Savez
editorial
Tecnologías Para Tratamiento
Sandra Mirella del Consuelo Ronquillo Castro
Sandra Emperatríz Peña Murillo
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Tecnologías Para Tratamiento
de Efluentes Industriales
REMOCIÓN DEL CROMO (VI)
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editorial
Tecnologías Para Tratamiento
de Efluentes Industriales
REMOCIÓN DEL CROMO (VI)
Sandra Mirella del Consuelo Ronquillo Castro
Sandra Emperatríz Peña Murillo
Sandra Mirella del Consuelo Ronquillo Castro
Sandra Emperatríz Peña Murillo
Tecnologías Para Tratamiento
de Efluentes Industriales
REMOCIÓN DEL CROMO (VI)
ISBN: 978-9942-603-11-1
Savez editorial
Tecnologías Para Tratamiento
de Efluentes Industriales
REMOCIÓN DEL CROMO (VI)
Primera Edición: Noviembre 2021
Obra revisada previamente por la modalidad doble par ciego, en caso
de requerir información sobre el proceso comunicarse al correo
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Queda prohibida la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier
medio (electrónico, mecánico, fotocopia, grabación u otros), sin la previa
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establecidas por la ley. El contenido de esta publicación puede ser reproducido
citando la fuente.
El trabajo publicado expresa exclusivamente la opinión de los autores, de
manera que no compromete el pensamiento ni la responsabilidad del Savez
editorial
2
Reconocimientos
Creemos que la gratitud y lealtad son cualidades valiosas; por
ello, todo hombre de bien debe manifestarlas en cada
oportunidad que lo amerite.
Queremos agradecer a los Máster. Lisandra V. Chacón O. y
Leonardo Rennola docentes de la Universidad de los Andes-
Venezuela, por su aporte en la revisión de algunas partes de este
manuscrito que aborda la evaluación de las diversas tecnologías
utilizadas para el tratamiento de aguas residuales contaminadas
con cromo hexavalente, producto de la actividad industrial de
cromado, y contribuir con la sustentabilidad del medio ambiente
minimizando los impactos negativos.
Dra. Sandra Mirella del Consuelo Ronquillo Castro
MSc. Sandra Emperatriz Peña Murillo
3
GLOSARIO
ABLANDAMIENTO. Proceso para reducir la dureza del agua debido a la presencia
de iones de calcio y magnesio. Normalmente es por precipitación química, pero
también puede ser por intercambio iónico u otros procesos específicos.
ACUÍFERO. Formación geológica por la que circulan o se almacenan aguas
subterráneas que pueden ser extraídas para su explotación, uso o aprovechamiento.
BIODISCOS. Estructuras utilizadas en la depuración de aguas residuales, construidas
con un medio filtrante (generalmente sintético) que se coloca alrededor de un eje
provisto de discos formando un cilindro, mismo que se sumerge parcialmente en un
estanque de aguas residuales. La depuración se logra al girar lentamente los
cilindros, pasando el agua a través de la biopelícula que en ellos se forma y
alternando periodos de contacto con ésta (al estar sumergida) con periodos de
aireación. Este proceso se utiliza principalmente para remover la DBO carbonosa y
nitrificada; tiene eficiencias medias de 85 al 90%.
4
CALIDAD DEL AGUA PARA LA PROTECCIÓN DE LA VIDA DE AGUA DULCE.
Calidad requerida del agua para mantener las interacciones de los seres vivos
acordes al equilibrio natural de los ecosistemas de agua dulce continental.
CALIDAD DEL AGUA PARA LA PROTECCIÓN DE LA VIDA DE AGUA MARINA.
Calidad requerida del agua para mantener las interacciones de los seres vivos
acordes al equilibrio natural de los ecosistemas de agua marina.
CALIDAD DEL AGUA PARA ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE. Calidad
requerida del agua para ser utilizada como abastecimiento de agua para consumo
humano, debiendo ser sometida a tratamiento cuando no se ajuste a las
disposiciones sanitarias sobre agua potable.
CALIDAD DEL AGUA PARA RIEGO AGRÍCOLA. Calidad requerida del agua para
llevar a cabo prácticas de riego sin restricción de tipos de cultivos, tipos de suelo y
métodos de riego.
CALIDAD DEL AGUA PARA USO EN LA ACUACULTURA. Calidad requerida del
agua para las prácticas acuaculturales, que garantiza el óptimo crecimiento de las
especies cultivadas, así como para proteger su calidad para el consumo humano.
CALIDAD DEL AGUA PARA USO PECUARIO. Calidad requerida del agua para ser
utilizada para el consumo de animales domésticos, que garantiza la protección de su
salud y la calidad de los productos derivados de ellos para consumo humano.
5
CALIDAD DEL AGUA PARA USO RECREATIVO CON CONTACTO PRIMARIO.
Calidad requerida del agua para ser utilizada en actividades de esparcimiento, que
garantiza la protección de la salud humana por contacto directo.
Carcinógeno: es un agente físico, químico o biológico potencialmente capaz de
producir cáncer al exponerse a tejidos vivos.
CUENCA HIDROLÓGICA. Territorio donde las aguas fluyen al mar a través de una
red de cauces que convergen en uno principal, o bien, el territorio en donde las
aguas forman una unidad autónoma o diferenciada de otras, aún sin que
desemboquen en el mar. La cuenca, junto con los acuíferos, constituye la unidad de
gestión del recurso hidráulico.
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO). Cantidad de oxígeno que se
requiere para oxidar la materia orgánica de una muestra de agua residual, por medio
de una población microbiana heterogénea. La información obtenida es sobre la
materia orgánica biodegradable –medio adecuado para el desarrollo de organismos
patógenos– que se encuentra en el agua residual.
DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO). Medida del oxígeno que equivale a la
porción de materia orgánica e inorgánica en una muestra de agua, que es
susceptible de oxidarse bajo condiciones específicas de un agente oxidante.
DESINFECCIÓN. Tratamiento del agua con el que se eliminan de ésta organismos
patógenos. Puede realizarse a través de: a) agentes químicos, siendo el cloro y sus
compuestos los más utilizados; b) agentes físicos, bien sea a través de medios
6
mecánicos (se logra una remoción parcial de bacterias y otros organismos mediante
operaciones de tratamiento, cuyos propósitos son distintos a la desinfección, entre
ellas, el cribado grueso y fino, la desarenación y la sedimentación simple), o
mediante calor, o bien, mediante radiación (luz ultravioleta y rayos gamma están
entre los tipos de radiación más empleados).
DUAL. Tratamiento secundario de aguas residuales que combina dos procesos del
mismo nivel (secundario); estos dos procesos se utilizan en secuencia, y se obtiene
una mayor remoción de contaminantes. Por ejemplo, a un mismo volumen se le
puede tratar inicialmente con filtros biológicos y después hacerlo con lodos
activados. En sentido estricto, este proceso sigue siendo secundario, aunque
remueva más contaminantes que un secundario normal, de la misma manera que el
primario avanzado sigue considerándose un tratamiento primario. Este proceso tiene
eficiencias medias de 90 a 95%.
ESCURRIMIENTO. Parte de la precipitación que se presenta en forma de flujo en un
curso de agua.
FILTRACIÓN DIRECTA. Proceso de clarificación para potabilizar agua superficiales o
subterráneas con niveles bajos de turbiedad, color y/o microorganismos. El tren de
tratamiento se integra generalmente por mezcla rápida de reactivos químicos,
filtración y desinfección. En condiciones especiales se prescinde de la adición de
reactivos químicos.
FILTROS BIOLÓGICOS. Estructuras utilizadas en la depuración de aguas residuales,
construidas de concreto y en cuyo interior se coloca un medio filtrante
7
(anteriormente rocas, en la actualidad placas sintéticas que semejan un panal) a
través del cual se rocía el agua residual (de allí el nombre de filtros rociadores como
también se les conoce). El agua se depura al pasar a través de este medio por el
contacto con la biopelícula que en él se forma. También son conocidos como filtros
percoladores. Los filtros de piedra tienen eficiencias de 65 al 75% y los de plástico
de 80 al 90%.
GASTO DE OPERACIÓN. Volumen promedio por unidad de tiempo, en un periodo
convenido (un día, un mes, etc.), de los gastos que se presentan en una planta de
tratamiento.
ÍNDICE DE CALIDAD DEL AGUA (ICA). Índice, en porcentaje, que indica de manera
inversamente proporcional el grado de contaminación de un cuerpo de agua: a
mayor valor del ICA, menor contaminación y, en consecuencia, mayor (mejor) calidad
del agua. Se obtiene a partir de un promedio ponderado del valor de índices de
calidad individuales de 18 parámetros, entre los cuales se encuentra la DBO y el
contenido de oxígeno disuelto en el agua.
LAGUNAS DE AIREACIÓN. Son variantes de las lagunas de estabilización donde las
reacciones se aceleran con la introducción de aire por medios mecánicos, como en
el caso de los lodos activados. La principal función de este proceso es la
degradación de la materia orgánica; su eficiencia varía del 80 al 90%.
LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN. Estanques naturales o artificiales, normalmente
construidos en tierra. Dependiendo del propósito del tratamiento y del tipo de
actividad biológica que en ellas se realiza, las lagunas se pueden clasificar en
8
lagunas anaerobias (para remoción de sólidos suspendidos y de materia orgánica
concentrada), lagunas facultativas (para remoción de materia orgánica y
microorganismos patógenos) y lagunas aeróbicas (para remoción de
microorganismos patógenos y de materia orgánica soluble). En estas lagunas los
procesos de depuración se realizan en forma lenta y con eficiencias menores, en
comparación con los procesos mecanizados; sus eficiencias medias van de 75 al
85%.
LODOS ACTIVADOS. Este proceso y sus variantes o modificaciones son los más
frecuentemente utilizados en grandes instalaciones. El agua residual previamente
sedimentada y el lodo de recirculación se alimentan en la entrada de un tanque de
aireación, donde son mezclados por medio de difusores o de aireadoras mecánicos
para propiciar la degradación de la materia. Tienen eficiencias de 85 al 95%.
Metal Monel: aleaciones comerciales con razones níquel – cobre de
aproximadamente 2:1 de peso, es más duro que el cobre y extremadamente
resistente a la corrosión.
NÚMERO MÁS PRÓBABLE. Cantidad más probable de bacterias coliformes o de
estreptococos fecales presentes en una muestra de agua, estimada estadísticamente
con base en el método de dilución múltiple en tubos.
PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL. Promedio anual de la precipitación histórica.
9
PRECIPITACIÓN NORMAL ANUAL. Precipitación media anual para periodos que
comprenden décadas completas, considerando periodos mínimos de 30 años, por
ejemplo: 1941-1970, 1931-1990, 1941-1980, etcétera.
PRETRATAMIENTO. Tratamiento del agua que se aplica antes del tratamiento
primario y que se basa en la separación física o mecánica de objetos mayores que
estén presentes en el agua residual. Incluye el cribado (separación de los cuerpos
mayores) y la desarenación (separación de la materia inorgánica por sedimentación
simple o inducida mecánicamente).
RAFA. Siglas de Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente. Se trata de un reactor
donde la depuración se basa en procesos anaerobios y en el que el agua se hace
pasar, formando un flujo ascendente, a través de un manto de lodos. Esta unidad
presenta cámaras de decantación y digestión anaeróbica sobrepuestas. La
alimentación se hace por el fondo del tanque, por medio de tubos, lo que permite el
contacto del agua residual con el manto de lodos que se forma previamente. Su
eficiencia varía del 55 al 65%.
REACTORES ENZIMÁTICOS. Sistemas de tratamiento, aerobio o anaerobio, donde
la depuración se acelera mediante el empleo de enzimas cultivadas en laboratorios,
que permiten una mayor degradación de la materia orgánica y la eliminación de
contaminantes muy específicos.
TANQUE IMHOFF. Estructura de concreto reforzado, con dos compartimentos, uno
arriba de otro, en los que, respectivamente, se remueven los sólidos sedimentables y
10
se digieren anaeróbicamente los contaminantes; los gases que se forman durante la
digestión son evacuados por ventanillas o tubos de ventilación. Tienen eficiencias de
50 al 60%.
TANQUE SÉPTICO. Tanques o fosas rectangulares o cuadrados, impermeabilizados;
pueden ser prefabricados o construidos con ladrillo, mortero y cemento. Los tanques
pueden ser desplantados al nivel de piso, estar semienterrados o enterrados
completamente. Se alimenta el agua en estas cámaras y se evita la introducción de
oxígeno del aire a la unidad. En el tanque los sólidos suspendidos se sedimentan y
se digieren anaeróbicamente; en la superficie se acumulan natas y grasas, que
ayudan a conservar la condición anaerobia. Su eficiencia es del 50%.
TECNOLOGÍA CONSERVACIONISTA. Práctica vegetativa o mecánica, que se
emplea para la conservación de los recursos agua o suelo de una manera integral en
las cuencas hidrológicas. Ejemplos de este tipo de práctica, son: cultivo de
cobertera, reforestación, terrazas con frutales.
TRATAMIENTO ANAEROBIO. Las reacciones en este tipo de tratamiento de
depuración del agua se realizan en ausencia de oxígeno; involucran
microorganismos distintos a los que intervienen en los tratamientos en los que se
permite o promueve el contacto con el aire; y generan gases letales, pero con
potencial energético.
TRATAMIENTO BIOLÓGICO. Denominación que corresponde a una clasificación
muy general de los tratamientos de agua, pues incluye a todos aquellos en los que
la depuración del agua se basa en la intervención de microorganismos, característica
11
que los distingue de aquellos de carácter físico, como el Pretratamiento y
Tratamiento Primario, y de los de carácter químico y fisicoquímico.
TRATAMIENTO PRIMARIO. El objetivo de este tratamiento es separar los sólidos
sedimentables y el material flotante (detergentes, grasas y aceites, natas y espumas,
entre otros materiales), para reducir en contenido de sólidos suspendidos. Se aplica
en un tanque circular o rectangular donde se introduce el agua por determinado
tiempo para propiciar la separación de los sólidos del líquido. La eficiencia de este
sistema es del 30 al 40% con respecto a la DBO.
TRATAMIENTO PRIMARIO AVANZADO. Tratamiento conocido también como fisico-
químico, consistente en la adición de químicos, mezclado, floculación y
sedimentación; con este proceso se remueven adicionalmente fosfatos. Este
tratamiento tiene eficiencias medias de 55 a 65%.
TRATAMIENTO SECUNDARIO. Tratamiento de aguas residuales, precedido de
pretratamiento, tratamiento primario y seguido de una desinfección,
complementándose con un proceso para el manejo y tratamiento de los lodos.
Puede ser anaerobio o aerobio, en cuyo caso, se distinguen los sistemas de medio
fijo (filtros biológicos y biodiscos) de aquellos denominados de medio suspendido
(lodos activados en sus diversas variantes y lagunas de estabilización).
TRATAMIENTO TERCIARIO. Tratamiento avanzado aplicado para la remoción de
uno o varios contaminantes en particular, después de que se han aplicado
12
previamente el pretratamiento y los tratamientos primario y secundario. Su
necesidad surge de requerimientos más estrictos para las descargas o el reúso de las
aguas residuales. Entre los principales tratamientos de este tipo se citan:
ultrafiltración, micro cribas, nitrificación biológica, nitrificación-desnitrificación
biológica, desnitrificación biológica por etapas separadas, remoción de fósforo,
cloración al punto de quiebre, intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis,
adsorción con carbón, lodos activados con adición de carbón activado en polvo,
oxidación química, precipitación química y volatilización.
UNIDAD DE RIEGO. Área geográfica destinada a la agricultura que cuenta con
riego. No comprende almacenamientos y se integra por usuarios agrupados en
asociaciones civiles.
USO INDUSTRIAL. Utilización de agua nacional para la industria que no se abastece
a través de redes municipales. Se excluye el uso del agua en termoeléctricas.
