química influencia de la concentraciÓn de perÓxido …
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE PERÓXIDO DE HIDROGENO
Y SULFATO FERROSO EN LA REMOCIÓN DE LA DEMANDA
BIOQUÍMICA DE OXÍGENO DE EFLUENTES DE
CURTIEMBRE PRETRATADOS MEDIANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO DE:
INGENIERO AMBIENTAL
AUTORAS:
Br. AMELIA CARMELINA AGREDA GABRIEL
Br. TERESA SOLEDAD DOMINGUEZ TOLENTINO
ASESOR:
Ms. JORGE LUIS MENDOZA BOBADILLA
TRUJILLO – PERÚ
2018
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I
JURADO CALIFICADOR
______________________________________
Ms. Walter Moreno Eustaquio
PRESIDENTE
______________________________________
Ms. Paul Henry Esquerre Pereyra
SECRETARIO
______________________________________
Ms. Jorge Luis Mendoza Bobadilla
ASESOR
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II
DEDICATORIA
Mi investigación está dedicada 100% a Dios y mi madre, Doña Cecilia
Gabriel, la mujer más luchadora y amorosa que conozco.
A mis hermanos Liliana, Eyder, Nicanor y Wilson, que son la base y
ejemplo para mis aprendizajes primordiales, para ser quien soy y haber
alcanzado mis logros.
Así también se lo dedico a todos mis familiares y amigos que han
colaborado desde mis inicios, tanto con su amistad, así como con
concejos valiosos para crecer y escalar hacia la cima en el día a día, a
todos aquellos que confían en mí y esperan un futuro prometedor de mi
persona, para con nuestro planeta, así como para mi pueblo (Santiago
de Chuco) donde crecí.
A mi hijo Romel Luján Agreda, que se ha convertido en mi motor y
motivo de cada día.
Amelia
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III
DEDICATORIA
A Dios
Por estar conmigo en cada paso que doy, cuidándome y dándome fortaleza para continuar y superar todos los obstáculos
de mi carrera y la vida.
A mis queridos padres
Que con su trabajo y lucha constante han sido mi apoyo principal para alcanzar mis metas propuestas y quienes a lo
largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación,
depositando su entera confianza en cada reto que me he
propuesto sin dudar ni un solo momento en
mi inteligencia y conocimiento.
A mis hermanas
Por el ejemplo, amor, apoyo y comprensión que me
incentivaban a superarme cada día.
Teresa
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IV
AGRADECIMIENTO
Nuestro más sincero agradecimiento al
Ingeniero Jorge Luis Mendoza Bobadilla,
responsable del laboratorio de Investigación en
Aguas de la Escuela Profesional de Ingeniería
Ambiental quien es nuestro asesor, que nos ha
brindado su apoyo de principio a fin en la
investigación.
A todos los docentes de la Facultad de
Ingeniería Química, escuela de Ingeniería
Ambiental de la Universidad Nacional de Trujillo,
que nos han brindado sus conocimientos e
innovadoras experiencias, que serán la base
fundamental en nuestro desempeño laboral.
