mg/L 0.6 4 3.6 3.6 3.4

pH 10.1 12.28 12.32 12.24 12.2


214

ENSAYO: 1

Condicio nes Técnicas Intensidad de Corriente: 16 A Ánodo: Hierro


Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 69.90 61.65 64.95 62.68

Color Real Pt-Co 0 99.25 99.34 99.53 99.53



Detergentes 0 63.06 74.37 77.86 75.09

[Ca2+] mg/L 0 58.33 72.22 72.22 86.11

[Mg2+] mg/L 0 58.33 66.67 75.00 75.00

Turbidez mg/L 0 97.39 96.94 97.69 97.90

Sulfatos mg/L 0 100.00 100.00 100.00 100.00

Fosfatos mg/L 0 70.00 88.24 88.24 92.94

ENSAYO 1





[HCO31- ] mg/L 40 0 0 0 0

[CO32- ] mg/L 560 1120 1080 1040 880

OD mg/L 0.6 1.1 1.6 1.8 2

pH 10.1 11.89 11.96 12.04 11.99


215

ANEXO Nº 7






216

ENSAYO: 2

Condicio nes Técnicas Intensidad de Corriente: 4 A Ánodo: Aluminio


Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 53.24 55.00 56.76 60.88

Color Real Pt-Co 0 70.00 70.68 74.77 77.05



Detergentes 0 49.93 57.73 44.99 45.63

[Ca2+] mg/L 0 0.00 16.67 26.67 33.33

[Mg2+] mg/L 0 30.00 50.00 60.00 50.00

Turbidez mg/L 0 88.24 92.20 84.55 83.33

Sulfatos mg/L 0 13.75 13.75 21.25 32.50

Fosfatos mg/L 0 43.94 68.18 90.91 96.74

ENSAYO 2





[HCO31- ] mg/L 192 300 300 300 282

[CO32- ] mg/L 80 0 0 0 36

OD mg/L 0.6 3.10 3.3 3.5 3.4

pH 9.78 7.42 7.57 8.23 8.98


217

ENSAYO: 2



Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 77.94 81.76 83.82 87.35

Color Real Pt-Co 0 38.64 45.45 68.18 75.00



Detergentes 0 78.67 84.89 86.12 83.90

[Ca2+] mg/L 0 6.67 13.33 16.67 23.33

[Mg2+] mg/L 0 40.00 55.00 50.00 65.00

Turbidez mg/L 0 96.97 96.97 96.97 96.97

Sulfatos mg/L 0 41.25 38.75 43.75 47.50

Fosfatos mg/L 0 85.61 90.15 99.02 99.17

ENSAYO 2


V: 1.96 Caudal: 7 L/h



[HCO31- ] mg/L 192 148.00 120 136 148

[CO32- ] mg/L 80 268 300 304 312

OD mg/L 0.6 3.10 3.4 3.8 3.6

pH 9.78 9.83 9.79 9.91 9.93


218

ENSAYO: 2



Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 9.76 29.76 37.62 29.76

Color Real Pt-Co 0 42.86 43.35 44.83 45.32



Detergentes 0 66.98 71.80 77.77 77.68

[Ca2+] mg/L 0 11.11 11.11 22.22 33.33

[Mg2+] mg/L 0 50.00 50.00 45.00 40.00

Turbidez mg/L 0 13.16 23.68 36.84 47.37

Sulfatos mg/L 0 12.50 25.00 37.50 37.50

Fosfatos mg/L 0 77.78 86.87 81.82 78.79

ENSAYO 2





[HCO31- ] mg/L 200 228.00 180 240 240

[CO32- ] mg/L 880 912 1000 920 960

OD mg/L 0.6 4.10 4.3 4.3 4.3

pH 9.8 10.56 10.67 10.56 10.56


219

ANEXO Nº 8






220

ENSAYO: 3

Condicio nes Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 2.54 V Caudal: 18 L/h


Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 54.55 71.36 77.27 84.85

Color Real Pt-Co 0 100.00 100.00 100.00 100.00



Detergentes 0 40.73 50.19 57.34 64.48

[Ca2+] mg/L 0 25.00 50.00 75.00 75.00

[Mg2+] mg/L 0 66.67 66.67 66.67 66.67

Turbidez mg/L 0 76.00 77.00 79.00 79.00

Sulfatos mg/L 0 35.29 41.18 52.94 52.94

Fosfatos mg/L 0 99.30 99.53 99.53 99.53

ENSAYO 3

Condiciones Técnicas

Intensidad de Corriente: 8 A V: 2.54 V Caudal: 18 L/h




[HCO31- ] mg/L 148 0 0 0 0

[CO32- ] mg/L 88 0 0 0 0

OD mg/L 0.3 6.9 7.1 7.1 7.1

pH 9.9 10.98 11.02 11.25 11.19


221

ENSAYO: 3

Condicio nes Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 3.24 V Caudal: 36 L/h


Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 46.97 63.64 74.70 77.42

Color Real Pt-Co 0 90.75 95.33 96.00 97.17



Detergentes 0 39.19 49.23 58.59 60.23

[Ca2+] mg/L 0 10.00 25.00 40.00 50.00

[Mg2+] mg/L 0 30.00 50.00 50.00 50.00

Turbidez mg/L 0 70.00 83.00 80.00 84.00

Sulfatos mg/L 0 76.47 76.47 76.47 76.47

Fosfatos mg/L 0 68.60 76.74 83.72 91.86

ENSAYO 3





[HCO31- ] mg/L 148 160 180 200 160

[CO32- ] mg/L 88 320 320 280 320

OD mg/L 0.2 6.4 6.7 6.8 6.9

pH 9.9 10.6 10.78 10.71 10.84


222

ENSAYO: 3

Condicio nes Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 3.24 V Caudal 72 L/h


Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 29.71 42.06 56.18 57.35

Color Real Pt-Co 0 90.68 95.68 93.41 95.23



Detergentes 0 36.59 51.16 61.09 67.65

[Ca2+] mg/L 0 16.67 26.67 40.00 50.00

[Mg2+] mg/L 0 50.00 60.00 60.00 59.45

Turbidez mg/L 0 24.24 16.67 19.70 24.24

Sulfatos mg/L 0 40.00 43.75 43.75 43.75

Fosfatos mg/L 0 84.92 85.91 86.89 88.71

ENSAYO 3

Condiciones Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 3.24 V Cudal 72 L/h




[HCO31- ] mg/L 192 136 140 148 188

[CO32- ] mg/L 80 280 240 216 184

OD mg/L 0.5 6.1 6.8 6.7 6.9

pH 9.78 10.35 10.04 9.89 10.01


223

ANEXO Nº 9






224

ENSAYO: 4



Tiempo

Parámetros Unidades



DQO mg/L 0 82.93 94.51 97.20 97.56

Color Real Pt-Co 0 56.65 64.53 68.97 72.41



Detergentes 0 59.51 69.64 79.76 81.93

[Ca2+] mg/L 0 22.22 44.44 66.67 66.67

[Mg2+] mg/L 0 10.00 30.00 40.00 40.00

Turbidez mg/L 0 19.17 20.42 35.83 43.33

Sulfatos mg/L 0 17.50 53.75 56.25 61.25

Fosfatos mg/L 0 7.07 43.43 41.41 61.62

ENSAYO 4





[HCO31- ] mg/L 220 320 360 520 400

[CO32- ] mg/L 880 800 800 800 960

OD mg/L 0.6 2.2 2.7 3 3.3

pH 10.52 10.48 10.46 10.46 10.53


225

ENSAYO: 4



Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 76.92 89.23 94.95 94.62

Color Real Pt-Co 0 64.62 67.69 71.54 73.08



Detergentes mg/L 0 67.05 72.94 73.71 72.39

[Ca2+] mg/L 0 12.00 20.00 20.00 20.00

[Mg2+] mg/L 0 14.29 28.57 32.14 35.71

Turbidez mg/L 0 8.57 14.29 34.00 38.29

Sulfatos mg/L 0 6.67 26.67 33.33 60.00

Fosfatos mg/L 0 14.49 26.09 43.48 50.72

ENSAYO 4





[HCO31- ] mg/L 146 120 120 124 140

[CO32- ] mg/L 0 0 0 0 0

OD mg/L 1 5.9 6.4 6.9 7

pH 8.3 8.2 8.19 8.25 8.39


226

ENSAYO: 4

Condicio nes Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 4V Caudal: 288 L/h


Tiempo

Parámetros y

Unidades



DQO mg/L 0 4.17 10.83 14.17 14.17

Color Real Pt-Co 0 20.90 24.44 25.62 25.62



Detergentes 0 23.12 52.81 58.33 65.65

[Ca2+] mg/L 0 20.00 20.00 20.00 20.00

[Mg2+] mg/L 0 11.11 11.11 11.11 11.11

Turbidez mg/L 0 6.25 9.38 13.54 13.54

Sulfatos mg/L 0 0.00 13.33 20.00 33.33

Fosfatos mg/L 0 22.22 23.46 23.46 23.46

ENSAYO 4

Condiciones Técnicas Intensidad de Corriente: 8 A V: 4V Caudal: 288 L/h




[HCO31- ] mg/L 160 480 480 720 640

[CO32- ] mg/L 2080 1600 1600 1440 1440

OD mg/L 0.6 2 2.3 2.7 3

pH 9.92 10.18 10.19 10.27 10.22


227

ANEXO Nº 10

DIMENSIONAMIENTO DEL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN

229

ANEXO Nº 11

DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO DE ARENA

231

ANEXO Nº 12

DIMENSIONAMIENTO DEL LECHO DE SECADO

233

ANEXO Nº 13

LÍMITES PERMISIBLES DE DESCARGA A

ALCANTARILLADO PARA INDUSTRIA TEXTIL

234

CONTROL DE DESCARGAS LÍQUIDAS DE SECTORES PRODUCTIV OS

Art. 9 Norma Técnica que regula los Contaminantes asociados a Descargas

líquidas Industriales, Comerciales y de Servicios.