USO PÚBLICO. Utilización de agua nacional para centros de población o
asentamientos humanos. Se incluyen industrias, comercios y servicios conectados a
las redes de abastecimiento municipal.
WETLANDS. Conocidos como humedales o pantanos, son sistemas de tratamiento
natural del agua en el sentido de que la depuración se logra mediante la vegetación
existente. Una variante avanzada de ellos son los filtros microbiológicos de roca y
plantas, los cuales son objeto de un diseño que involucra dimensiones, tiempos de
detención, inclusión de membranas impermeables, tipo de plantas (tule, carrizo,
13
espadaña, entre otras) y separación entre ellas, lo cual permite prever eficiencias de
remoción. Son característicos de zonas geográficas con alta disponibilidad de agua.
Zámak: aleación de zinc con aluminio, magnesio y cobre.
14
ABREVIATURAS
A.C. Asbesto Cemento.
ACF: Carbón activado fibroso
ACC: Carbón activado revestido
A.S Aguas Servidas.
AA.LL. Aguas Lluvias.
AA.PP. Agua Potable.
CAF Corporación Andina de Fomento
CARE. Cooperativa de Asistencia y Remesas al Exterior.
CEPAL Comisión Económica para América Latina y el Caribe
ECHO. Organización de la Comunidad Europea para Ayuda
Humanitaria.
ECAPAG. Empresa Cantonal de Agua Potable y Alcantarillado de guayaquil
FASBASE. Fortalecimiento y Aplicación de los Servicios Básicos de Salud.
GAC: Carbón activado granular
H.F.D. Hierro Fundido Dúctil.
IEOS Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias
INAMHI Instituto Nacional de de Meteorología e Hidrología
INEN Instituto Ecuatoriano de Normalización
MSNM. Metros sobre el nivel del mar.
MSP. Ministerio de Salud Pública.
OMS. Organización Mundial de la Salud.
OPS. Organización Panamericana de la Salud.
PAC: Carbón activado en polvo
15
PNUD. Programas de las Naciones Unidas para el Desarrollo.
PVC. Polivinilo de Cloruro.
SRAPPH. Sistema Regional de Agua Potable Poza Honda.
SSA. Subsecretaría de Saneamiento Ambiental.
TULSMA: Texto Unificado Legislación Secundaria, Medio Ambiente
USAID. Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional.
ZCIT. Zona de Convergencia Inter-Tropical.
16
PRÓLOGO
Luego de algunos años de ejercicio docente nos complace presentar ante el público
lector un texto acerca de una ciencia que se ha convertido en parte de nuestra
actividad profesional y que ponemos a vuestra consideración con el deseo de
satisfacer las inquietudes de investigadores en cuanto a técnicas para el tratamiento
de los efluentes generados en la industria de cromado para eliminación de cromo
(VI).
No cabe duda que cada día se busca atender los requerimientos de la sociedad y
por ende de las industrias en el ámbito ambiental, que permita minimizar el impacto
negativo al medio ambiente y favorecer la salud de la población, por lo que este
libro contribuye a profundizar conocimientos teóricos y poner en contextos el tema
con la praxis.
Durante el desarrollo de la presentación de este trabajo se hace un repaso de
determinadas definiciones y algunos conceptos que se requieren conocer dentro del
análisis de cada una de las técnicas.
Los capítulos que presentamos en este libro se refieren a temas específicos pocas
veces planteados en ese orden con la visión de determinar una mejor opción de
solución o aportación a una problemática ambiental de preocupación en todas las
esferas de la sociedad, donde es necesaria una conciencia y ética ecológica.
Los capítulos tienen por objetivo estudiar todas las técnicas existentes para la
remoción de cromo hexavalente de aguas residuales, las cuales abarcan desde
17
técnicas clásicas como la precipitación química, el intercambio iónico y la adsorción
hasta técnicas no convencionales como el uso de membranas y técnicas
electroquímicas. Para ello se evalúa en detalle las ventajas y desventajas de cada una
de ellas, su eficiencia en la remoción de cromo hexavalente y los costos de
implementación, operación y mantenimiento; con el fin de determinar cuál o cuáles
son las más eficientes para el tratamiento de las aguas residuales de la industria de
cromado.
Finalmente, en la parte de los anexos del libro, se adjuntan tablas de parámetros
permitidos según normas vigentes.
18
INTRODUCCIÓN
Hoy por hoy existe la preocupación por los contaminantes del medio ambiente,
siendo los metales pesados los de mayor efecto de contaminación al ambiente, los
cuales no son biodegradables sino más bien se acumulan en la cadena alimentaria, y
muchos de ellos por ser sus iones tóxicos, como el Cr (VI) alteran la vida acuática, la
fauna, flora por ende la composición de los suelos, de allí que cada vez son más
estrictas las regulaciones para controlar su presencia en las aguas residuales.
Las diversas industrias dentro de sus operaciones generan una serie de desechos,
muchos de ellos tóxicos, que en ciertos casos son arrojados al medio ambiente sin el
tratamiento adecuado. Una de estas industrias es la de Galvanoplastia, la cual con
los procesos de recubrimientos con cromo representa gran preocupación y atención
por el nivel de concentración de iones de Cr (VI) contaminantes que incluyen en sus
efluentes, y al no ser estos biodegradables, se vuelven de gran preocupación para
las autoridades especialmente de países en desarrollo y de la sociedad a nivel
mundial.
Para dar solución a esta problemática la ciencia y la tecnología han puesto al servicio
procedimientos que logren atender ese ámbito y de allí que actualmente existen
técnicas que usan diferentes materiales orgánicos e inorgánicos para lograr su
eficiencia y eficacia.
En la búsqueda de ajustar los efluentes a los niveles establecidos por la ley se
evalúan las técnicas disponibles para el tratamiento de ellos en la industria de
cromado para eliminación de cromo (VI), desde el punto de vista de las ventajas y
19
desventajas, así como también de la eficiencia de remoción y de los costos
asociados a su implementación y operación.
Ha sido necesario una revisión detallada de diferentes investigaciones actuales
donde se evalúan distintos métodos para lograr este fin, y el uso de los programas
CapDetWorks™ y SuperPro Designer™ para evaluar los costos a considerar para
implementar cada uno de estos métodos.
Las técnicas consideradas son: precipitación química, intercambio iónico, adsorción:
carbón activado y bioadsorbentes no vivos; tecnología de membranas:
nanofiltración, electrodiálisis y técnicas electroquímicas: precipitación electroquímica
o electrodeposición y electrocoagulación.
Es indudable que a pesar de la utilización de diversas técnicas para la remoción del
Cr (VI) en aguas residuales, no todas muestran el mismo nivel de eficiencia y
ventajas.
Al evaluar minuciosamente estas características, se considera que las técnicas
clásicas como la precipitación química y el intercambio iónico, así como también el
uso de membranas, presentan un gran número de desventajas, siendo las más
relevantes para las dos primeras la generación de residuos secundarios de difícil o
costosa disposición, y para la última los altos costos de operación y mantenimiento.
La Bioadsorción y la Electrocoagulación presentan múltiples ventajas como ser: más
amigables con el medio ambiente, alta eficiencia de remoción y bajo costo, por lo
que se consideran como las técnicas más idóneas para la remoción de cromo
hexavalente en los efluentes de la industria de cromado.
20
Cada vez la especialización es más necesaria, ya que el cúmulo de conocimientos
aumenta cada día.
A causa del cuidado del medio ambiente, las normativas ambientales a cumplir cada
vez más rigurosas, el criterio de producción más limpia, y los requerimientos verdes
por parte de las industrias, han hecho que las investigaciones respondan a esa
necesidad proponiendo una variedad de técnicas que buscan soluciones al
tratamiento de ese tipo de efluente.
21
ÍNDICE GENERAL
CAPITULO I 1
1.1
RESIDUOS INDUSTRIALES
.............................................................................. 4
1.2
CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
..................... 5
1.3
CROMO
........................................................................................................... 5
1.3.1
NATURALEZA DEL CROMO Y EFECTOS .................................................... 6
1.4
LA INDUSTRIA DEL CROMADO
..................................................................... 7
1.4.1
CONTAMINANTES DE LA INDUSTRIA DEL CROMADO ............................ 8
1.5
LAS INDUSTRIAS Y SUS EFLUENTES
.............................................................. 8
CAPÍTULO II 11
RECUBRIMIENTO ELECTROLÍTICO
....................................................................... 11
2.1
GENERALIDADES DEL PROCESO ELECTROLÍTICO O GALVANIZADO
..... 11
2.1.2
RECUBRIMIENTO ELECTROLÍTICO CON CROMO (CROMADO) ............ 17
2.2
EL CROMO HEXAVALENTE Y SUS RIESGOS PARA LA SALUD
................... 22
2.3
CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN DE LOS EFLUENTES GENERADOS
EN LA INDUSTRIA DE CROMADO
............................................................... 24
2.4
MARCO LEGAL
............................................................................................. 25
CAPÍTULO III 27
3.1 TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE LOS EFLUENTES PROVENIENTES DE
LA INDUSTRIA DE CROMADO
..................................................................... 27
3.2
PRECIPITACIÓN QUÍMICA
........................................................................... 28
3.2.1
BALANCE DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO PRECIPITACIÓN
QUÍMICA. ............................................................................................................ 29
3.3
INTERCAMBIO IÓNICO
................................................................................ 31
3.3.1
BALANCE DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO INTERCAMBIO
IÓNICO. ............................................................................................................... 34
3.4
ADSORCIÓN
................................................................................................. 35
22
3.4.1
CARBÓN ACTIVADO ................................................................................. 36
3.4.2
BIOADSORBENTES ................................................................................... 38
3.5
TECNOLOGÍA CON MEMBRANAS
............................................................. 43
3.5.1
ULTRAFILTRACIÓN. ................................................................................... 45
3.5.2
NANOFILTRACIÓN. .................................................................................. 46
3.5.3
OSMOSIS INVERSA. .................................................................................. 48
3.5.4
ELECTRODIÁLISIS. ..................................................................................... 49
3.5.5
BALANCE DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO MEMBRANAS. 51
3.6
TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS
................................................................... 53
3.6.1
ELECTRÓLISIS CON MEMBRANA O ELECTRO – ELECTRODIÁLISIS (EED).
54
3.6.2
PRECIPITACIÓN ELECTROQUÍMICA O ELECTRODEPOSICIÓN. ............ 54
3.5.3. ELECTROCOAGULACIÓN. ....................................................................... 56
3.5.4. BALANCE DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO TÉCNICAS
ELECTROQUÍMICAS. ........................................................................................... 60
CAPÍTULO IV 62
4.1
ANÁLISIS COMPARATIVOS DE TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES
CONTAMINADAS CON CROMO VI
............................................................. 62
CAPITULO V 70
5.1
DEDUCCIÓN
................................................................................................. 70
ANEXOS 71
Bibliografía 75
23
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Diseño del ensayo del Tratamiento Físico y Químico ................................. 10
Figura 2: Electrodeposición de plata sobre artículos de cocina (3). ........................... 12
Figura 3: Diagrama de flujo del proceso de recubrimiento electrolítico (2). .............. 16
Figura 4: Balance de masa para un agua residual. ..................................................... 31
Figura 5: Intercambio iónico (19). ............................................................................... 32
Figura 6: Balance de masa para un agua residual ..................................................... 35
Figura 7: Proceso de Adsorción (9). ........................................................................... 35
Figura 8: Clasificación de los adsorbentes utilizados en remoción de Cr (VI). ........... 42
Figura 9: Balance de masa para un agua residual proveniente. ................................ 43
Figura 10: Clasificación de las membranas según su diámetro de poro (25). ............ 45
Figura 11: Proceso de Osmosis inversa (9). ................................................................ 49
Figura 12: Principios de la Electrodiálisis. CM- Membrana de intercambio catiónico;.
................................................................................................................................... 51
Figura 13: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado ................................................................................................................... 52
Figura 14: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado .................................................................................................................... 52
Figura 15: Proceso de electrocoagulación (31). ......................................................... 58
Figura 16: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado .................................................................................................................... 61
Figura 17: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado . ................................................................................................................... 61
24
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Caracterización de efluentes de la industria de cromado. ........................... 30
Tabla 2: Eficiencia de remoción de cromo hexavalente empleando diferentes resinas
de intercambio iónico (13). ......................................................................................... 34
Tabla 3: Capacidades de adsorción de cromo (VI) para diferentes tipos de carbón
activado (13). .............................................................................................................. 37
Tabla 4: Capacidades de Adsorción de algunos bioadsorbentes agrícolas e
industriales empleados para la remoción de cromo (VI) (13). .................................... 41
Tabla 5: ......... Resultados de investigaciones empleando la técnica electroquímica de
precipitación para remoción de Cr (VI). ...................................................................... 56
Tabla 6: Resultados de investigaciones empleando la técnica electrocoagulación. .. 58
Tabla 7: Ventajas y Desventajas de la Electrocoagulación (31). ................................. 59
Tabla 8: Ventajas y Desventajas de las distintas alternativas de tratamiento para
aguas residuales contaminadas con cromo. ............................................................... 63
Tabla 9: Comparación del porcentaje de remoción de Cr (VI) entre las distintas
alternativas de tratamiento de aguas residuales industriales ..................................... 66
Tabla 10: Costos de las diferentes tecnologías de tratamiento de las aguas
residuales ................................................................................................................... 69
25
ANEXOS
ANEXO1:.LÍMITES DE DESCARGA AL SISTEMA DE ALCANTARILLADO PÚBLICO. …. 55
ANEXO2:.LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA DULCE. …………….… 56
ANEXO3: LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA MARINA. ……...…….. 57
1
CAPITULO I
ANTECEDENTES
El cromo hexavalente presenta un alto grado de toxicidad, por lo que en bibliografía
se encuentran estudios de la remoción con diferentes tipos de materiales
inorgánicos.
Gladysz et al., 2012 realizaron un estudio para evaluar las propiedades de adsorción
de Cr(VI) y fenol en arcilla roja modificada con Hematita HDTMA, encontrando que
adsorbe una cantidad considerable de Cr(VI) y fenol simultáneamente. El equilibrio
se logró a las 6 horas para fenol y 5 horas para el Cr(VI), la cinética en ambos casos
se describió con el modelo de primer orden, el pH óptimo fue de 5.5 para la
adsorción de cromo, la máxima capacidad de adsorción de 4.3 mgg
-1
.
Chih-Huang et al., 2008 reportaron la adsorción de Cr(VI) en arcillas provenientes del
proceso de refinería del aceite comercial, la cinética describió el modelo de primer
orden y los datos de ajustaron a la isoterma de Lagmuir; se estudió el efecto del pH,
la temperatura y la fuerza iónica. Las capacidades máximas de adsorción de Cr(VI)
variaron desde 0.743 hasta 1.422 mgg
-1
para la temperatura entre 4 y 40°C bajo una
condición de pH 2.0. Los estudios realizados mostraron que el proceso de
eliminación de Cr(VI) es espontáneo a altas temperaturas.
Bhattacharyya et al., 2006 reportaron el uso de caolinita modificada de tres maneras
diferentes, la primera de ellas mediante ácido, la segunda con una polioxozirconio
caolinita y la tercera con tetrabutilamonio, las variables que se utilizaron fueron: la
2
cantidad de caolinita, el pH, la concentración de la solución de Cr(VI), el tiempo de
contacto y la temperatura; encontrando que el proceso alcanza el equilibrio dentro
de 240 min. La cinética se evaluó con los modelos de pseudo-primer orden,
segundo orden, Elovich, difusión de la película líquida, y difusión entre partículas, y
se observó que las interacciones no siguen un modelo simple.