Las autoras
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V
ÍNDICE
JURADO CALIFICADOR ............................................................................ I
DEDICATORIA .......................................................................................... II
AGRADECIMIENTO ................................................................................ IV
ÍNDICE ..................................................................................................... V
ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................. VIII
ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................. IX
RESUMEN................................................................................................ X
ABSTRACT ............................................................................................. XI
I. INTRODUCCIÓN ................................................................................ 1
1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA ............................................................. 1
1.2. ANTECEDENTES ............................................................................... 3
1.3. MARCO TEÓRICO.............................................................................. 5
1.3.1. INDUSTRIA DE LAS CURTIEMBRES ....................................... 5
1.3.2. ETAPAS DE LA CURTIEMBRE ................................................. 6
1.3.2.1. ETAPA DE RIBERA ............................................................ 6
1.3.2.2. ETAPA DE CURTIDO ......................................................... 7
1.3.2.3. ETAPA DE TERMINACIÓN ................................................ 9
1.3.3. IMPACTOS AMBIENTALES PRODUCIDOS POR LAS
CURTIEMBRES ..................................................................................... 9
1.3.3.1. AGUA RESIDUAL DE CURTIEMBRE ................................. 9
1.3.3.2. RESIDUOS LÍQUIDOS ..................................................... 10
1.3.4. SISTEMAS COLOIDALES ....................................................... 10
1.3.5. COAGULACIÓN ...................................................................... 11
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VI
1.3.6. POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) .................................... 11
1.3.7. FLOCULACIÓN ....................................................................... 11
1.3.8. COAGULACIÓN–FLOCULACIÓN ........................................... 11
1.3.9. TEST DE JARRAS .................................................................. 12
1.3.10. PROCESO DE OXIDACIÓN AVANZADA (POA) ..................... 12
1.3.11. PERÓXIDO DE HIDRÓGENO ................................................. 13
1.4. PROBLEMA ...................................................................................... 13
1.5. HIPÓTESIS ....................................................................................... 13
1.6. OBJETIVOS ...................................................................................... 14
II. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................. 15
2.1. MATERIAL DE ESTUDIO.................................................................. 15
2.2. REACTIVOS QUÍMICOS .................................................................. 15
2.3. MATERIAL DE LABORATORIO ........................................................ 16
2.4. EQUIPOS .......................................................................................... 16
2.5. METODOLOGÍA DE TRABAJO ........................................................ 17
2.5.1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ...................................... 17
2.5.1.1. CARACTERIZACIÓN INICIAL DEL AGUA RESIDUAL DE
CURTIEMBRE .................................................................................. 17
2.5.1.2. ETAPA I: PRETRATAMIENTO ......................................... 18
2.5.1.3. ETAPA II: PROCESO DE OXIDACIÓN QUÍMICA
AVANZADA (FENTON) ..................................................................... 20
2.5.1.4. DETERMINACIONES ANALITICAS .................................. 20
III. RESULTADOS Y DISCUCIONES ..................................................... 23
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VII
3.1. CARACTERIZACIÓN INICIAL DE AGUA RESIDUAL DE
CURTIEMBRE EN SU ETAPA FINAL...................................................... 23
3.2. ETAPA I: PRETRATAMIENTO .......................................................... 24
3.2.1. EVALUACIÓN DE LA DOSIS DE COAGULANTE MEDIANTE
EL PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN ........................... 24
3.2.2. EVALUACIÓN DEL PROCESO DE COAGULACIÓN-
FLOCULACIÓN EN LA REMOCIÓN DE DBO5 .................................... 25
3.3. ETAPAII: PROCESO DE OXIDACIÓN QUÍMICA AVANZADA
(FENTON) ............................................................................................... 26
3.3.1. EVALUACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE H2O2 EN
COMBINACIÓN DE Fe+2, EN LA REMOCIÓN DE DBO5 ...................... 26
3.3.2. EVALUACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE Fe+2 EN
COMBINACIÓN DE H2O2 EN SUS TRES CONCENTRACIONES ........ 30
3.3.3. REMOCIÓN DE DBO5 EN EL PROCESO DE OXIDACIÓN
QUÍMICA AVANZADA (FENTON) ........................................................ 33
IV. CONCLUSIONES ............................................................................. 35
V. RECOMENDACIONES ..................................................................... 37