NORMA TÉCNICA PARA EL CONTROL DE DESCARGAS LÍQUIDAS DE

SECTORES PRODUCTIVOS

OBJETO

La presente norma tiene por objeto limitar la concentración de contaminantes den

los efluentes líquidos de origen industrial, comercial y de servicios, vertidos a

cuerpos de agua o al sistema de alcantarillado, sobre la base del objetivo de

calidad fijado para salvaguardar la salud y el bienestar de la población así como

para permitir usos adicionales de los recursos.

ALCANCE

Todo efluente líquido residual proveniente de actividades industriales, comerciales

y de servicios, pública o privada está sujeto a la aplicación de la presente norma

técnica.

DISPOSICIONES GENERALES

1. Toda descara proveniente de actividades en plantas o bodegas industriales,

emplazamientos agropecuarios o agroindustriales, locales de comercio o de

prestación de servicios, actividades de almacenamiento o comercialización

de sustancias químicas en general, deberá ser vertida al receptor cuando se

haya verificado el cumplimiento de los valores máximos permisibles.

2. Las medidas técnicas que se implementen buscarán como prioridad la

reducción del nivel de contaminación en la fuente. En segundo lugar los

tratamientos, previos a la descarga, cuya eficiencia garantice el control de

contaminación.

3. Se prohíbe la dilución intencional de descargas líquidas no depuradas

utilizando el agua de las redes públicas o privadas, aguas subterráneas o

235

aguas lluvias, así como infiltrar en el suelo descargas líquidas no

depuradas.

4. El regulado mantendrá para el control interno y control público, registros de

los efluentes generados indicando: el proceso del que provienen,

periodicidad de producción del efluente, tratamiento aplicado a los

efluentes, características del efluente (análisis físico-químico), el caudal de

los efluentes.

5. Como parte del control interno anual, se realizarán programas de control de

las descargas líquidas y se presentarán los resultados de caracterización

físico-química durante el mes de noviembre de cada año, utilizando el

formulario establecido para el efecto.

6. Para la expedición de propuestas modificatorias a la presente norma técnica

deberá previamente existir los estudios sociales, técnicos y económicos

necesarios que justifiquen la medida, en concordancia con las políticas

ambientales locales y considerando los criterios de calidad establecidos

para el uso o los usos asignados en la normativa nacional.

A continuación se presenta la Tabla B.2, donde se establece los Límites máximos

permitidos para descargas líquidas en el sistema de alcantarillado público.

TABLA B.2: Para el Sector Textil – Sub-Sector Algod onero, Fibras artificiales

y Sintéticas.

PARÁMETROS

UNIDAD

LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE AL

ALCANTARILLADO

DBO5 mg/L 120

DQO mg/L 240

Sólidos Suspendidos mg/L 95

Caudal l/kg. de

producción

140

Fuente: Secretaria del Ambiente, Resolución No 003, Capitulo III.

236

ANEXO Nº14

DETERMINACIÓN DEL ORDEN Y CONSTANTE DE LA

REACCIÓN PARA EL REACTOR DE

ELECTROCOAGULACIÓN TIPO FLUJO PISTÓN

237

DATOS DE DQO DEL ENSAYO 3 – CAUDAL 18 L/h DQO mgO2/L 660 300 189 150 100

t H 0 0.25 0.5 0.75 1 Representación Gráfica

n=0 Ct 660 300 189 150 100 n=1 - (ln Cf/Co) 0 0.788 1.25 1.48 1.887 n=2 1/Ct 0.002 0.003 0.005 0.007 0.010


Los gráficos de C vs t, - (ln Cf/Co) vs t y 1/C vs t se presentan a continuación en

los gráficos:

238

Observando los gráficos anteriores y considerando el valor más cercano a 1 del

R2 (coeficiente de regresión) se concluye que la reacción es de orden n=2 y con

una constante de velocidad de reacción, k = 0.008 L/(mg) h.


Para comprobar el orden de la reacción se usa el método diferencial

239


t h 0 0.25 0.5 0.75 1 Representación Gráfica

n=0 Ct 660 350 240 167 149 n=1 - (ln Cf/Co) 0 0.634 1.011 1.37 1.48 n=2 1/Ct 0.0015 0.0028 0.0041 0.0059 0.0067



los gráficos:

240






241



n=0 Ct 340 239 197 149 145 n=1 - (ln Cf/Co) 0 0.352 0.545 0.824 0.852 n=2 1/Ct 0.002 0.004 0.005 0.0067 0.0068



los gráficos:

242






243



n=0 Ct 820 140 45 23 20 n=1 - (ln Cf/Co) 0 1.76 2.90 3.57 3.71 n=2 1/Ct 0.0012 0.007 0.022 0.04 0.05


Los gráficos de - (ln Cf/Co) vs t y 1/C vs t se presentan a continuación en los

gráficos:

244






245


t h 0 0.25 0.5 0.75 1 Datos para la representación gráfica

n=0 Ct 910 210 98 46 49 n=1 - (ln Cf/Co) 0 1.46 2.22 2.98 2.92 n=2 1/Ct 0.001 0.004 0.01 0.02 0.02


Los gráficos de - (ln Cf/Co) vs t y 1/C vs t se presentan a continuación en los

gráficos:

246






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