El proceso de adsorción, sin embargo, dio un buen ajuste tanto con la ecuación de
Langmuir y ecuación de Freundlich para las isotermas. La capacidad de monocapa
de Langmuir de los adsorbentes de arcilla es 10.6-13.9 mgg
-1
. Los resultados
demostraron que la caolinita activada con ácido tiene una mayor capacidad de
adsorción, seguida por caolinita no activada, polioxozirconio-caolinita y
tetrabutilamonio-caolinita.
Gandhi et al., 2012 reportaron el uso de lantano saturado de gel de sílice y
quitosano (La SiCS), el compuesto fue preparado con gel de sílice mezclado,
LaCl
3
·7H
2
O y quitosano reticulado con glutaraldehído. Se encontró que el
compuesto La SiCS tiene una mayor capacidad de adsorción de cromo (la cual fue
de 5.5 mgg
-1
) que el compuesto de gel de silicona/quitosano (SICS), el cual tuvo una
capacidad de 4.0 mgg
-1
y para el gel de sílice (Si) y quitosano (CS) su capacidad fue
de 1.5 mgg
-1
. Los experimentos de sorción se llevaron a cabo en experimentos tipo
lote para optimizar varios parámetros como el tiempo de contacto, el pH, la
concentración inicial de cromo hexavalente, co-iones y la temperatura. Se aplicaron
los modelos de Langmuir y Freundlich para describir las constantes de isotermas.
3
Tashauoei et al. 2010 reportaron el comportamiento de la capacidad de adsorción
de cromo hexavalente por la superficie modificada de nanozeolitas. Las isotermas de
adsorción se estudiaron bajo diferentes condiciones (pH, dosis de adsorbente, la
concentración de adsorbato y el tiempo de interacción). La capacidad de adsorción
con el modelo de Langmuir de monocapa se encontró que fue de 14.16 mg de
Cr(VI) por gramo a pH de 3.0 a temperatura ambiente, con 50 mL de una solución
cuya concentración del Cr(VI) fue de 1.0 mgL-1. La adsorción de cromato en la
superficie modificada de la nanozeolita fue inversamente proporcional al pH.
Swarnakar et al., 2011 reportaron la adsorción de Cr(VI) y As(V) en zeolitas
modificadas con HDTMA mediante las pruebas tipo lote, encontrando que la
superficie modificada con HDTMA fue estable cuando se expuso a condiciones
extremas de pH. Las zeolitas modificadas con HDTMA mostraron sorción significativa
para los iones cromato y arseniato en solución acuosa. Los datos de sorción para
cada anión fueron descritos por la isoterma de Freundlich.
El aumento de sorción de Cr(VI) y As(V) en superficie modificada se produjo en
solución neutra (pH 7) y la cantidad adsorbida de Cr(VI) y As(V) se describe
rápidamente por el aumento del pH ya que los grupos -OH compiten contra Cr(VI) y
As(V) por los sitios activos de sorción, por lo tanto, existe la inhibición de la
formación de los complejos Cr(VI)-SMZ y el complejo As(V)–SMZ. Los análisis
mostraron que la sorción se realiza mediante una cobertura de la superficie del
tensoactivo por micelas y estas son las responsables de la sorción de Cr(VI) y As(V).
Bajda et al., 2006 reportaron el uso clinoptilolita con una capacidad de intercambio
catiónico de 16 meq/100 g determinado por adsorción de iones alquilamonio. La
4
sorción de cromato en el mineral modificado se midió espectrofotométricamente en
función del pH, la concentración de Cr(VI) y la proporción de la solución con el
sorbente. La cantidad de cromato de adsorbido de la solución disminuyó
continuamente con el aumento de pH en un rango de 1.3-10. La adsorción máxima
de Cr(VI) por la órgano-zeolitas (103 y 124 mmolKg-1 ) fue en un rango de pH de 2.6
a 3.1.
Li et al., 2007 reportaron el transporte del cromato a través de columnas rellenas de
pellets de zeolita-hierro cero valente (Z/ZVI), modificados y no modificados con
tensoactivo hexadeciltrimetilamonio catiónico (HDTMA), se estudió a diferentes
velocidades de flujo. En la presencia de HDTMA, la reducción de cromato aumentó
de 1.5-5 veces. A una tasa de flujo mayor, tuvo una reducción el cromo en la
columna Z/ZVI modificados con HDTMA. Por el contrario, a un caudal más lento, el
retraso en el transporte de cromato de en la columna con Z/ZVI HDTMA originó
principalmente de sorción de cromato en los pellets debido a la doble porosidad.
1.1
RESIDUOS INDUSTRIALES
Las aguas residuales industriales cambian considerablemente en términos de
especificaciones, dependiendo de la industria y los hábitos y regulaciones locales.
En muchos casos no son aceptadas por la planta de tratamiento municipal, por lo
que se necesita un pretratamiento o un tratamiento completo en sitio.
Las aguas residuales industriales, poseen varios contaminantes, por lo general, son
una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Por lo que es
necesario realizar diferentes caracterizaciones de las aguas industriales para
5
conseguir el análisis completo de la mayoría de las aguas residuales. Razón por la
cual, es mejor mantener un registro de los tipos de industrias de un mismo sector,
para aplicar la remoción de los contaminantes presentes en las aguas residuales.
Pero, se encuentra en la bibliografía variedades de métodos empíricos para estimar
la concentración de contaminantes en aguas residuales, y con una breve revisión se
puede determinar la composición química específica de las aguas residuales a tratar.
(1)
1.2
CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
La caracterización de aguas residuales industriales, se clasifica en físicos, químicos y
biológicos. “Los sólidos suspendidos, los compuestos orgánicos biodegradables y
los organismos patógenos son de mayor importancia, y por ello la mayoría de
instalaciones de manejo de agua residuales son diseñadas para su remoción. (2) Es
indispensable realizar y/o analizar las características químicas, físicas y biológicas del
agua residual industrial, verificar el análisis o formato del resultado de las aguas
residuales. La diferencia de los contaminantes presentes en el agua residual
industrial, varía desde precisas determinaciones cuantitativas hasta las cualitativas
biológicas y físicas.
1.3
CROMO
El Cromo es un metal de color blanco plateado, duro y quebradizo. Pero, es
relativamente suave y dúctil cuando no está tensionado o cuando está muy puro. Sus
principales usos son la producción de aleaciones anticorrosivas de gran dureza y
resistentes al calor y como recubrimientos galvanizados.
6
El cromo es capaz de formar compuestos con otros elementos en estados de
oxidación (II), (III) y (IV). Su mineral más importante por abundancia es la cromita. (3)
1.3.1
NATURALEZA DEL CROMO Y EFECTOS
Los efectos adversos del cromo para la salud dependen, especialmente, del grado
de valencia de este elemento en el momento de la exposición y de la solubilidad del
compuesto. Una exposición de corta duración al cromo (III) puede causar irritación
mecánica en los ojos y en el tracto respiratorio. Si se presenta inhalación se presenta
tos. El cromo (VI) es conocido porque causa varios efectos sobre la salud entre ellos:
• Erupciones cutáneas
• Problemas respiratorios
• Debilitamiento del sistema inmune
• Daño en los riñones e hígado
• Alteración del material genético
• Cáncer de pulmón
El aire y el agua se contaminan con cromo (III y VI) a partir de las actividades
humanas. La concentración de cromo en el aire en forma de material particulado
puede aumentar como resultado de la quema de carbón y petróleo, la producción
de acero, soldadura de acero inoxidable, manufactura de productos químicos y uso
de productos que contienen cromo.
La contaminación de las aguas ocurre por la descarga de desechos derivados de la
manufactura de colorantes y pigmentos para el curtido de cueros; la mayor parte de
7
las veces, el cromo se va al fondo y sólo una pequeña parte se diluye en el agua. El
suelo también puede contaminarse, debido al depósito de residuos de la industria y
cenizas de carbón provenientes de plantas generadoras de electricidad.
1.4
LA INDUSTRIA DEL CROMADO
La industria de la galvanotecnia, entre ellas la de cromado, utiliza para el
cumplimiento de su objetivo de recubrir láminas metálicas o no metálicas ya sea
para protegerlas del ataque de la corrosión o con fines decorativos, sustancias que
contienen metales pesados en especial el cromo (VI). Como resultado de los
procesos requeridos entre ellos: baños de recubrimientos metálicos y enjuagues
realizados, se van generando aguas residuales con constituyentes disueltos
altamente tóxicos, los cuales antes de ser vertidas a la red de alcantarillado público o
a cualquier cuerpo hídrico deben ser tratadas, evitando así la nocividad al medio
ambiente.
La industria del cromado, por los metales pesados que involucra su proceso,
especialmente Cr (VI) trae consigo efectos sobre la salud como: problemas
respiratorios, erupciones cutáneas, daño en los riñones e hígado, alteraciones
genéticas, debilitamiento del sistema inmune y cáncer de pulmón. También sobre
los cuerpos de agua ocasiona afectación a la vida acuática, por la muerte de peces
debido a la disminución de oxígeno disuelto, trayendo consigo la afectación del
suelo y al aire. Ante esos resultados se han establecido una serie de normativas que
definen el rango permisible de cromo hexavalente en efluentes que van a ser
8
descargados directamente al alcantarillado o a cuerpos de agua dulce o marina, con
criterio de buenas prácticas empresariales y desarrollo sostenible.
Existen diversos tratamientos ya sean primarios, secundarios y terciarios que de una
u otra manera logran mejorar la calidad de las aguas residuales. Si bien todos los
tratamientos terciarios son los indicados para remoción de cromo hexavalente, las
industrias prefieren el de mayor eficiencia y de menor costo, y es allí donde se
genera el reto para responder a dichas necesidades como estrategia de reducción –
eliminación de desechos industriales con el criterio de prevención, recuperación y
por ende mitigar el impacto negativo a la salud humana, y a los recursos naturales:
agua, suelo y aire. (3)
1.4.1
CONTAMINANTES DE LA INDUSTRIA DEL CROMADO
Algunas de las sustancias empleadas en los procesos galvanoplásticos presentan una
alta toxicidad. Los principales componentes tóxicos de los residuos generados en las
operaciones de tratamientos superficiales son:
• Los metales pesados en forma iónica o compleja, como electrolitos en los
baños.
• Ácidos: HCl, H2SO4, NHO3, sin contar adiciones como electrolitos.
• Aditivos Varios
1.5
LAS INDUSTRIAS Y SUS EFLUENTES
Los efluentes industriales tienen sus propias características físico químicas, mismas
que pueden se aplicadas en la práctica de la depuración de las aguas residuales y/o
9
efluentes de estas industrias. Por lo que, a continuación, se presentan ejemplos de
varios efluentes industriales, donde se entrelazan los procesos tecnológicos
aplicables para el tratamiento de los residuos en mención.
Aguas Residuales industriales de la preparación de Salsas y mayonesas
En esta industria se obtienen efluentes con alta materia orgánica (DBO
5
y DQO),
grasas (emulsionadas). Los resultados de DQO suelen presentarse entre 10000
mg/L, de DBO
5
superior a 2500 mg/L y los valores de grasas son superiores a 500
ml/L, siendo ésta la carga contaminante en menor valor.
Remoción de cromo de aguas residuales industriales mediante tratamiento físico y
precipitación química.
Remoción de cromo de aguas residuales industriales mediante tratamiento físico y
precipitación química.
Para determinar la eficiencia de remoción de cromo, Meneses (2019) mediante
tratamiento primario de tipo físico y químico, realizó una investigación, donde tomó
agua residual industrial (ARI) y fue sometida a los siguientes tipos de tratamiento:
• ARIS: Agua residual industrial sometida a tratamiento físico de sedimentación
primaria.
• ARIT: Agua residual industrial sedimentada con posterior tratamiento químico con
adición de cal (CaO) a razón de 2,6 g/l para neutralizar el pH entre (6-7), debido a
que el agua residual industrial presentó un pH inicial entre (1-2), el cual fue medido
mediante método potenciométrico.
Han utilizado el sulfato de aluminio (Al2SO4)3 como agente coagulante. En la
determinación de la dosis óptima de sulfato de aluminio han realizado pruebas de
10
jarras a diferentes dosis del coagulante, así: 100 mg/l, 80 mg/l, 60 mg/l, 40 mg/l, 20
mg/l, de las cuales se evidenció una mejor formación de floc a una dosis de 20 mg/l.
A cada muestra de agua le analizaron Cr total mediante Digestión-Absorción
Atómica- Llama directa aire acetileno (SM 3030 E) (SM 3111 B). (Yeni Meneses,
2019). En la Figura 1 se observa el diseño del ensayo. (1)
Figura 1. Diseño del ensayo del Tratamiento Físico y Químico
11
CAPÍTULO II
RECUBRIMIENTO ELECTROLÍTICO
2.1
GENERALIDADES DEL PROCESO ELECTROLÍTICO O GALVANIZADO
El recubrimiento electrolítico o galvanizado es el proceso utilizado para cubrir una
superficie que puede ser o no metálica, con una capa fina de metal. Es aplicada a
escala industrial o artesanal. El galvanizado es una técnica muy utilizada en objetos
cuya composición principal es el hierro debido a que el mismo es fácilmente
oxidable, por lo que su utilidad se ve reducida por el alto nivel de reacción con el
oxígeno, convirtiéndose en un material que requiere de tratamiento que sirva de
protección al contacto directo con el aire libre, impidiendo el ataque corrosivo. Por
razones de costos o estructurales es conveniente modificar las características del
metal base.
Los metales como el cromo, el zinc, níquel cadmio, plomo, plata, estaño, oro,
aleaciones de latones, bronce, zinc aleado, y oro aleado son los más aplicados en los
procesos superficiales de galvanotecnia por poseer propiedades de maleabilidad y
facilidad de ser oxidables proporcionando su sacrificio para proteger la capa de
hierro de la acción oxidante del medio circundante. Para este proceso son
consideradas las aleaciones de metales, siempre que se determine la compatibilidad
de los materiales para ser usados como capa protectora, debido a que si los
materiales intervinientes tienen diferentes potenciales de oxidación, estos
reaccionan y aceleran la corrosión.
12
El recubrimiento de cromo es único e insustituible en muchas de sus aplicaciones.
Puede brindar dureza, brillo, resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de fricción
que ningún otro material puede ofrecer. Este tratamiento a la larga y en términos de
vida de servicio resulta ser económico y rentable (1).
El procedimiento de galvanoplastia se basa en la deposición electrolítica de metales,
la cual puede obtenerse a partir de baños o electrolitos de composición diversa.
El proceso de recubrimiento se logra por inmersión del objeto en un baño
electrolítico, logrando que los iones metálicos presentes en soluciones ácidas,
alcalinas o neutras, se reduzcan en las piezas a recubrir. (Ver Figura 2). Las
propiedades de los recubrimientos dependen de los componentes del electrolito
utilizado (2).
Figura 2:
Electrodeposición de plata sobre artículos de cocina (3).
Cuchara
(Fe)
Batería
13
A los recubrimientos electrolíticos les siguen otros tipos de tratamientos, no
pertenecientes a la galvanotecnia, pero que sin embargo sirven para mejorar las
propiedades anticorrosivas y funcionales del revestimiento aplicado, siendo estos el
cromatizado, el sellado y el lacado. Con el objeto de lavar las piezas entre cada
operación se tienen tanques con agua para evitar contaminar la solución de la
siguiente etapa. Esta agua de lavado requiere ser desechada cada cierto tiempo por
contener metales pesados, ácidos, hidróxidos y otras sustancias peligrosas, las que
necesitan de un tratamiento antes de ser vertidos a los cuerpos hídricos.
El galvanizado encuentra su aplicación en la industria de la construcción formando
parte de la Cadena Productiva Metalmecánica (autopartes, herramientas agrícolas,
grifería, muebles, artefactos a gas, entre otros) aportando bienes de consumo
intermedio y bienes de capital, entendidos como artículos utilizados de manera
inmediata por el usuario final o para ser incorporados en la fabricación de otros
bienes y artículos que contribuyen a la producción de maquinaria y equipos (4).