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................. 38
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VIII
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla N° 1: Valores Máximos Admisibles. ................................................. 2
Tabla N° 2: Combinación de Procesos Biológicos y de Oxidación
Avanzada. ................................................................................................. 4
Tabla N° 3: Métodos analíticos y equipos utilizados en la investigación. . 18
Tabla N° 4: Evaluación del coagulante con Floculante Aniónico
constante. ................................................................................................ 19
Tabla N° 5: Matriz de Diseño Experimental para evaluar el efecto. ......... 20
Tabla N° 6: Caracterización del agua residual de curtiembre tomada en la
etapa final. ............................................................................................... 23
Tabla N° 7: Resultados de la caracterización inicial de la muestra .......... 44
Tabla N° 8: Resultados de turbidez y porcentaje de remoción de turbidez
a diferentes concentraciones de PAC. ..................................................... 49
Tabla N° 9: Resultados de DBO5 de cada tratamiento de Oxidación
Química Avanzada. ................................................................................. 53
Tabla N° 10: Porcentajes de remoción de DBO5 de cada tratamiento de
Oxidación Química Avanzada. ................................................................. 53
Tabla N° 11: Resultados de las concentraciones de la relación
H2O2//Fe+2 de cada tratamiento de Oxidación Química Avanzada. ......... 53
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IX
ÍNDICE DE FIGURAS
Gráfica N° 1: Influencia del PAC en la remoción de turbidez presente en
el efluente de curtiembre. ........................................................................ 25
Gráfica N° 2: Remoción de DBO5 mediante el proceso de coagulación-
floculación................................................................................................ 26
Gráfica N° 3: Influencia de la concentración de H2O2 en el porcentaje de
remoción de DBO5, en combinación de 0.75 mM y 1.25 mM de Fe+2. ...... 27
Gráfica N° 4: Influencia del H2O2 sobre el porcentaje de remoción de
DBO5, en combinación de 0.75 mM Fe+2. ................................................ 28
Gráfica N° 5: Influencia del H2O2 sobre el porcentaje de remoción de
DBO5, en combinación de 1.25 mM Fe+2. ................................................ 30
Gráfica N° 6: Influencia del Fe+2 en combinación de 3, 5 y 7 mL/L de H2O2
en la remoción de DBO5........................................................................... 32
Gráfica N° 7: Remoción de DBO5 en el proceso de Oxidación Química
Avanzada (Fenton). ................................................................................. 33
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X
RESUMEN
Se estudió la influencia de las concentraciones del Peróxido de Hidrogeno
(H2O2) y Sulfato Ferroso (Fe+2) en la remoción de la Demanda Bioquímica
de Oxígeno (DBO5) de un efluente final de curtiduría, aplicando un
pretratamiento de coagulación-floculación y proceso de Oxidación Química
Avanzada (Fenton); ambos procesos se realizaron en el Test de Jarras. En
el pretratamiento, se utilizó Policloruro de Aluminio (PAC) a 2000 ppm como
coagulante en combinación de Floculante Aniónico a 40 ppm; logrando una
remoción de 92% de turbidez y 96% de DBO5. En el proceso de Oxidación
Química Avanzada (Fenton) , se utilizó H2O2 y Fe+2 a las concentraciones
de: 3 mL/L, 5 mL/L y 7 mL/L de H2O2 con 0.75 mM de Fe+2 respectivamente
y 3 mL/L, 5 mL/L y 7 mL/L con 1.25 mM de Fe+2 respectivamente; cada
muestra tratada se trató con H2O2 y Fe+2 fue acondicionada a un pH de
6.5, determinando la remoción de DBO5 en el equipo de pruebas por un
periodo de 60 min para cada tratamiento; obteniendo la mejor remoción de
DBO5 a 7 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2, se logró remover el 99%
DBO5 de los efluentes tratados.
Palabras claves: Oxidación Química Avanzada (Fenton), Demanda
Bioquímica de Oxígeno, agua residual de curtiembre, materia orgánica,
Peróxido de Hidrogeno, Sulfato Ferroso, Policloruro de Aluminio.
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XI
ABSTRACT
The influence of the concentrations of Hydrogen Peroxide (H2O2) and
Ferrous Sulfate (Fe+2) on the removal of Biochemical Oxygen Demand
(BOD5) from a final tannery effluent was studied, applying a coagulation-
flocculation pre-treatment and process of Advanced Chemical Oxidation
(Fenton); both processes were performed in the Pitcher Test. In the
pretreatment, Aluminum Polychloride (PAC) at 2000 ppm was used as
coagulant in combination of anionic flocculant at 40 ppm; achieving a
removal of 92% turbidity and 96% BOD5. In the Advanced Chemical
Oxidation (Fenton) process, H2O2 and Fe+2 were used at the concentrations
of: 3 mL/L, 5 mL/L and 7 mL/L of H2O2 with 0.75 mM Fe+2 respectively and
3 mL/L, 5 mL/L and 7 mL/L with 1.25mM Fe+2 respectively; each treated
sample was treated with H2O2 and Fe+2 was conditioned to a pH of 6.5,
determining the removal of BOD5 in the test equipment for a period of 60
min for each treatment; Obtaining the best removal of BOD5 at 7 mL/L H2O2
with 1.25 mM Fe+2, it was possible to remove 99% BOD5 from the treated
effluents.
Keywords: Advanced Chemical Oxidation (Fenton), Biochemical Oxygen
Demand, tannery wastewater, organic matter, Hydrogen Peroxide, Ferrous
Sulfate, Aluminum Polychloride.
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1
I. INTRODUCCIÓN
1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA
Las curtiembres a nivel mundial son descritas como las más
contaminantes, por la composición final de sus efluentes, conteniendo
altas cantidades de contaminantes cómo: DQO, DBO, sólidos, Sulfuros y
Cromo en solución. En algunos países las curtiembres han migrado de
país en país al no poder cumplir con las normas ambientales, que indican
dar tratamiento a sus efluentes, mientras que otras han sido cerradas o
vendidas por sus propietarios1. Así como en varias partes del mundo los
cueros y los químicos de curtido son bienes que se negocian en el
mercado mundial2. Hace treinta y cinco años en los Estados Unidos
existían más de 300 curtiembres, en la actualidad existen menos de 90,
diez de estas curtiembres producen el 50% del cuero acabado2.
En nuestro País la contaminación por curtiembres no es ajena a lo que se
vive a nivel mundial, es una de las industrias que, así como aporta calidad
en cueros y diversidades de estos, también emiten contaminantes a la red
de alcantarillado sin tratamiento alguno. Encontramos presencia de sus
contaminantes en las Ciudades de Lima, Trujillo, Arequipa y Cajamarca.
La industria del cuero en el Perú se encuentra en estado crítico debido a
las normas ambientales exigentes y la mano de obra barata. Muchas
curtiembres formales hasta alquilan sus servicios a curtidores informales
como un medio para generar ingresos2.
En la Provincia de Trujillo encontramos la contaminación a gran escala
producida por las curtiembres tanto formales como informales, sin
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conciencia alguna desembocan sus efluentes de agua residual en la red
de alcantarillado, exponiendo a la población y vecinos cercanos a
cualquier impacto negativo producido por sus contaminantes, de no contar
con un plan de tratamiento integrado, incumpliendo los Valores Máximos
Admisibles (VMA) de nuestra Legislación Peruana. En la tabla N° 1
verificamos los parámetros emitidos por SEDALIB3. Estas están ubicadas
mayormente en los distritos de: El Porvenir, Florencia de Mora, Moche y
La Esperanza. En el distrito El Porvenir se procesan aproximadamente 20
mil Kg (20 toneladas) de cuero al mes y por cada Kg de procesamiento de
cuero se utiliza medio Kg de insumos químicos”, detalló Bocanegra4.
Tabla N° 1: Valores Máximos Admisibles.
PARÁMETRO
UNIDA
D
EXPRESIÓN
VMA PARA
DESCARGAS AL
SISTEMA DE
ALCANTARILLAD
O
Demanda
Bioquímica de
Oxigeno (DBO)
mg/L DBO5 500
Demanda
Química de
Oxigeno (DQO)
mg/L DQO 1000
Sólidos
Suspendidos
Totales (SST)
mg/L SST 500
Aceites y Grasas
(A y G)
mg/L A y G 100
Cromo Total (Cr) mg/L Cr 10
Sulfuros (S) mg/L S-2 5
pH pH 6-9
Fuente: Valores Máximos Admisibles (VMA) de las descargas de aguas
residuales no domésticas en el Sistema de Alcantarillado Sanitario D.S.
N° 021-2009-Vivienda.
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1.2. ANTECEDENTES
Existen varios aportes en la investigación de cómo dar un tratamiento
efectivo a las aguas residuales Industriales. Con respecto a este problema
hay diferentes alternativas de solución como son: Coagulación-
floculación, Proceso de Oxidación Química Avanzada (POA), tratamientos
anaeróbicos, tratamientos aeróbicos, etc.
Aplicando la coagulación-floculación Ahmada A., Wong s., Teng T.,
Zuhairi A.5, aporta datos obtenidos de tratamiento de aguas residuales de
una papelera, con la utilización del Policloruro de Aluminio (PAC) a 500
mg/L y un pH=6, logrando una reducción de 99.9% de turbidez.
Según Vidal Gladys, Nieto Jessica, Márquez Fernando, Mansilla Héctor y
Cristian6, aporta en su investigación que en un pretratamiento mediante
POA con una relación H2O2/Fe+2 de 9 y H2O2/DQO de 4, ayuda a mejorar
la eliminación de materia orgánica, según la tabla N° 2. Se observa que
al aumentar la velocidad de la carga orgánica en un rango de 0,43 a 0,72,
aumenta la eficiencia de eliminación de materia orgánica; pero en una
velocidad de carga orgánica de 1.60 disminuye la eliminación de la
materia orgánica, esto nos indica que existe un óptimo en la velocidad de
carga orgánica.