El sector galvánico, gracias a las bondades que posee, presenta excelentes
resultados al recubrir electrolíticamente piezas metálicas o no, encontrándolo
también en decoración y estética, como medio de protección de los materiales
contra la corrosión, oxidación, aumentando la dureza superficial, resistencia al
desgaste a causa de las condiciones ambientales de trabajo y fricción. También su
funcionabilidad se evidencia en restauración por desgaste, alterar el coeficiente de
rozamiento y fricción en los materiales (5).
14
El proceso de recubrimiento metálico requiere de diferentes etapas de preparación
de la superficie, entre las que se encuentran:
•
Desengrase y enjuague.
Esta etapa consiste en sumergir la pieza que posee grasa en solución
alcalina ya sea de sosa acústica, carbonato sódico, jabones, silicatos
alcalinos; o agentes desengrasantes ácidos. También dependiendo del
tipo de grasa o aceite que se presenta se puede aplicar procesos
como el desengrase electrolítico o ultrasonido. Generalmente no se
usan desengrasantes orgánicos tales como: kerosene, glicoles, entre
otros, por los riesgos que traen consigo para la salud y el ambiente. Si
una superficie no se encuentra limpia, es muy probable que los
recubrimientos no se adhieran adecuadamente a la superficie ni eviten
la corrosión en ella (6). Luego la pieza es enjuagada en una cuba que
contiene agua, evitando el arrastre de las soluciones de esta etapa a la
siguiente.
•
Decapado ácido y enjuague.
Generalmente las piezas metálicas en su superficie presentan óxidos
y calamina por lo que son sometidas al proceso de decapado con el
propósito de eliminarlos para lograr una superficie limpia. Para este
proceso son utilizados normalmente el ácido sulfúrico o clorhídrico o
una mezcla de los dos. Cuando se tiene materiales especiales es
posible la utilización de ácido fluobórico, sulfámico, entre otros.
15
El ácido utilizado en los decapados tiene una concentración
regularmente del 50%, adecuadamente inhibido impidiendo un
excesivo taque al material de la pieza. La concentración elevada de
impurezas presentes en el baño determina la disminución en la
eficacia del decapado y para mantenerla dentro de los límites
adecuados para el uso del baño, requiere de la reposición de ácido
nuevo en cantidades variables en función del grado de
contaminación. Se puede dar el caso que el nivel de contaminación
en el baño logre que este se convierta en residuo a eliminar. Una vez
cumplido este procedimiento las piezas son sometidas al enjuague
en una cuba con agua evitando de esta forma el arrastre de ácido a
las siguientes etapas del proceso (2).
•
Baño de recubrimiento metálico.
Para mejorar las propiedades
químicas de las piezas y proporcionarles un acabado decorativo, el
que puede ser de: latón, oro, níquel, cromo, galvanizado, entre otros;
es necesario tratarlas con sales, permitiendo protegerlas de la
corrosión o cambiar alguna propiedad superficial tal como:
conductividad, dureza.
•
Enjuague estanco.
Después del tratamiento realizado a las piezas
con sales en el baño de recubrimiento, estas son enjuagadas en una
cuba con agua para limpiarlas de residuos procedentes del proceso
anterior y ser utilizado en el baño de recubrimiento para reponer las
pérdidas de nivel en el caso de que este baje.
16
•
Enjuague.
Este procedimiento se realiza con el objeto de eliminar
residuos de las sales de recubrimiento que hayan quedado adheridas
a las piezas aún después de haber sidas sometidas al enjuague de
estanco. Para ello se utiliza una cuba con agua corriente.
•
Secado.
Después de que las piezas han recibido el acabado final son
normalmente se lacan y secan para continuar a su embalaje y
disposición final (2).
Las etapas anteriormente mencionadas se pueden representar esquemáticamente en
la Figura 3.
Figura 3: Diagrama de flujo del proceso de recubrimiento electrolítico (2).
17
Materiales en base de aluminio, hierro y zámak se les debe aplicar una capa previa
de cobre cianurado antes de iniciar con procesos de baños de revestimientos como:
latón, oro, níquel, cromo, galvanizado; facilitando la adherencia del recubrimiento a
la pieza (2).
El acabado de cobre, así como el del latón, sufre de manchado al estar en contacto
con el aire atmosférico; necesitando por ello que las piezas latonadas tengan
tratamientos previos, tales como:
•
Cromatizado:
Se utilizan capas de conversión crómica, depositando una fina
película protectora. No es recomendable realizar este tratamiento cuando la
superficie latonada se encuentra recubierta con caucho.
•
Inhibición:
tratamiento de las superficies con soluciones de sustancias como el
benzotriazol, que por reacción con cobre forman una película pasiva.
•
Lacado:
En el moteado del latón son utilizadas las lacas de poliuretano, las
que presentan gran resistencia al rayado.
2.1.2
RECUBRIMIENTO ELECTROLÍTICO CON CROMO (CROMADO)
El recubrimiento con cromo es muy resistente a la exposición con agentes corrosivos
atmosféricos, porque sobre su superficie al estar en contacto con el aire o incluso
durante la operación del cromado se forma una película delgada de óxido que
permite proteger de posterior ataque del medio ambiente. Sin embargo, este
recubrimiento es vulnerable al ataque de ácidos minerales y de soluciones
reductoras, pero soporta el ataque del agua regia y del ácido nítrico concentrado.
18
El cromado puede dividirse en dos grandes tipos: el decorativo y el de ingeniería o
tecnológico. Ambos se obtienen a partir de electrolitos de formulación semejante y
de condiciones operatorias parecidas.
En el cromado decorativo la función del recubrimiento es proporcionar una película
delgada de cromo (0.25 – 0.75 µm ) perpetuamente brillante a una base de cobre –
níquel o de níquel, depositado sobre un sustrato metálico o no metálico (7).También
puede suministrar una extraordinaria película resistente a la corrosión cuando se le
deposita de forma directa y con el espesor apropiado sobre níquel – plata, metal
Monel o acero inoxidable (1). El cromado decorativo es aplicado a piezas de
automóviles, grifería, muebles y bicicletas (7). Este tipo de cromado se presenta con
subdivisión: a partir de cromo hexavalente, cromado negro, cromado a partir de
cromo trivalente, cromado sin fisuras.
El cromado ingenieril (tecnológico), también llamado cromado duro o cromado de
espesor; consiste en un depósito de mayor espesor que el cromo decorativo (de 4 a
6 µm).
La principal función de este recubrimiento es asegurar la vida de servicio de la pieza
tratada aportándole características como: resistencia al calor, al desgaste, a la
corrosión y erosión. Dentro de esta clasificación también está el cromado poroso de
un espesor de 100 µm o más, creado para dar mejores cualidades de lubricación a
las piezas tratadas y restringe agarrotamiento o impedimentos superficiales en sus
aplicaciones.
19
El proceso de cromado conlleva varias etapas, las cuales requieren de preparaciones
específicas que se detallan a continuación:
1)
Desengrase electrolítico:
la solución debe preparase con Na
3
PO
4
(fosfato
trisódico) o Na
2
CO
3
(carbonato de sodio), el voltaje utilizado es de 4 a 12 V, la
densidad de corriente de 1 a 43 A/dm
2
, la duración es de 2 a 3 min. En el
ánodo debe estar el hierro y en el cátodo el objeto a recubrir.
2)
Decapado electrolítico:
se usa generalmente ácido sulfúrico o clorhídrico. La
temperatura está determinada por el ambiente hasta la de ebullición y la
densidad de corriente de 2 a 10 A/ dm.
3)
Primer enjuague:
se realiza con chorros de agua fría a presión y con cepillos.
4)
Segundo enjuague:
se aplica agua fría a presión.
5)
El último enjuague:
se realiza con agua caliente para disolver las sales
residuales.
6)
Pulido electrolítico:
para este procedimiento la densidad de corriente debe
ser a 10 a 55 A/dm
2
, con un voltaje estimado entre 3 a 15 V., la temperatura
de 16 a 65 °C. La fuente de electrolitos es el ácido sulfúrico y en el ánodo se
ubica la pieza a recubrir y en el cátodo material resistente al baño.
20
7)
Cuba electrolítica:
ella está compuesta por el ánodo en donde se ubica el
plomo o grafito. La pieza a recubrir se coloca en el cátodo. El electrolito está
formado ácido crómico y ácido sulfúrico y utiliza voltaje de 8 a 15 V. La
densidad de corriente debe estar a 12 A/dm
2
, con un rendimiento catódico
del 15%.
La solución electrolítica, constituida por ácido crómico (CrO
3
) de alta pureza
(no menor del 99%), al reaccionar con agua forma una solución constituida
principalmente por ácido crómico (H
2
CrO
4
), el otro constituyente es el
catalizador que está formado por radicales ácidos, y que por lo general es el
sulfato en forma de sulfato de sodio o de ácido sulfúrico, y el fluoruro
generalmente en la forma de hexafluoruro de silicio (SiF
6
-2
) , el cual es una
forma más compleja de fluoruros; quienes facilitan la deposición del cromo,
por el incremento catódico de la reacción. La utilización de fluoruros simples
no es recomendable porque son muy eficaces en cantidades muy pequeñas y
su control se hace más difícil.
Las reacciones que se dan en
el cátodo
son las denominadas de deposición y
las reacciones secundarias.
•
Reducción de Cr (VI) a Cr
o-
.-
Se establece un equilibrio entre el ion cromato y
el ion dicromato, el que es reducido a cromo metálico, como lo muestran
las ecuaciones siguientes:
Ecuación 1
Ecuación 2
21
•
Reacciones secundarias.-
Existen reacciones indeseadas que se generan al
mismo tiempo que se dan las reacciones de deposición, caso de ellas es la
formación de hidrógeno neutro, el que se desprende de la solución en
forma de gas, el que podría quedar atrapado durante el proceso de
cromado y en su camino por escapar forma grietas en la pieza tratada. La
ecuación que representa la reacción generada es la siguiente:
Ecuación 3
• Otra reacción es la de reducción de
Cr (VI) a Cr (III)
, la que también es
indeseada porque se forma Cr(III) , el cual no logra ser reducido a cromo
metálico y por ello es considerado un contaminante en la solución como se
muestra en la siguiente ecuación:
Ecuación 4
Las reacciones que ocurren en
el ánodo
son
:
•
Generación de oxígeno
.- en el ánodo se promueve la formación de oxígeno
neutro, el cual se desprende de la solución en forma de gas, como se
representa a continuación.
Ecuación 5
8)
Enjuague dos veces
9)
Secado
22
2.2
EL CROMO HEXAVALENTE Y SUS RIESGOS PARA LA SALUD
El cromo es un elemento que fue descubierto en 1797 por el químico francés Louis
Nicolás Vauquelin, que lo denominó así, y cuyo nombre proviene del griego chroma:
color, debido a los múltiples colores de sus compuestos. Es un elemento común, de
estructura cristalina “cúbica centrada en el cuerpo” (1). Ocupa el lugar 21 en
abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Su masa atómica es 51.996
g.; su punto de fusión es de 1.857 °C, el punto de ebullición de 2.672°C y su
densidad 7.2 g/cm
3
. Se encuentra de forma natural en rocas, plantas y suelos.
También existe en combinación con otros elementos para formar diferentes
compuestos.
El cromo existe en varios estados de oxidación, que van desde –II hasta +VI. El
cromo III y el VI son las formas más estables en las que se presenta el cromo.
El cromo trivalente se presenta de forma natural y es un nutriente esencial para
mantener los niveles de glucosa en la sangre; mientras que el cromo hexavalente no
se presenta de forma natural y es considerado un compuesto altamente tóxico para
los seres humanos y para el medio ambiente.
El elemento cromo y sus compuestos entre ellos una de las formas más potentes :el
cromato de zinc ; si bien han sido utilizados en la industria por sus diversas
aplicaciones entre ellas: pigmentos textiles, aleaciones, catalizadores, agentes
anticorrosivos, baterías, fungicidas, procesos de curtidos, recubrimientos metálicos y
electro galvanizados, generando importancia para la industria, a su vez han causado
preocupación por el riesgo medio ambiental producido por la aplicabilidad de ellos
o por la calidad de las aguas residuales resultantes de ciertos procesos. De allí, el
23
motivo de atención a su presencia en los sistemas acuosos; en especial del cromo
seis o cromo hexavalente y la constante búsqueda de tecnologías de recuperación
de este de las aguas residuales (8).
Los efectos generados por la presencia de cromo hexavalente en el cuerpo humano
son diversos, entre ellos se pueden mencionar:
• La ingestión produce daños al estómago, hemorragias y posible muerte.
• Si tiene contacto el ácido crómico o polvos de cromato con los ojos podría
causar daños oculares permanentes.
• La exposición con cromo hexavalente produce en el tracto respiratorio
irritación de garganta, nariz y pulmones; pudiendo provocar daño de las
membranas mucosas de los conductos nasales y úlceras.
• El contacto prolongado con la piel podría provocar dermatitis y úlceras.
• Estudios realizados a los trabajadores en las industrias de producción de
cromatos, galvanoplastia y pigmentos muestran consistentemente aumento
en las tasas de cáncer de pulmón. Y algunos desarrollan sensibilidad
alérgica al cromo e incluso el contacto con cantidades pequeñas que puede
causarles erupción cutánea grave (9).
• Se acumula en la cadena alimentaria y puede causar daños en el ADN.
• Daño de los riñones e hígado.
Existen suficientes evidencias que una de esas afectaciones en el cuerpo humano
por la exposición a él es el cáncer de pulmón generando filmes como Erin
Brokovich, el cuál a través de la demanda realizada contra la empresa Pacif Gas and
24
Electric Company daba a conocer en el año 2000 la probable contaminación del
agua potable por cromo (VI).
Adicionalmente a las consecuencias sobre la salud de los humanos, altas
concentraciones de cromo en el ambiente promueven la degradación y perdida de
la fertilidad de los suelos y afectan los procesos biológicos de tratamiento de las
agua ya que inhiben la acción de los microorganismos aplicados para la
descomposición de la materia orgánica presente (10).
2.3
CARACTERÍSTICAS Y COMPOSICIÓN DE LOS EFLUENTES GENERADOS EN
LA INDUSTRIA DE CROMADO
La industria de cromado resulta ser una de las más contaminantes dentro de la
industria de galvanoplastia, por la presencia en sus efluentes de concentraciones
importantes de cromo hexavalentes Los efluentes de tratamiento de superficies se
dividen en dos categorías: Efluentes diluidos -aguas de aclarado y efluentes
concentrados- baños de tratamientos usados, donde la concentración de
contaminantes es elevada.
La contaminación específica producida comprende:
• Materias orgánicas, procedentes principalmente del desengrase
(humectantes, complejantes orgánicos)
• Materia en suspensión (óxidos, hidróxidos, jabones, entre otros)
• Y esencialmente, compuestos minerales disueltos e ionizados (11).
Una fórmula típica para los baños de cromo usando como catalizador al sulfato es:
25
Ácido crómico (CrO
3
): 250 g/l
Sulfato (SO
4
2-
): 2.5 g/l
Las reacciones que se dan a partir de la preparación del baño, permiten evidenciar la
presencia del cromo hexavalente (Ver Reacciones 1 y 2). El compuesto CrO
3
, llamado
inadecuadamente como ácido crómico en realidad no lo es ácido crómico, sino que
trióxido de cromo o cromo anhidro, el cual en presencia del agua se convierte en
ácido crómico. Después de esta reacción y sometido el baño a un voltaje apropiado,
se generan unas series de reacciones por efecto de la electrodeposición.