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Tabla N° 2: Combinación de Procesos Biológicos y de Oxidación
Avanzada.
Fuente: Combinación de Procesos Biológicos y de Oxidación Avanzada
para el tratamiento de una corriente de proceso de la Industria de
Curtiembre, 2003.
Asimismo, Arizaca Callata L. M., Caballero Zuni C. P.7, utilizaron el POA,
utilizando concentraciones de [Fe+2]= 100 mg/L y de [H2O2]= 30%,
reportando una turbidez de 0.16 y remoción de 99.97 %. Por otro lado, Gil
Pavas Edison, Dobrosz Gómez Isabela, Gómez García Miguel Ángel8,
reportó datos obtenidos mediante la investigación por coagulación-
floculación de un 38.97% de eliminación de turbidez y la relación de
DBO5/DQO aumenta de 0.21 a 0.68 con el proceso Fenton. Estos
resultados demuestran la mejora de Biodegradabilidad.
Según las investigaciones de Papoutsakis, S., Miralles Cuevas, S.,
Gondrexon, N., Baup, S., Malato, S., Pulgarin, C.9, el hierro tiende a
formar complejos insolubles a pH superior a 4, derrochando su capacidad
catalítica. Pero si, algunos autores como Miralles Cuevas, S., Oller, I.,
Ruiz Aguirre, A., Sánchez Pérez, J.A., Malato, S.10 y Moncayo Lasso, A.,
Pulgarin, C., Benitez, N.11, han realizado con éxito la reacción de Fenton
cerca de pH neutro. La concentración de reactivos de Fenton (H2O2 y Fe+2)
también afecta directamente la eficiencia del proceso y las condiciones
óptimas, dependiendo de la naturaleza y la concentración de
Velocidad de
carga
Orgánica
Porcentaje de remoción de materia orgánica
POA BIOLÓGICO COMBINADO
DQO DBO5 DQO DBO5 DQO DBO5
(gDQO/L.d) (%) (%) (%) (%) (%) (%)
0.43 87 87 34 59 91 93
0.72 91 91 58 69 96 96
1.60 90 90 40 69 94 96
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contaminantes12. Los aportes de Gil E. et al8, en su investigación nos dice
que para trabajar con el proceso Fenton se debe utilizar menor cantidad
de reactivos para lograr una mayor eficiencia. Sin embrago Byberg R.,
Cobb J., Martin L. D., Thompson R. W., Camesano T. A., Zahraa O., and
Pons M. N.13, una concentración demasiado baja de H2O2 conduce a la
reducción de la velocidad de reacción Fenton, mientras que una
concentración demasiado alta puede inducir H2O2 a competir con OH-, por
lo general hay una concentración de H2O2 bastante amplia entre ambos
extremos, donde ninguno de los dos fenómenos ocurre.
En base a los antecedentes descritos, en la presente investigación se
pretende evaluar la influencia del H2O2 y Fe+2 en la remoción de la
Demanda Bioquímica de Oxigeno de efluentes pretratados de curtiduría
mediante el proceso de coagulación-floculación utilizando el PAC.
1.3. MARCO TEÓRICO
1.3.1. INDUSTRIA DE LAS CURTIEMBRES
Las curtiembres cumplen un rol de gran importancia económica. Tanto en
Europa como en Latinoamérica, en esta actividad predomina la pequeña
y mediana empresa. Las pocas grandes empresas están en Europa, más
exactamente en Italia, y algunas excepciones en Argentina. Se presentan
geográficamente en regiones específicas de cada país, y de la misma
manera en las ciudades, se localiza en lugares particulares, lo que da
origen a la falta de alianzas con empresas que reutilicen los desechos
producidos en las diferentes etapas del manejo de las pieles14.
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1.3.2. ETAPAS DE LA CURTIEMBRE
1.3.2.1. ETAPA DE RIBERA
Se caracteriza por emplearse grandes cantidades de agua, de lo cual
deriva su nombre. En esta etapa el consumo de agua constituye el
aspecto ambiental de relevancia. En esta etapa se sigue diferentes
procedimientos como son.
A. Almacenamiento y recorte de pieles: La piel se somete a un
procedimiento de conservación para evitar su degradación biológica.
Los procedimientos más usados son el secado al aire y el salado con
sal común15.
B. Remojo y lavado: Las pieles se limpian con agua y detergentes de
toda materia extraña. En el caso de las pieles saladas se debe,
eliminar la mayor parte de la sal proveniente de la conservación. Esta
etapa también contribuye a devolverle a la piel la humedad perdida15.
C. Pelambre y encalado: Para eliminar el pelo presente en el cuero, éste
se somete a un ataque químico con cal (encalado) y con Sulfuro de
Sodio, o un ataque enzimático, mediante proteasas, en solución
acuosa. A veces se agrega algún agente coadyuvante del proceso de
pelambre como: agentes tenso activos, humectantes, aminas, Sulfuro
de Sodio (Na2S), Sulfhídrico de Sodio (NaHS), Hidróxido de Calcio (Ca
(OH)2) y Hidróxido de Sodio (NaOH)15.
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D. Descarnado: Separación de la piel de la grasa y el tejido conjuntivo,
esencial para las operaciones secuenciales posteriores hasta el
curtido, estos residuos presentan gran porcentaje de humedad15.
E. Depilado y dividido: En esta etapa se generan residuos de materia
orgánica: recortes y viruta de wet-blue, efluentes con materia orgánica
y sólidos en suspensión15.
1.3.2.2. ETAPA DE CURTIDO
Esta etapa cuenta con diferentes procedimientos:
A. Descencalado: Elimina la cal y productos alcalinos del interior del
cuero. Para este procedimiento se usan disoluciones acuosas de
ácidos para neutralizar la piel, eliminando la cal y los productos
alcalinos formados, como Ácido Clorhídrico, Sulfúrico, Fórmico, etc.
Aquí puede haber emisiones atmosféricas de amoníaco (NH3) y
efluentes con carga orgánica15.
B. Rendido (purga): Es un proceso enzimático que permite un
aflojamiento y ligera peptización de la estructura del colágeno, al
mismo tiempo que limpia la piel de restos de proteínas, pelo y grasa
que hayan quedado de los procesos anteriores15.
C. Piquelado: Se utiliza en el curtido con Cromo, con el fin de eliminar
totalmente el álcali que queda en la piel. En este proceso se acidifica
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la piel lo suficiente, de manera que se evite la precipitación de sales
de Cromo insoluble en las fibras del cuero durante el curtido15.
D. Desengrasado: Se realiza en el curtido de pieles lanares, ya que
estas poseen un alto contenido de grasa. Se puede realizar con agente
tenso activo (jabones sódicos, detergentes sintéticos) o con
disolventes orgánicos (kerosene, percloroetileno)15.
E. Curtido: El curtido es la transformación de la piel en el cuero
comercial, a través de un proceso de fijación del agente de curtiembre
sobre la piel. El tiempo de curtido dependerá del tipo de producto a
obtener, el agente de curtido y el proceso en sí. Posteriormente el
cuero se lava para eliminar el exceso de curtido y luego se seca. Los
agentes de curtido más usados son las sales de Cromo y los curtientes
naturales (taninos)15.
F. Engrase: Para obtener un cuero más suave y flexible se adicionan por
impregnación aceites vegetales y animales, modificados o no y aceites
minerales15.
G. Recurtido: Consiste en el tratamiento del cuero curtido con uno o más
productos químicos con el objeto de obtener un cuero más lleno, con
mejor resistencia al agua, mayor blandura o para favorecer la
igualación de tintura que no se han podido obtener con la sola curtición
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convencional. Los agentes recurtientes son: sales de Cromo y
recurtientes15.
H. Teñido: Las pieles recurtidas son teñidas en fulones mediante
colorantes ácidos o básicos15.
1.3.2.3. ETAPA DE TERMINACIÓN
El cuero teñido y seco pasa por varias sub etapas de acabado, los cuales
le dan la presentación deseada según sea el tipo de producto final. En
esta etapa los cueros pueden ser raspados, ablandados, estirados,
planchados, pintados, lacados, etc15.