Ecuación 6
Ecuación 7
2.4
MARCO LEGAL
Existen a nivel mundial leyes y normativas ambientales que buscan potenciar el
control de sustancias existentes en aguas residuales industriales que generan
impactos negativos a la calidad del agua de fuentes hídricas: dulces, marinas o
vertimientos a redes de alcantarillado.
En la legislación europea el límite exigido para el vertido de cromo en aguas
residuales es de 2 mg Cr/l. Para el caso de España el parámetro de permisibilidad
del cromo está incluido en la lista de sustancias preferentes del Real Decreto del 20
de junio del 2000, fijando así estándares de calidad para determinadas sustancias
contaminantes en las aguas superficiales continentales (8).
26
En el Ecuador, el Estado a través de su constitución aprobada en el año 2008, la Ley
de Gestión Ambiental, que luego se consideró como TULA y a la fecha TULSMA; así
como las normativas de los gobiernos autónomos descentralizados GADs, tipifican la
prevención, control y sanción de actividades antropogénicas generadoras de
distintos tipos de residuos entre ellos contaminantes como metales tóxicos, y así
estableciendo principios y directrices de políticas ambientales que determina
obligaciones de los sectores públicos y privados en el ámbito ambiental y en
colaboración con el ente regulador que es el Ministerio del Ambiente forjan un
ambiente sostenible y sustentable, permitiendo cumplir con regulaciones
ambientales determinadas para América Latina y el Caribe e internacionales (12).
El TULSMA, considera en el anexo 1, tabla 8, los límites de parámetros de descarga
al sistema de alcantarillado público, en la tabla 9 límites de descarga a un cuerpo de
agua dulce, en la tabla 10 los de descarga a un cuerpo de agua marina (a. Descarga
en zona de rompientes; b descargas mediante emisarios submarinos). Siendo para
todos los casos el parámetro de 0,5 mg/l. de Cr/l. Ver anexos 1, 2, 3.; y que cumple
con lo establecido en la Organización Mundial de la Salud (OMS) referentes límites
máximos para el parámetro de cromo total en aguas de bebidas (13).
27
CAPÍTULO III
3.1 TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE LOS EFLUENTES PROVENIENTES DE LA
INDUSTRIA DE CROMADO
Hoy en día debido a la presencia de compuestos tóxicos como: plomo, mercurio,
arsénico, cadmio y cromo (VI) en los recursos naturales y la afectación evidente al
ambiente y la salud, se plantean desde la ciencia y la industria diversas alternativas
de tratamiento que permitan remover metales pesados de esta clase con eficacia,
sin dejar de lado las ventajas y desventajas a la hora de implementarlos.
Dentro de las ventajas y desventajas se deben considerar la racionalización del uso
de agua para los procesos de:
• Enjuague y de fabricación.
• Recuperaciones de sales
• Recuperación del ácido de los baños de decapado.
• Costo
• Porcentaje de remoción del cromo hexavalente.
Los sistemas convencionales y los alternativos considerados para la remoción de
metales pesados son los tratamientos terciarios, aplicados para remover
contaminantes inorgánicos, ya que los de pretratamiento, tratamiento primario y
secundario son aplicados principalmente para remoción de carga orgánica, sólidos
suspendidos, aceites y grasas.
Los tratamientos terciarios complementan los procesos de tratamiento del agua
residual, removiendo compuestos o sustancias de importante incidencia en la
28
calidad de las aguas, entre ellos: huevos y quistes de parásitos, sustancias tenso
activas, nitratos y fosfatos, bacterias y virus, algas, sólidos totales y disueltos,
metales pesados y compuestos inorgánicos; permitiendo conseguir efluentes que
pueden ser reutilizados en otras actividades tales como: recreación, acuíferos, agua
industrial, entre otros.
Entre estos métodos de tratamientos terciarios se encuentran los métodos
convencionales: ósmosis inversa, electrodiálisis, ultrafiltración, intercambio iónico,
precipitación química y los métodos no convencionales: Bio-absorbentes, sistemas
vivos (microorganismos y plantas) (10). La eficiencia de sistemas terciarios
convencionales utilizados para la remoción de metales pesados en tratamiento de
aguas residuales industriales es alta con un porcentaje entre el 90 y 99%, sin
embargo, es limitada por el alto costo relacionado a la construcción, operación y
mantenimiento de estos sistemas (14).
3.2
PRECIPITACIÓN QUÍMICA
La precipitación química consiste en la formación de un compuesto insoluble al
reaccionar el compuesto indeseado (metal) con un agente precipitante que se
adiciona al agua residual. Este tipo de tratamientos ha sido ampliamente utilizado
para la eliminación de metales pesados como arsénico, cadmio, cromo, cobre,
plomo, mercurio, níquel y zinc.
El cromo VI se encuentra generalmente en forma de un compuesto aniónico que no
precipita fácilmente con los métodos tradicionales de precipitación química, por esta
razón, para la eliminación de este metal pesado altamente contaminante, en primer
29
lugar se adiciona un agente reductor como el sulfato ferroso (FeSO
4
) para reducir el
cromo VI a cromo III y posteriormente se agrega una base, que puede ser cal, para
provocar la precipitación en forma de hidróxido (15).
Las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes:
Ecuación 8
Ecuación 9
La precipitación química se ha caracterizado por ser una técnica efectiva y simple,
con bajos costos de operación. Se puede remover hasta un 99 % del cromo
presente en el agua residual (16). Sin embargo, presenta desventajas como la
generación de gran cantidad de lodos de difícil y costosa disposición y la
disminución de la eficiencia de remoción en aguas con bajo pH y con presencia de
otros iones. Adicionalmente, la precipitación no es eficiente cuando la concentración
del analito es muy baja.
3.2.1
BALANCE DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO
PRECIPITACIÓN QUÍMICA.
Para evaluar la eficiencia de cada una de las técnicas estudiadas en este trabajo se
plantea un esquema de cada una de ellas con su respectivo balance de masa, en el
que se considera sólo el Cr (VI) como componente principal en el efluente de agua
residual a tratar. Para definir la concentración de cromo inicial del efluente
contaminado se tomó en consideración lo reportado en diferentes investigaciones
sobre la caracterización de efluentes de diversas empresas de cromado. Dicha
información se presenta en la Tabla 1.
30
Tabla 1: Caracterización de efluentes de la industria de cromado.
Empresa
mg/L Cr (VI)
País de la industria
muestreada
Referencia
1
0,88
Ecuador
(17)
2
30,00
Ecuador
(18)
3
1,00
Estados Unidos
(13)
4
20.70
-
(13)
5
75,40
-
(13)
Analizando los datos presentados en la tabla 1, se tomó la concentración más alta de
cromo (75,4 mg/L) por ser el peor escenario de contaminación. Esta concentración
será la referencia para los balances de masas de todas las tecnologías que se
estudiarán posteriormente. Es importante resaltar que dependiendo del tipo de
industria y del flujo, la concentración de cromo en el agua residual varía. Este tipo de
industria va desde pequeñas industrias que realizan trabajo a pequeña escala, hasta
medianas y grandes industrias que se encargan por ejemplo del proceso de
cromado de línea blanca y electrodomésticos. Por esta razón los valores presentados
en la tabla anterior son tan diferentes entre sí.
En este sentido, en la Figura 4 se plantea un esquema de tratamiento de las aguas
residuales con su respectivo balance de masa. Este esquema incluye dos etapas, la
primera es una etapa primaria de sedimentación que tiene por finalidad remover
partículas como óxidos e hidróxidos que se forman durante el proceso de
electrodeposición y que deben ser eliminadas antes de las etapas de tratamiento
siguientes para evitar problemas que afecten el funcionamiento de los equipos, así
como también para cumplir con la normativa establecida para este parámetro. La
31
segunda etapa consiste en un proceso de precipitación química como alternativa
para la remoción del cromo hexavalente.
Figura 4: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado con 75,4 mg/L de Cr (VI), tratada con precipitación química
.
Al analizar la concentración de cromo del efluente tratado por precipitación química
se puede notar que el mismo
no
cumple
con lo establecido en el TULSMA, donde se
indica que la concentración máxima permitida de cromo hexavalente en aguas que
vayan a ser descargadas al sistema de alcantarillado, a un cuerpo de agua dulce o a
un cuerpo de agua salada no debe ser superior a
0,5 mg/L
. Sin embargo, es muy
próximo al valor límite. Aguas residuales con concentraciones inferiores a 50 mg/L
pudieran ser tratadas con esta técnica logrando ajustarlas a la normativa.
3.3
INTERCAMBIO IÓNICO
Es un método físico-químico que consiste en la eliminación del contaminante del
agua cuando pasa a través de una resina de intercambio iónico, en donde se
intercambian los iones de contaminante por otros que se encuentran unidos a las
partículas de una resina.
Reactor de Precipitación
Agente Precipitante
6FeSO4 + 3Ca(OH)
2
Decantador
Lodos (Metales)
Efluente Tratado
0.75 ppm Cr (VI)
% Remoción: 99%
Efluente Contaminado
75.4 mg/L Cr (VI)
Lodos
Sedimentador
Primario
32
Regularmente en la resina son cambiados los iones hidronio por cationes y los iones
hidroxilo por los aniones (10). Posteriormente los contaminantes son recuperados de
la resina por medio de regeneración química con álcalis o ácidos (7). En la siguiente
Figura 5 se ilustra el proceso de intercambio iónico de iones calcio por los iones
sodio unidos a la resina.
Figura 5: Intercambio iónico
(19)
.
El proceso de intercambio iónico es rápido, reversible, selectivo y muy utilizado
debido a sus numerosas ventajas tales como la alta capacidad de tratamiento de
efluentes de aguas residuales, rápida cinética y alta eficiencia de eliminación de
contaminantes cuando estos están presentes en concentraciones relativamente
bajas. Esto permite cumplir con las especificaciones más estrictas de descarga. Su
principal desventaja son los elevados costos de operación comparado con otros
tipos de tratamiento.
En esta técnica son utilizadas resinas sintéticas y naturales, siendo las sintéticas las
de mayor aplicación, gracias a su eficiencia en la eliminación de metales pesados en
soluciones (16). El proceso es afectado por variables como: la temperatura, el pH,
33
tiempo de contacto, la concentración inicial del metal. También la carga iónica juega
un rol importante en el proceso de intercambio de ion (16).
Han sido varias las resinas estudiadas para la remoción de cromo (VI) de efluentes
de la industria de cromado. Algunas de ellas han sido evaluadas en aguas sintéticas
y otras en aguas reales mostrando excelentes resultados. Por ejemplo, el Dowex 2-
X4, resina fuertemente básica, se ha estudiado en aguas reales, mostrando una
eficiencia de remoción del 100% de este metal (13).
Independientemente de la resina empleada, el proceso de remoción del cromo
hexavalente ocurre de la siguiente manera: se hace pasar un flujo de agua
contaminada a través de la resina, esta resina normalmente puede ser una resina
natural inorgánica de zeolita o una resina sintética de intercambio aniónico de base
fuerte o débil. Los iones Cr (VI) se unen a la resina desplazando los iones de la
misma, normalmente iones Cl
-
u OH
-
, hasta saturar la resina, momento en el cual es
necesaria la regeneración de la misma. Para regenerarla se trata con NaOH y sal
alcalina, el cromo se obtiene entonces de manera concentrada o se recupera para
ser reutilizado en el proceso de cromado. Durante este proceso es indispensable
controlar variables como el pH. Se recomienda trabajar a pH bajos para que el Cr
(VI) esté presente mayormente como HCrO
4
-
y Cr
2
O
7
2-
(16).
La tabla 2 muestra resultados de fijación de cromo hexavalente reportado en
algunas investigaciones utilizando diferentes resinas de intercambio iónico.
34
Tabla 2: Eficiencia de remoción de cromo hexavalente empleando diferentes resinas
de intercambio iónico (13).
Intercambiador
de Ion
Naturaleza de
la resina
Dosi
s
(g/l)
Conc.
Inicial
(mg/L)
p
H
Sistema
Agua
Residual
Capacida
d
(mg/g)
Eficiencia
de
Remoción
Dowex 2-X4
Resina
fuertemente
básica con
trimetilbenzil-
amonio como
grupo activo
–
9.8
–
Continu
o
Real
–
100.0
Ambersep 132
Fuertemente
básica
0.4
750.0
–
Bache
Sintétic
o
92.1
–
Resina (Tipo H)
10.0
750.0
–
Continu
o
Sintétic
o
100.0
–
Resina impregna-
da con solvente
aliquat 336
Una resina acida
basada en
polímero
hidrofílico
1.0
0.1
5.
0
Bache
Sintétic
o
38.0
99.5
3.3.1
BALANCE DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO
INTERCAMBIO IÓNICO.
Tomando en cuenta la resina Dowex 2-X4 por ser 100 % efectiva en la remoción de
cromo hexavalente, se presenta a continuación el balance de masa empleando
intercambio iónico (Ver
Figura 6
). Para todas las técnicas analizadas en esta
investigación se muestra una etapa de tratamiento común (sedimentación primaria),
ya que es necesaria la eliminación de los sólidos en suspensión antes del
tratamiento terciario.
35
Figura 6: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria
de cromado con 75,4 mg/L de Cr (VI), tratada con intercambio iónico usando
resina Dowex 2-X4.
Evidentemente esta técnica permite cumplir con la regulación establecida ya que la
concentración de cromo en el efluente tratado es de 0 ppm.
3.4
ADSORCIÓN
Se entiende por adsorción a la propiedad de algunos materiales de fijar en su
superficie moléculas extraídas de la fase líquida o gaseosa en contacto con ellos
como se muestra en la Figura 7 (20).
Figura 7: Proceso de Adsorción (9).
Efluente Contaminado
Efluente Tratado
0 mg/L Cr (VI)
% Remoción: 100
Dowex 2-x4
75.4 mg/L Cr (VI)
Torre de Intercambio
Iónico
Lodos
Sedimentador Primario
ADSORBENTE
MOLECULAS
36
La adsorción es un fenómeno de transferencia de masa que depende de la
capacidad absorbente de la sustancia concreta y de la concentración de la impureza
a absorber (20). Se produce a través de tres mecanismos básicos:
ü Mediante fijación por fuerzas de Van der Walls.
ü Mediante absorción química entre grupos de diferente polaridad.
ü Mediante una acción biológica debido al crecimiento bacteriano sobre el
lecho carbonoso, si el carbón activado se usa como relleno de unidades de
filtración (20).
La adsorción es considerada un método eficaz, económico, rentable para el
tratamiento de aguas residuales de metales pesados y a la vez ofrece flexibilidad en
el diseño y operación, logrando en muchos de los casos efluentes tratados de alta
calidad (16).
Estudio realizado a escala piloto reporta rapidez en el procedimiento, con una
cinética de eliminación para el Cr (VI) por medio de varios solventes siguiendo el
comportamiento de una ecuación de velocidad de primer y segundo orden (21).
3.4.1
CARBÓN ACTIVADO
El absorbente más estudiado en aguas residuales es el carbón activado (AC) debido
a su excepcional área superficial (entre 500 y 1500 m
2
/g), y al tamaño de sus poros
(20). Basado en su tamaño y su forma, el carbón activado se clasifica en: carbón
activado en polvo (PAC), carbón activado granular (GAC), carbón activado fibroso
(ACF) y carbón activado revestido (ACC). Además de esto, existen dos fuentes de
AC disponibles, el AC obtenido a base de carbón comercial y el obtenido a partir de
37
otras materias primas como la cáscara del coco, avellanas, la madera y la arena de
aves de corral. Estos últimos son más económicos, convirtiéndolos en unos
adsorbentes más viables en el tratamiento de aguas residuales. Cada tipo de carbón
activado tiene su aplicación específica, así como ventajas y desventajas en el
tratamiento de las aguas residuales (13). Ejemplo de ello es el carbón activado a
partir de la arena de aves de corral que posee una capacidad de adsorción de
metales pesados superior que el comercial.