1.3.3. IMPACTOS AMBIENTALES PRODUCIDOS POR LAS CURTIEMBRES
1.3.3.1. AGUA RESIDUAL DE CURTIEMBRE
En el procesamiento de cueros se utiliza abundante agua, la cual es
desechada con altos contenidos de contaminantes como: Cromo,
Sulfuros, sales, etc., utilizados en las diferentes etapas. La mayor parte
de la contaminación se basa en los procesos de precurtido y curtido,
aunque después del curtido y los pasos de acabado también contaminan
el medio ambiente. El precurtido y los procesos de curtido provocan un
aumento de DQO, DBO, TDS, SS, Cloruros y Sulfatos en efluentes
finales16,17.
Se sabe que las etapas de rivera y curtido, el agua se contamina a un
90%, presentando un pH alcalino y sales entre el 15% al 40% (w/w) que
se utilizan para la preservación de pieles, sales que son removidas en el
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proceso de remojo. Así mismo en la sub etapa de pelambrado
convencional, el agua presenta un 84% de DBO, 75% de DQO y un 92%
de SS, por la utilización de cal y Sulfuro de Sodio. Las aguas
contaminadas al ser descargadas en flujos ecológicos pueden variar su
funcionamiento a gran escala causado por los contaminantes químicos
que contiene18.
1.3.3.2. RESIDUOS LÍQUIDOS
Los procesos más importantes para convertir una piel en cuero, se
efectúan en medios acuosos. Cada etapa del proceso va generando
residuos industriales líquidos con distintos grados de contaminación,
siendo la más importante en términos de carga orgánica expresada en
DBO5, la etapa de ribera19.
1.3.4. SISTEMAS COLOIDALES
Son partículas muy pequeñas que tienen el área superficial
extremadamente grande. Son más grandes que los átomos y los iones,
pero tan pequeños que no son visibles a simple vista su tamaño varía de
0.001 a 10 um. Estas partículas en su mayoría tienen una superficie que
está cargada negativamente, causando que se repelan unas a otras y
formen un sistema disperso estable; su tasa de sedimentación es muy
lenta, por lo tanto, su remoción en agua residual por simple sedimentación
es imposible20.
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1.3.5. COAGULACIÓN
Es el proceso de desestabilización de partículas coloidales causadas por
la adición de un reactivo químico (coagulante) seguido por una agitación
intensa, comúnmente definida como mezclado rápido, donde, se da la
neutralización de cargas electrostáticas formando partículas más grandes
unidas entre sí21, 22. Dentro de los coagulantes más usados tenemos el
Policloruro de Aluminio (PAC).
1.3.6. POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC)
El PAC es un coagulante inorgánico pre-hidrolizado. Se prepara mediante
la reacción de una solución Hidróxido de Sodio (NaOH) o Carbonato de
Sodio (Na2CO3) con una solución concentrada de Cloruro de Aluminio
(AlCl3) bajo una velocidad de reacción y temperatura leve controlada5.
1.3.7. FLOCULACIÓN
Es la aglomeración de partículas desestabilizadas en aglomerados
voluminosos llamados floculos23.
La floculación optimiza la tasa de contacto entre las partículas
desestabilizadas, por lo tanto, aumenta la tasa de colisión y provoca la
unión y agregación de las partículas en flóculos más grandes y más
densos que facilita la sedimentación20.
1.3.8. COAGULACIÓN–FLOCULACIÓN
Las operaciones de coagulación-floculación desestabilizan los coloides y
consiguen su sedimentación23. El coagulante anula la fuerza de repulsión
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entre las partículas coloidales, iniciando la formación de microflóculos,
mientras el floculante engloba estos microflóculos aumentando su tamaño
y densidad, de modo que sedimentan más fácil y rápidamente24.
1.3.9. TEST DE JARRAS
La prueba de Jarras es la técnica más extensamente usada para
determinar la dosis de químicos y otros parámetros. En ella se tratan de
simular los procesos de coagulación, floculación y sedimentación a nivel
de laboratorio. En este proceso influyen factores químicos e hidráulicos.
Entre éstos tenemos25:
pH
Temperatura
Concentración de coagulante
Secuencia de aplicación de las sustancias químicas
Grado de agitación
Tiempo de sedimentación
1.3.10. PROCESO DE OXIDACIÓN AVANZADA (POA)
Se realiza mediante procesos físicos químicos capaces de producir
cambios profundos en la estructura química de los contaminantes debido
a que involucran la generación y uso de especies transitorias con un
elevado poder oxidante como el radical hidroxilo (OH-). Este radical puede
experimentar distintas reacciones. Posee alta efectividad para la
oxidación de materia orgánica, en especial aquella que no es
biodegradable26.