Se han realizado muchas investigaciones a partir del carbón activado tratando de
determinar la adsorción del Cr (VI) en donde el mecanismo de remoción está
determinado por la reducción del cromo hexavalente (VI) a Cr (III), seguido por la
adsorción de este (13). Dichas investigaciones han reportado resultados favorables
en el proceso de remoción de este metal contaminante. En la Tabla 3 se muestra la
capacidad de adsorción de cromo (VI) para diferentes tipos de carbón activado
reportados en algunas de ellas.
Tabla 3: Capacidades de adsorción de cromo (VI) para diferentes tipos de carbón
activado (13).
De acuerdo
a su
Clasificación
Carbón
Activado
mg
Cr
6+
/g
Área de
Superficie
pH
Conc.
Inicial
(mg/l)
Sistema
de
Adsorción
Agua
Residual
Tamaño y
forma
PAC
390.00
1264
2.0
–
Batch
Sintética
145.00
–
2.5 -
3.0
–
Batch
Sintética
GAC-
Filtrasorb 400
0.18
–
–
–
Batch
Sintética
53.19
832
2.0
–
Batch
Sintética
GAC-LB 830
0.13
–
–
–
Batch
Sintética
ACF
40.00
–
–
–
Batch
Sintética
Materia prima
utilizada
Carbón
Bituminoso
7.0
950
5.0 -
8.0
25
Batch
Sintética
Cascara de
coco
6.0
1,280
3.0 -
4.0
120
Batch
Sintética
38
Madera
5.1
1,700
2.0
120
Batch
Sintética
Polvo de
carbón
4.4
1,120
3.0 -
4.0
120
Batch
Sintética
Cascara de
avellana
170.0
441
1.0
1,000
Batch
Sintética
Cascara de
coco
20.0
–
2.5
50
Batch
Sintética
Cascara de
avellana
17.7
–
2.0
30
Batch
Sintética
Nuez de
Terminalia
arjuna
28.4
1,260
1.0
10
Batch
Sintética
Aserrín de
madera
de caucho
44.1
1,673
2.0
–
Batch
Sintética
Carbones
Activados
comerciales
Carbón
activado, FS-
100
69.30
–
3.0
–
Batch
Sintética
Carbón
activado, GA-
3
101.40
–
3.0
–
Batch
Sintética
Carbón
activado, SHT
69.10
–
3.0
–
Batch
Sintética
Carbón
activado, F-
400
48.50
–
2.0
60
Batch
Sintética
Carbón
activado
fabricado de
paño
22.29
–
2.0
50
Batch
Sintética
PAC: Carbón activado en polvo; GAC: Carbón activado granular; ACF: Carbón activado fibroso; ACC: Carbón activado
revestido.
La técnica de adsorción con carbón activado es relativamente costosa y de allí el
interés por la utilización de residuos agrícolas, sustancias naturales y subproductos
industriales como alternativa de adsorbentes más económicos y eficientes.
3.4.2
BIOADSORBENTES
Debido al alto costo del carbón activado, las investigaciones se han enfocado en
encontrar adsorbentes de bajo costo que sean eficientes en la remoción de metales
pesados de los efluentes industriales. Muchas publicaciones (9), (10), (13), (16), (22),
39
(23), (24), han de mostrado que adsorbentes obtenidos a partir de desechos
agrícolas, subproductos industriales y sustancias naturales muestran una alta
eficiencia en la remoción de cromo hexavalente. Estos compuestos, debido a su
naturaleza reciben el nombre de bioadsorbentes.
La Bioadsorción es un proceso de tratamiento alternativo que utiliza la adsorción
para la captación de diversas especies químicas a través de una biomasa. Este
tratamiento de adsorción poco convencional contempla una fase sólida-biomasa
(sorbente o adsorbente) que es el material que absorbe la sustancia y una fase
líquida (solvente) que contiene las especies disueltas (adsorbatos), los cuales van a
ser retenidas por el sólido.
Una de las mayores ventajas del tratamiento por medio de bioadsorbentes es su alta
efectividad en la reducción de metales pesados y el bajo costo de los adsorbentes
de origen biológico ya sean vivos o muertos (16), los cuales son considerados
desechos dejados en abandono que tienen un impacto negativo a los ecosistemas
(22).
Los bioadsorbentes típicos pueden provenir de varias fuentes:
a)
Biomasas no vivientes:
desechos agrícolas, subproductos industriales, y
desechos y sustancias naturales; entre ellas se encuentran corteza la lignina,
cáscara de cangrejo, calamar, camarón, aserrín, cáscara de huevos, cáscara
de semillas negras, cáscara de café, cáscara de cítricos, geles de pectina de
40
remolacha azucarera. corteza del árbol de pirul, la cáscara de tamarindo,
cáscara de plátano, cáscara de limón, el quitosano entre otros.
b)
Biomasas de algas.
c)
Biomasa microbiana:
Bacterias, hongos y levaduras (22).
Han sido muchos las investigaciones realizadas sobre la utilización de biomasa viva
y/o muerta, sin embargo, la mayoría de ellos han prestado especial interés en la
biomasa muerta debido a sus ventajas económicas y de mantenimiento, de facil
acceso, y excelente capacidad de adsorción. Evita la necesidad del uso de
nutrientes, problemas de toxicidad y la interrupción del proceso por la muerte de la
biomasa debido a las altas concentraciónes de contaminantes en el interior de las
mismas (22).
Los bioadsorbentes pueden ser empleados tal y como se encuentran naturalmente o
pueden ser modificados para mejorar su capacidad de adsorción y para evitar
problemas como alta demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de
oxígeno (DBO) y compuestos orgánicos totales (TOC), los cuales disminuyen el
oxígeno del agua produciendo problemas en los cuerpos donde son descargados.
En la Tabla 4 se muestran los porcentajes alcanzados de remoción de cromo (VI) de
algunos bioadsorbentes agrícolas e industriales.
41
Tabla 4: Capacidades de Adsorción de algunos bioadsorbentes agrícolas e
industriales empleados para la remoción de cromo (VI) (13).
BIOADSORBENTE
% REMOCIÓN
Cr (VI)
pH
SISTEMA DE
ADSORCIÓN
AGUA
RESIDUAL
Cáscara de avellanas
99.4
1.0
Batch
Sintética
98.9
2.0
Batch
Sintética
97.8
3.0
Batch
Sintética
Lana
69.3
2.0
Batch
Sintética
5.8
5.0
Batch
Sintética
Aserrín
53.5
2.0
Batch
Sintética
13.8
5.0
Batch
Sintética
Agujas de pino
42.9
2.0
Batch
Sintética
13.0
5.0
Batch
Sintética
Cáscara de almendras
23.5
2.0
Batch
Sintética
2.3
5.0
Batch
Sintética
Carbón
23.6
2.0
Batch
Sintética
2.4
5.0
Batch
Sintética
Cactus
19.8
2.0
Batch
Sintética
8.2
5.0
Batch
Sintética
Cáscara de nuez
85.3
3.5
Batch
Sintética
Cáscara de tamarindo
151.5 mg/g
3.0
Batch
solución
acuosa
Espiga de arroz
3.15 mg/g
Batch
Sintética
Cáscara de plátano
131.56 mg/g
Batch
Sintética
Semillas de girasol
7.9 mg/g
Batch
Sintética
Aserrín natural
41.5 mg/g
1.0
Batch
Sintética
Lignina
31.6 mg/g
2.0
Batch
Sintética
Quitosano
273 mg/g
4
–
–
Quitosano sin vinculo
cruzado
80 mg/g
5
Batch
Sintética
Quitosano con vinculo
cruzado
50 mg/g
5
Batch
Sintética
Quitosano basado en
surfactantes
poliméricos
180 mg/g
5.3
Batch
Sintética
Perlas de Quitosano
625 mg/g
3
Batch
Sintética
42
modificada
químicamente
Escamas de Quitosano
modificada
químicamente
256 mg/g
3
Batch
Sintética
Sal cuaternaria de
Quitosano
68 mg/g
4.5
Batch
Sintética
La bioadsorción si bien hasta el momento sólo se ha estudiado a nivel de laboratorio
y no a nivel industrial, es una técnica prometedora que aún sigue en estudio. Entre
sus ventajas están: la alta eficiencia, bajo costo, minimización de productos
químicos, lodos biológicos, y en algunos casos no requiere la regeneración del
bioadsorbente (22).
En resumen, Figura 8 los adsorbentes estudiados para la remoción de cromo (VI) de
aguas residuales se muestran a continuación:
Figura 8: Clasificación de los adsorbentes utilizados en remoción de Cr (VI).
Adsorbente
Carbón Activado
Carbón Activado
en Polvo (PAC)
Carbón Activado
Granular (GAC)
Carbón Activado
Fibroso (ACF)
Carbón Activado
Revestido (ACC)
Bioadsorbentes
Biomasa No Viva
Biomasa Viva
Biomasa de Algas
Biomasa
Microbiana
43
3.3.3 BALANCE DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO BIOADSORCIÓN.
Considerando que la bioadsorción con biomasa no viviente muestra mayores
ventajas en comparación con los demás adsorbentes disponibles, se plantea el
balance de masa para esta técnica tan prometedora. Adicionalmente, como en la
tabla 4 se observa que el bioadsorbente con mayor porcentaje de remoción es la
cáscara de avellanas, reportando un 99,4% en un proceso batch a pH 1 (13), el
balance se realiza evaluando la eficiencia de este bioadsorbente (Ver
Figura 9
).
Figura 9: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado con 75,4 mg/L de Cr (VI), tratada con adsorción con cáscara de avellanas.
En la figura 9 se puede observar que se logra reducir la concentración de cromo VI
de 75.40 mg/L a 0.45 mg/L, alcanzando una concentración con un valor inferior al
establecido en la normativa.
3.5
TECNOLOGÍA CON MEMBRANAS
Torre de Adsorción
75.4 mg/L Cr (VI)
Efluente Tratado
0.45 ppm Cr (VI)
% Remoción: 99.4%
Adsorbente Fresco
Adsorbente Agotado
Efluente Contaminado
Cáscara
de
Avellanas
Lodos
44
Las tecnologías de filtración con membranas por su alta eficiencia, ahorro de
espacio, y fácil operación es una excelente opción para la remoción de metales de
las aguas residuales de procesos industriales, especialmente en la recuperación de
sales metálicas resultado de procesos de galvanoplastia (24). Actualmente las
membranas se han convertido en técnicas competitivas para las técnicas
convencionales, sin embargo, a pesar de ser considerado novedoso, es caro ya que
trabaja a altas presiones (entre 400 y 800 psi) y el costo de las membranas puede
representar más del 50% del valor del equipo.
El principio de funcionamiento es bastante simple, la membrana actúa como un
filtro muy específico que deja pasar el agua mientras que retiene los sólidos
suspendidos y otras sustancias que no pueden atravesar la misma. Las sustancias
que atraviesan la membrana lo hacen por diferencia de presión transmembrana.
La filtración con membranas se clasifica de acuerdo al tamaño del poro en
microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) y osmosis inversa (RO).
Dicha clasificación define el factor de retención o de separación así como la
productividad. En la Figura 10 se muestra el tamaño de poro para cada tipo de
membrana y el tipo de sustancia que es capaz de retener (25).
45
Figura 10: Clasificación de las membranas según su diámetro de poro (25).
De los cuatro tipos de membranas disponibles, la UF, NF y la RO son las de interés
en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con cromo, ya que la MF
resulta ser una membrana con un tamaño de poro muy grande que permite el paso
de los iones cromo, tales como el CrO
4
2-
y el HCrO
4
-
.
La remoción de metales pesados por estos tratamientos alcanza porcentajes
superiores al 90%. Sin embargo, esta tecnología por su costo de recursos limita su
implementación en el tratamiento de aguas residuales sólo de grandes complejos
industriales (16).
3.5.1
ULTRAFILTRACIÓN.
Técnica mixta de características de filtración normal y de ósmosis inversa. La
ultrafiltración (UF) es una técnica de separación con membranas que permite la
remoción de metales, macromoléculas y sólidos suspendidos, gracias a la aplicación
de presiones de hasta 145 psi. Permite la eliminación de compuestos con pesos
moleculares comprendidos entre 1.000 y 100.000 g/mol (23).
La ultrafiltración por sí sola no es una técnica eficiente en la remoción de Cr (VI) en
aguas residuales ya que, en algunos casos, al ser el tamaño de los poros de las
membranas mayores que los iones metálicos disueltos, permite que pasen
fácilmente. Se ha propuesto algunas mejoras que aumentan la eficiencia de
46
retención del cromo mediante UF, como la adición de ligandos o surfactantes al
agua, previo a la filtración con las membranas. La adición de ligandos promueve la
formación de complejos macromoleculares con los metales, los cuales son retenidos
con mayor eficiencia en el proceso de ultrafiltración.
El cloruro de hexadecilpiridina ha sido usado como ligando en pruebas de remoción
de cromo hexavalente en aguas residuales alcanzando una remoción del 98 % del
mismo (26)
.
Así mismo se han empleado polímeros solubles en agua como el
AMICO 8400 para acomplejar el ion metálico, reportándose porcentajes de
remoción entre el 82 y el 100 % a diferentes pH (16). Por otra parte, la adición de
surfactantes, en cantidad suficiente para alcanzar la concentración micelar crítica
(CMC), hace que los surfactantes se agreguen en micelas uniendo a su estructura a
los iones metálicos, formando estructuras metal-surfactante más grandes, las cuales
pueden ser retenidas por una membrana de UF, con tamaño de poro más pequeño
que la micela.
Para lograr una eficiencia alta de retención de iones a eliminar se requiere aplicar un
surfactante con carga opuesta a la de los iones a remover. Sin embargo, la eficiencia
de remoción está determinada por las características y concentraciones de los
metales y tensoactivos, así como la fuerza iónica y parámetros relacionados con el
funcionamiento de la membrana y pH de la solución (16).
3.5.2
NANOFILTRACIÓN.
Es un proceso intermedio entre la ultrafiltración y la osmosis Inversa, considerada
una tecnología prometedora en el tratamiento de remoción de metales pesados en
47
aguas residuales, entre ellos el cromo (16). Utiliza membranas con poros muy
pequeños, menores a 1nm, y son capaces de retener especies neutras con peso
molecular en el rango de 200 hasta 300 g/mol (24).
Las membranas de nanofiltración pueden presentar un segundo mecanismo de
separación, causados por los efectos de carga posterior a la disociación de los
grupos de superficie de la membrana, entre estos los ácidos carboxílicos y los
sulfonados. Estos grupos al disociarse crea una carga superficial normalmente
negativa, en consecuencia, producen una fuerza repulsiva hacia los aniones, sobre
todo para los aniones divalentes, dejando pasar a través de la membrana a los iones
monovalentes (21). Este segundo mecanismo depende de los parámetros de la
solución a tratar tales como: pH y concentración de alimentación.
Lazaridis y col. (15) estudiaron la influencia del pH sobre el porcentaje de remoción
de Cr (VI) en muestras acuosas encontrando que al aumentar el pH aumentaba el
porcentaje de remoción del mismo, lo cual fue atribuido al cambio de la especie de
cromo, de ion monovalente HCrO
4
-
a ion divalente CrO
4
2-
. En esta investigación se
logró remover más del 90% de los iones cromo presentes en la solución (21).
Muthukrishnan y col. (15) también evaluaron el efecto del pH y la concentración de
la solución alimentada sobre la eficiencia de remoción de cromo usando la NF,
logrando alcanzar valores de hasta 99,5%.
Los mecanismos de transporte en las membranas de nanofiltración aún no son bien
comprendidos, a pesar de sus diversas aplicaciones, existiendo investigaciones que
abordan el comportamiento de rechazo de las membranas de nanofiltración en
48
función del tamaño de poros, coeficientes de difusión, concentración de
polarización, utilizando concentraciones de situaciones medioambientales reales
(21).
La NF se muestra como una técnica prometedora dentro de las técnicas con
membranas ya que es más eficiente que la UF y requiere menor presión de
funcionamiento, mayor flujo y menor consumo de energía que la RO.
3.5.3
OSMOSIS INVERSA.
Tratamiento de filtración que utiliza membranas semipermeables que permite el
paso del fluido tratado y eliminando una amplia gama de especies disueltas en el
agua entre ellas los contaminantes (Ver Figura 11). Puede seleccionar elementos de
tan solo 0.0001mm (24). Es considerado de alta eficiencia, capaz de remover hasta
el 99.5% de la contaminación (16). La principal ventaja que presenta esta técnica es
la posibilidad de ajustarse a los estándares más rigurosos de descarga de agua, así
como también la posibilidad de recuperar los metales de forma concentrada para
ser reutilizados. Entre sus desventajas está el alto consumo de energía utilizado en
las presiones de bombeo, altos costos de los equipos y necesidad de reposición de
membranas.
49
Figura 11: Proceso de Osmosis inversa (9).
La aplicación de Osmosis inversa ha sido usada en el tratamiento de agua de
enjuague de industria de galvanoplastia, permitiendo con éxito la recuperación de
soluciones concentradas de la sal del metal y su reúso. Las membranas más
utilizadas en el tratamiento de Cr (VI) de efluentes son las compuestas de poliamida
(9).
3.5.4
ELECTRODIÁLISIS.
Además de los tratamientos con membranas expuestos anteriormente, existe otra
técnica que combina el uso de membranas con la electroquímica. Esta técnica se
denomina
electrodiálisis
. La electrodiálisis es una técnica de separación que
combina efecto osmótico y electrolítico utilizando membranas selectivas para iones,
dispuestas de manera alternativa en una pila de electrodiálisis, por la cual se hace
circular una corriente continúa aprovechando la propiedad de los iones en solución
acuosa de migrar y que contribuye a la transmisión de los iones a través de las
membranas separando especies iónicas (7). En este proceso los iones negativos se
desplazan hacia el ánodo y los iones positivos hacia el cátodo, generando el
concentrado
(solución concentrada de iones durante el proceso de electrodiálisis) y
50
la solución
diluida
(solución con disminución de la concentración de iones). Esta
técnica permite la remoción de iones contaminantes cargados de hasta 0.0001 μm.
Entre las aplicaciones de la electrodiálisis se encuentran la desalinización de agua
salobre, recuperación de sal a partir de agua de mar, industria alimentaria y
remoción y reutilización de metales pesados en diferentes efluentes industriales (7).
En la revisión de informes de investigaciones donde han utilizado la técnica de
electrodiálisis para remover Cr (VI) muestran resultados de eficiencia en la remoción
superior al 90% y en solución sintética con características similares a las presentes en
las aguas residuales industriales de industria de cromado reportan que el proceso se
hace más eficiente considerando parámetros de la soluciones: menor concentración
(10mg/L), mayor voltaje (60V) y a más bajo pH (3), porcentaje de remoción del 99%
(7). Sin embargo, para concentraciones de Cromo en muestra real durante proceso
de electrodiálisis de agua residual utilizando 20V y 100 L/h. se reporta remoción del
99.99 % Cr (VI) (7).
Este procedimiento tiende a ser costoso, necesitando gran inversión económica en
la capacitación del personal, y alto costo operacional en recuperación de membrana
(10). Sin embargo ofrece alta selectividad de separación y se vuelve una excelente
alternativa en tratamiento de aguas residuales del cromado (23).
En la Figura 12 se ilustran los principios en los que se basa la electrólisis.
51
Figura 12: Principios de la Electrodiálisis. CM- Membrana de intercambio catiónico;
D- Cámara de dilución, y e2 Cámara de electrodo, AM- Membrana de intercambio
aniónico, K- Cámara de concentrado (23).
3.5.5
BALANCE DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO MEMBRANAS.
Dentro de los tratamientos con membranas, la nanofiltración y la electrodiálisis
resultan ser las técnicas más adecuadas a considerar para el tratamiento de aguas
residuales provenientes de la industria de cromado. La nanofiltración resulta ser más
eficiente que la ultrafiltración y menos costosa que la ósmosis reversa, logrando el
mismo porcentaje de remoción que ésta última. Así mismo, la electrodiálisis, a pesar
52
de ser una técnica costosa, alcanza altos porcentajes de remoción de cromo
hexavalente, permitiendo la reducción de la concentración de este analito hasta
valores muy por debajo de los establecidos en la normativa ecuatoriana y su
reutilización dentro del proceso de cromado.
Por lo antes expuesto estas dos técnicas son las que van a ser consideradas en la
realización del balance de masa para evaluar la eficiencia en la remoción de cromo
(VI) por membranas. Las Figura 13 y
Figura 14
muestran los balances para cada una de
estas técnicas.
Figura 13: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado con 75,4 mg/L de Cr (VI), tratada con nanofiltración.
Figura 14: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado con 75,4 mg/L de Cr (VI), tratada con electrodiálisis.
75.4 mg/L Cr (VI)
Efluente Tratado
0.38 mg/L Cr (VI)
% Remoción: 99.5%
Efluente Contaminado
Nanofiltración
Concentrado
Sedimentador Primario
Lodos
75.4 mg/L Cr (VI)
Diluido
Efluente Tratado
0.008 mg/L Cr (VI)
% Remoción: 99.99%
Efluente Contaminado
+ -
C
D
Concentrado
Electrodializador
Lodos
Sedimentador Primario
53
Ambas técnicas de tratamiento con membranas son eficientes en el tratamiento de
aguas residuales de la industria de cromado, sin embargo, la electrodiálisis resulta
ser una excelente alternativa ya que además de reducir la concentración de cromo
hexavalente hasta valores muy por debajo de lo establecido en la normativa, permite
pre concentrar el mismo ya que se maneja menor volumen de recirculado con mayor
concentración de cromo.
Esto permite retornar el cromo nuevamente a los baños de galvanoplastia lo que se
traduce en una reducción de costos para la empresa, pues se recupera la materia
prima.
3.6
TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS
La electroquímica es considerada un método alternativo para el tratamiento de agua
residual industriales tóxicas o de todas aquellas formadas por soluciones de iones
metálicos. Cuyo proceso es una herramienta en estas actividades para recuperar
metales pesados antes de la disposición del efluente al drenaje, debido a que
muchos de los compuestos presentes en esas aguas son electroactivos, teniendo la
posibilidad de ser tratados por proceso electroquímico (27).
Algunas de las ventajas que muestran los métodos electroquímicos en el tratamiento
de contaminantes industriales sobre las técnicas convencionales son la
compatibilidad ambiental, versatilidad, eficiencia de energía, seguridad,
selectividad, automatización y relativo bajo costo si el reactor se encuentra diseñado
apropiadamente (27).
54
Entre las técnicas electroquímicas disponibles y estudiadas, las de mayor relevancia
para remoción de cromo (VI) son: la electrólisis de membrana, precipitación
electroquímica y electrocoagulación.
3.6.1
ELECTRÓLISIS CON MEMBRANA O ELECTRO – ELECTRODIÁLISIS (EED).
Es una técnica que combina características de electrodiálisis y electrolisis al mismo
tiempo. Además de la separación de los iones que se logra cuando los mismos son
transportados a través de las membranas selectivas de iones al aplicar un campo
eléctrico, también ocurren reacciones de óxido-reducción en los electrodos.
Este tipo de procedimiento ha sido empleado principalmente como una alternativa
para la recuperación de los baños de cromado puesto que permite la oxidación del
cromo (III) a cromo (VI) que es la forma activa del ácido crómico, además de la
eliminación de metales contaminantes como el níquel y el hierro por precipitación.
La purificación de los baños de cromo muestra beneficios tanto ambientales como
económicos ya que se alarga la vida útil del baño de cromado, así como también se
reducen las descargas de desechos peligrosos. La principal desventaja de este
método es la degradación química de las membranas debido al proceso de
oxidación del cromo (28).
3.6.2
PRECIPITACIÓN ELECTROQUÍMICA O ELECTRODEPOSICIÓN.
55
La electrodeposición es un proceso sencillo electroquímico, usado para recuperar
metales en forma pura y selectiva por reducción eléctrica. En este proceso los
metales se encuentran en una solución acuosa y por acción de una corriente
eléctrica reduce los cationes; induciendo la precipitación de estos sobre el cátodo
de la celda (objeto conductivo) (29).
Específicamente, el principio de remoción de cromo hexavalente por precipitación
electroquímica consiste en la reducción del cromo VI a su correspondiente hidróxido
u óxido usando el Fe
2+
formado en el ánodo y el OH
-
generado en el cátodo.
Generalmente el Cr (VI) es reducido a Cr (III). Posteriormente, el Cr (VI)/Fe (III)
precipitan debido al incremento de pH producido por la generación de OH
-
. La
reducción y precipitación ocurren simultáneamente sin la adición de ningún agente
químico, a menos que el proceso se lleva a cabo en una solución fuertemente
acidificada. Las reacciones que se llevan a cabo se muestran a continuación (30).
Ecuación 10
Ecuación 11
+ Ecuación 12
La electrodeposición presenta la ventaja de permitir reacciones controladas y
rápidas, pudiendo realizarse en un sistema pequeño, evitando el uso de productos
químicos y microrganismos, con la utilización de electrones para el tratamiento de
aguas (31), lo que se traduce en un costo de operación bajo, uso simple y compacto.
Además, permite la recuperación del metal en su forma más pura.
56
En la tabla 5 se muestran resultados de investigaciones utilizando la electro
precipitación para la remoción de cromo hexavalente.
Tabla 5:
Resultados de investigaciones empleando la técnica electroquímica de
precipitación para remoción de Cr (VI)
.
4
Ánodo
Corriente
Eléctrica
(A/m
2
)
Consumo de
Energía
(kW h/m
3
)
Concentració
n
Inicial de
metal
(mg/l)
pH
Eficiencia de
Remoción
(%)
Ref.
Acero
4.8 A
12
3860
3.2
99.6
(32)
Acero
6.7
20
570-2,100
4.5
>99%
(32)
Acero bajo en
Carbono
4.5
-
100
5
>98%
(30)
3.5.3. ELECTROCOAGULACIÓN.
La electrocoagulación (EC) es una técnica electro analítica en el cual son
desestabilizadas las partículas de contaminantes que se encuentran suspendidas,
emulsionadas o disueltas en un medio acuoso, induciendo corriente eléctrica en el
agua a través de placas metálicas paralelas de diversos materiales (31).
Esta técnica es similar al proceso de precipitación-coagulación clásica, sin embargo,
en ésta se genera la coagulante in situ. Durante este proceso, el ánodo,
generalmente hecho de aluminio o hierro, se disuelve electrolíticamente formando
sus respectivos cationes Al
3+
y Fe
2+
mientras que en el cátodo se produce hidrógeno
que se libera como pequeñas burbujas que suben a la superficie, ayudando a las
partículas floculadas de contaminante a flotar en la superficie, siendo este lodo
retirado posteriormente por rascadores. Esta técnica se lleva a cabo sin la adición de
57
ningún coagulante o floculante químico lo que representa una de sus principales
ventajas ya que reduce la cantidad de lodo generado como subproducto del
proceso. Adicionalmente presenta otras ventajas con respecto a las técnicas clásicas
como equipos más compactos, menor costo y posibilidad de automatización.
El mecanismo de remoción de Cr (VI) se explica a continuación para cada tipo de
electrodo.
• Electrodo de Aluminio: la disolución electrolítica del electrodo de aluminio
produce y a pH bajo, los cuales se transforman posteriormente
en y finalmente en . Estos últimos son efectivos en la
remoción de cromo hexavalente por adsorción al producir neutralización de
la carga o por precipitación (33).
• Electrodo de Hierro: durante el proceso de oxidación electrolítica, se produce
hidróxido de hierro . Los iones ferrosos reducen el Cr (VI) a Cr (III)
bajo condiciones alcalinas, oxidándose a ion férrico. El Cr (III) posteriormente
es precipitado como al aumentar el pH de la solución (33).
• El hidrógeno producido como resultados de las reacciones de óxido-
reducción es capaz de remover los compuestos orgánicos disueltos y
cualquier material suspendido por flotación.
En la Figura 15 se esquematiza el proceso de electrocoagulación.
58
Figura 15: Proceso de electrocoagulación (31).
La EC ha tomado gran relevancia en los últimos años y esto se evidencia al realizar
una revisión bibliográfica donde se observan un gran número de publicaciones (31),
(33), (34), (35), donde se evalúa esta técnica como alternativa para la remoción de
metales de diferentes efluentes industriales. En los mismos queda demostrado que
la electrocoagulación es una técnica efectiva en la remoción de cromo hexavalente,
pues permite la remoción de hasta 100 % bajo condiciones de operación
apropiadas.
En la tabla 6 se resumen los resultados reportados en algunas de estas
publicaciones.
Tabla 6: Resultados de investigaciones empleando la técnica electrocoagulación.
Agua
Residual
Concentración
Inicial de Cr(VI)
Electrod
o
Densidad
de
Corriente
Tiempo
pH
Eficiencia de
Remoción
(%)
Ref.
59
(mg/L)
Residual
1470
Acero
Inoxidabl
e
Corriente
7.4 A
70 min
1.84
100
(16)
Residual
No reportado
Fe-Al
10 mA/cm
2
20 min
3
100
(34)
Residual
530
Fe
40 mA/cm
2
3.5
99.9
(35)
La eficiencia en la remoción de cromo hexavalente y las múltiples ventajas que
presenta esta técnica (Ver Tabla 7) la convierte en una de las alternativas más viables
para implementar en el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria
de cromado.
Tabla 7: Ventajas y Desventajas de la Electrocoagulación (31).
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Permite la reducción de una variedad de
contaminantes, como: grasas, metales
pesados, aceites, fosfatos, cianuros,
materia orgánica
Requiere reponer los electrodos de
sacrificio, a causa que se disuelven en la
corriente residual como resultado de la
oxidación.
El agua tratada por electrocoagulación
contiene menor cantidad de sólidos
disueltos que aquellas tratadas con
productos químicos. Los costos de
tratamiento de estos efluentes
disminuyen en el caso de ser reusados.
La eficiencia del proceso disminuye a
causa de la formación de una capa de
óxido en el ánodo impidiendo el paso
de la corriente eléctrica.
60
El proceso permite eliminar partículas
coloidales de menor tamaño, debido a
que son incrustadas con mayor rapidez
por acción del campo eléctrico aplicado
favoreciendo la coagulación.
Este tratamiento se puede volver
costoso dependiendo del costo de la
energía en la región donde se realiza.
El efluente tratado puede ser
reprocesado como subproducto,
pudiendo ser reutilizado.
Requiere de una alta conductividad en
las aguas residuales.
Las partículas más pequeñas de los
contaminantes por acción de la
corriente eléctrica presentan mayor
movimiento y por ello favorece la
coagulación.
Los contaminantes pueden ser
fácilmente eliminados por acción de las
burbujas que los arrastran a la parte
superior de la disolución tratada
No genera la posibilidad de
contaminación secundaria al medio
ambiente porque este proceso evita la
utilización de sustancias químicas
Este proceso es fácil de automatizar, ya
que el control de dosificación requiere
solamente del ajuste de la corriente.
Utiliza equipos sencillos y de fácil
operación.
3.5.4. BALANCE
DE MASA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE CROMADO EMPLEANDO TÉCNICAS
ELECTROQUÍMICAS.
Entre las técnicas electroquímicas estudiadas, la precipitación electroquímica y la
electrocoagulación son las más eficientes y ventajosas para la remoción de cromo
(VI) de aguas provenientes de la industria de cromado. Por esta razón serán las dos
técnicas consideradas para el balance de masa. En este sentido se presenta a
61
continuación las figuras 16 y17, con sus respectivos porcentajes de remoción de Cr
(VI).
Figura 16: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado con 75,4 mg/L de Cr (VI), tratada con precipitación electroquímica.
Figura 17: Balance de masa para un agua residual proveniente de la industria de
cromado con 75,4 mg/L de Cr (VI), tratada con electrocoagulación.
Como puede observarse en las figuras 15 y 16, ambas técnicas son altamente
eficientes en la remoción del cromo hexavalente, reduciendo su concentración hasta
cumplir con la normativa establecida. Su eficiencia de remoción junto a las múltiples
ventajas que las acompañan, hace que estas técnicas electroquímicas sean
altamente competitivas dentro del abanico de técnicas disponibles.
75.4 mg/L Cr (VI)
Efluente Tratado
0.30 mg/L Cr (VI)
% Remoción: 99.6%
Efluente Contaminado
Sedimentador Primario
+ -
Reactor de
Electrodeposición
Lodos
75.4 mg/L Cr (VI)
Efluente Tratado
0 mg/L Cr (VI)
% Remoción: 100 %
Efluente Contaminado
Sedimentador Primario
+ -
Reactor de
Electrocoagulación
Lodos
62
CAPÍTULO IV
4.1
ANÁLISIS COMPARATIVOS DE TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES
CONTAMINADAS CON CROMO VI
Las técnicas existentes y estudiadas para la remoción de uno de los contaminantes
más tóxicos de la industria, el cromo VI, son muchas y la comparación entre ellas se
hace difícil, sobre todo porque la data presentada en los artículos es muy variada
con respecto a las condiciones de operación, concentración, entre otros aspectos.
Una de la manera más apropiada para compararlas es a través de sus ventajas y
desventajas. En la tabla 8 se sintetizan las ventajas y desventajas de cada una de las
técnicas consideradas.
63
Tabla 8: Ventajas y Desventajas de las distintas alternativas de tratamiento para
aguas residuales contaminadas con cromo.
Técnica
Método
Ventajas
Desventajas
Precipitación
química
Técnica efectiva.
De operación sencilla
Bajo costo de
operación.
Alta generación de lodos.
De difícil y costoso
mantenimiento
Sensible a condiciones de bajo
pH, y presencia de otros iones.
Precipitación deficiente a
concentración muy baja del
analito.
Intercambio Iónico
Rápido y reversible
Selectivo
Rápida cinética
Alta eficiencia en
concentraciones
relativamente bajas
Elevados costos de operación
Generación de contaminantes
secundarios en el proceso de
regeneración.
Adsorción
Carbón Activado
Absorbente efectivo
con gran área
superficial
Adsorbente poroso,
alta capacidad y alta
tasa de adsorción
Rápida cinética
Alta eficiencia en
concentraciones
relativamente bajas
Alto costo
Requiere agentes complejantes
para mejorar su rendimiento
Altos costos de reactivación y
perdida del carbón durante
este proceso
Baja selectividad
64
Bioadsorbentes no
vivos
Bajo costo
Fácil acceso del
adsorbente
Excelente capacidad
de adsorción
Alta eficiencia en la
remoción de cromo a
bajas
concentraciones
Fácil regeneración
del bioadsorbente
No requiere el uso
de nutrientes
No tiene problemas
de toxicidad
No se interrumpe el
proceso por muerte
de la biomasa
Estudios realizados solo a nivel
de laboratorio
Sensible a las condiciones de
operación como pH y fuerza
iónica
Sensible a la presencia de
ligandos orgánicos e
inorgánicos.
Requerimiento de grandes
cantidades de adsorbente
Reemplazo del adsorbente
luego de 5 a 10 ciclos de
tratamiento.
No selectivo
Generación de productos
secundarios de desecho
Membranas
Nanofiltración
Menor consumo de
energía y Menor
presión de
funcionamiento al
compararla con otras
técnicas de
membranas
Equipo compacto
Alta selectividad
Eficiente a altas
concentraciones de
metal
Altos costos de operación y
mantenimiento (las membranas
pueden representar el 50% del
costo del equipo)
Incrustaciones de las
membranas
Bajo caudal de permeado
Electrodiálisis
Altamente eficiente
Recuperación del
metal separado
Alta selectividad de
separación
Eficiente a altas
concentraciones de
metal
Altos costos de capital y
operacionales debido a las
incrustaciones en las
membranas y al alto consumo
de energía
Aplicación limitada a grandes
complejos industriales
Gran inversión económica en
capacitación de personal
65
Técnicas
Electroquímicas
Precipitación
Electroquímica o
Electrodeposición
No requiere la
adición de agentes
químicos
Permite reacciones
controladas y rápidas
Sistema compacto
Alta selectividad
Bajo costo
No genera
contaminantes
secundarios
Posibilidad de
recuperación del
metal
Generación de lodos
Altos costos iniciales de capital
Alto consumo de energía
Electrocoagulación
No requiere la
adición de agentes
químicos
Generación del
coagulante in situ
Elimina partículas
coloidales de menor
tamaño
Sencillo de
automatizar
Bajos costos
Requiere de equipos
simples y fáciles de
operar
Requiere reponer los electrodos
de sacrificio.
El óxido formado en el ánodo
puede formar una capa que
impide el paso de la corriente
eléctrica, disminuyendo la
eficiencia del proceso.
Requiere de una alta
conductividad en las aguas
residuales.
El tratamiento puede ser
costoso en regiones donde el
costo de la energía eléctrica es
alta.
Al comparar cada técnica podemos notar que las técnicas clásicas como la
precipitación química y el intercambio iónico son métodos que empiezan a quedar
atrás como alternativa para el tratamiento de efluentes contaminados con metales
pesados debido a sus múltiples desventajas, haciendo énfasis en los problemas
ambientales que surge de la disposición de los lodos y residuos secundarios que se
generan durante su aplicación.
66
En este sentido comienzan a emerger a lo largo de los años modificaciones de estas
técnicas clásicas o nuevas técnicas que superan los problemas relacionados a éstas,
como lo son la bioadsorción, el uso de membranas y las técnicas electroquímicas.
De estas tres, las membranas resultan ser altamente eficientes, selectivas y pueden
manejar efluentes con altas concentraciones de metal, permitiendo la recuperación
del mismo para ser reutilizado en los baños de cromado. Sin embargo, como se verá
más adelante, su principal desventaja son los elevados costos asociados a su
utilización.
Por otro lado, la bioadsorción y las técnicas electroquímicas, en especial la
electrocoagulación, surgen como técnicas más amigables con el medio ambiente,
aspecto que en los últimos años ha tomado gran importancia debido a la
concientización de la necesidad de cuidar el medio ambiente e implementar
tecnologías verdes que no afecten los ecosistemas naturales, para que los seres
humanos tengamos mejor calidad de vida haciendo uso apropiado de los recursos
naturales. Ambas técnicas han mostrado resultados prometedores en el tratamiento
de aguas contaminadas con cromo, presentando más ventajas que desventajas en
su aplicación.
En cuanto a la eficiencia de remoción, en la tabla 9 se presenta un cuadro
comparativo de los porcentajes de eliminación de cromo hexavalente alcanzado al
aplicar cada una de las técnicas en estudio.
Tabla 9: Comparación del porcentaje de remoción de Cr (VI) entre las distintas
alternativas de tratamiento de aguas residuales industriales
67
Técnica
Método
%
Remoción
Precipitación química
99%
Intercambio Iónico
100%
Adsorción
Bioadsorbentes: cáscara de
avellana
99.4%
Membranas
Nanofiltración
99.5%
Electrodiálisis
99.99%
Técnicas Electroquímicas
Precipitación Electroquímica
o Electrodeposición
99.6%
Electrocoagulación
100%
En la tabla 9 se evidencia que el porcentaje de remoción de las técnicas oscila entre
el 99 y el 100%, siendo todas altamente eficientes para la remoción del Cr (VI) de
acuerdo a los límites de descarga permitidos (0,5 mg/l) al sistema de alcantarillado
público, descarga a un cuerpo de agua dulce y descarga a un cuerpo de agua
marina. De todas las técnicas evaluadas, la de intercambio Iónico y la de
electrocoagulación son las más eficientes en la remoción del contaminante,
llegando a eliminar hasta el 100% del mismo.
En términos de eficiencia de remoción se puede considerar que cualquiera de las
técnicas en estudio, a excepción de la precipitación química, cumple efectivamente
con la remoción de cromo en efluentes provenientes de los baños de cromado,
llevando su concentración a valores por debajo de lo establecido en la normativa.
68
Para completar el análisis se considera una evaluación de los costos relacionados a la
implementación y operación de las tecnologías en estudio.
Este análisis permite considerar otra variable fundamental a la hora de seleccionar
una técnica de tratamiento, pues considera la disponibilidad financiera de cada
industria para el tratamiento de los efluentes.
Para realizar este análisis, se estiman los costos de las tecnologías de tratamiento
mediante el uso de los programas CapDetWorks™ y SuperPro Designer™. Dichos
programas permiten evaluar el costo de una planta de tratamiento dados los
parámetros a reducir y el flujo de entrada. El flujo de entrada considerado para esta
evaluación fue de 1.2 m
3
por día. Este valor fue calculado in situ en una planta de
cromado que opera en Ecuador, el cual eatá reportado en el trabajo de
investigación realizado por Francisco Álvarez y David Proaño, intitulado
“Implementación de un sistema de tratamiento de aguas residuales para una
empresa metal mecánica” (18).
Los costos son ajustados a octubre de 2017. La inversión de la planta completa se
evalúa partiendo de los costos de los equipos principales y luego se le adicionan los
siguientes costos: instalación, tuberías, control y automatización, componentes
eléctricos, diseño de ingeniería, costos administrativos y legales, de inspección,
contingencias y sobrecostos. En la Tabla 10, se muestran los costos de las diferentes
tecnologías de tratamiento de las aguas residuales. Es importante destacar que los
costos de plantas comerciales de electrodeposición y electrocoagulación no fueron
posibles encontrarlos, porque no se encuentran esos equipos disponibles a nivel
comercial, por esta razón no se reflejan en la tabla. Sin embargo, las diferentes
publicaciones existentes sobre estas técnicas la destacan por ser de bajo costo.
69
Tabla 10: Costos de las diferentes tecnologías de tratamiento de las aguas
residuales
ESQUEMA DE
TRATAMIENTO
COSTO DEL PROYECTO
$
Precipitación Química
54.000
Intercambio Iónico
65.000
Bioadsorción
48.000
Nanofiltración
98.000
Electrodiálisis
107.000
Al analizar los datos obtenidos de la evaluación de costos se concluye que las tres
técnicas más económicas resultan ser la precipitación química, el intercambio iónico
y la bioadsorción; sin embargo, las dos primeras son conocidas por sus múltiples
desventajas.
Las tecnologías con membranas resultan ser las más costosas, por lo que su uso está
limitado a las grandes industrias.
En este sentido al considerar adicionalmente las ventajas y desventajas de cada
técnica y el porcentaje de remoción, las técnicas más recomendables para el
tratamiento de efluentes de la industria de cromado son la
Electrocoagulación
y la
Adsorción con Bioadsorbentes
, siendo esta última la de menor costo frente a las
otras tecnologías convirtiéndola en la alternativa más beneficiosa, pues además
permite reponer fácilmente la materia prima (adsorbente), muestra alta capacidad de
remoción y es considerada emergente por su contribución en varias industrias.
70
En unas porque permitir dar vida útil al desecho de ellas y en otras porque ese
desecho puede ser utilizado como la base principal para minimizar los impactos
negativos que producen al medio ambiente. Sin embargo, debe ser estudiada con
más detalle pues no se ha investigado a nivel industrial, solo a escala piloto.
CAPITULO V
5.1
DEDUCCIÓN
• Las tecnologías emergentes resultan ser las más recomendables por el gran
número de ventajas que presentan frente a las tecnologías clásicas, en
especial la bioadsorción y electrocoagulación que se destacan por ser
tecnologías más amigables con el medio ambiente.
71
• La precipitación química es la técnica que alcanza menor grado de
remoción de cromo hexavalente en aguas residuales.
• El intercambio iónico y la electrocoagulación reportan un 100% en la
eliminación del metal.
• Todas las tecnologías resultan ser altamente eficientes, llegando a reducir
la concentración de cromo para cumplir con lo establecido en la normativa.
• La bioadsorción resulta ser la tecnología de menor costo para ser
implementada para la remoción de cromo hexavalente.
• La tecnología con membranas resulta ser la más costosa.
• Con base en la comparación de las diferentes características de cada
tecnología se determina que le electrocoagulación y la bioadsorción son
las más idóneas para la remoción de cromo hexavalente de las aguas
residuales provenientes de la industria de cromado
ANEXOS
Anexo 1 Límites de descarga al sistema de alcantarillado público.
72
Anexo 2 Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce.
73
Anexo 3 Límites de descarga a un cuerpo de agua marina.
74
75
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La autora nace en 1966, en Guayaquil. Los estudios Universitarios de
pre-grado y varios de postgrado los cursa en la Universidad de
Guayaquil; obteniendo el título de Ingeniera Química (2000), Diploma
Superior en Docencia (2006), Especialista en Proyectos de Desarrollo
Educativos y Sociales (2017), Magíster en Educación Superior (2010),
Magíster en Scientiae en Ingeniería Química – Universidad de los Andes
– Venezuela – (2018), Doctorado en Ciencias Ambientales – Universidad
Nacional de Piura – Perú (2018); Docente Titular Universidad de
Guayaquil donde se ha desarrollado profesionalmente como:
Coordinadora de Postgrados – Facultad de Ingeniería Química
(2004–2012); Directora Laboratorio de Química General – Facultad de
Ingeniería Química – (2016–Actual); Miembro Principal del Órgano
Colegiado Académico Superior – Universidad de Guayaquil (2016–2018);
Coordinador del Departamento de Titulación – Carreras: Licenciatura en
Gastronomía-Ingeniería en Sistemas de Calidad y
Emprendimiento(2011–2016); Gestor de Titulación – Carrera Ingeniería
Química (2017); Gestor de Titulación de Facultad (2018-2019); Gestor de
Integración Curricular y Seguimiento de Graduados de Facultad (2020
hasta marzo), Gestor General de Investigación(2020), Decana de la
Facultad de Ingeniería Química (marzo 2021-actual)
E-mail: sandra.ronquilloc@ug.edu.ec
La autora nace en 1977, en Guayaquil. Los estudios Universitarios y de
Post-grado los cursa en la Facultad de Ingeniería Química, de la
Universidad de Guayaquil; obteniendo el título de Ingeniera Química
(2000), Magister en Ingeniería Ambiental (2008), Magister en Scientiae
de la Ingeniería Química (Mérida-Venezuela) y Doctorante en
Universidad del Valle Cali-Colombia. Laboró en Empresas Públicas y
Privadas: SGS del Ecuador, Ministerio de Minas y Petróleos, Ministerio
del Ambiente, Pacifpetrol, Quibis, Universidad de Guayaquil; donde se
desarrolló profesionalmente como: Asistente de Proyectos y Auditorías
Ambientales; Laboratorista Control de Calidad en Combustibles
(2001–2002); Delegada Regional de Protección Ambiental (2003-2009);
Consultor y Asesor Técnico Ambiental (2010- Actual); Docente de
Petróleo (2014 – Actual); además de: Directora del Dep. de Planificación
y Acreditación (2015) y Directora Carrera de Ingeniería Química de la
Facultad de Ing. Qca de la Universidad de Guayaquil (2015 – 2018)(Mayo
2021-actual)
E-mail: sandra.penam@ug.edu.ec
Estar preparado es importante, saber esperar lo es aún más, pero
aprovechar el momento adecuado es la clave de la vida.
Savez
editorial