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1.3.11. PERÓXIDO DE HIDRÓGENO
Es un compuesto químico con características de un líquido altamente
polar, fuertemente enlazado con el Hidrogeno tal como el agua, que por
lo general es más viscoso que esta. A temperatura ambiente es un líquido
incoloro con color penetrante e incluso desagradable y sabor amargo. Es
un poderoso oxidante, se descompone en presencia de catalizadores, no
es inflamable y puede causar combustión al tener contacto con materia
orgánica o algunos metales27.
1.4. PROBLEMA
¿De qué manera las condiciones iniciales del proceso de Oxidación
Química, concentración de Peróxido de Hidrógeno y Sulfato Ferroso
influyen en la remoción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno de
efluentes pretratados de curtiduría?
1.5. HIPÓTESIS
Las condiciones iniciales del proceso de Oxidación Química,
concentración de Peróxido de Hidrógeno y Sulfato Ferroso influyen en la
remoción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno de efluentes pretratados
de curtiduría.
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1.6. OBJETIVOS
Determinar si las condiciones iniciales del proceso de Oxidación
Química, concentración de Peróxido de Hidrógeno y Sulfato Ferroso
influyen en la remoción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno de
efluentes pretratados de curtiduría.
Remover la turbidez mediante coagulación-floculación, utilizando PAC y
Floculante Anicónico, como pretratamiento.
Establecer la influencia de la concentración del Peróxido de Hidrógeno
en la remoción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno de efluentes
pretratados de curtiduría.
Evaluar la influencia la concentración de Sulfato Ferroso en la remoción
de la Demanda Bioquímica de Oxígeno de efluentes pretratados de
curtiduría.
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II. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. MATERIAL DE ESTUDIO
La muestra de agua residual utilizada en la presente investigación
pertenece a la curtiembre Junior S.A.C.; ubicada en el Parque Industrial
La Esperanza-Trujillo. El agua residual fue tomada de la etapa final de la
curtiembre, la cual se compone por efluentes de cuatro etapas que son:
remojo, pelambre, curtido y recurtído.
Se realizaron 12 ensayos experimentales de 2 L cada uno para la
determinación de concentración de coagulante (PAC) en el
pretratamiento, necesitando 30 L de agua final de curtiduría como mínimo.
Seguido a la determinación de coagulante se realizaron 6 ensayos
experimentales de 2000 mL cada uno para el proceso de Oxidación
Química Avanzada (Fenton), necesitando 20 L de agua final de curtiduría
como mínimo.
El volumen total de la muestra fue de 50 L, trasladado en baldes de 18 L
al Laboratorio de Investigación en Aguas de Ingeniería Ambiental de la
Universidad Nacional de Trujillo, donde se realizaron todos los ensayos
correspondientes.
2.2. REACTIVOS QUÍMICOS
Se utilizó los reactivos siguientes:
Coagulante: Policloruro de Aluminio (PAC).
Floculante: Floculante Aniónico.
Acido para bajar el pH: Ácido Clorhídrico, grado técnico.
Oxidante: Peróxido de Hidrógeno (H2O2), comercial.
Catalizador: Sulfato Ferroso (Fe+2), grado técnico.
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Hidróxido de Potasio Pellets Pastillas, grado técnico.
Nutriente Buffer para la DBO.
2.3. MATERIAL DE LABORATORIO
Pipetas de 1 mL, 5 mL y 10 mL
Probetas de 10 mL, 20 mL, 50 mL y 100 mL
Matraz de Erlenmeyer de 250 mL
Vasos de precipitación de 100 mL, 250 mL, 1000 mL y 2000 mL
Fiolas de 10 mL, 25 mL, 50 mL, 100 mL y 1000 mL
Jeringas de 10 mL y 20 mL
Pisetas
Papel filtro
Embudos
Crisoles
Pastillas magnéticas
Frascos de BODTrack ll
Cintas de pH
Agua destilada
2.4. EQUIPOS
Test de Jarras (PHIPPS & BIRDS, modelo: PB-900)
Turbidímetro (HACH 2100Q Portable Turbidimeteer)
Estufa Eléctrica (ECOCELL LSIS – B2V/EC111)
Balanza Digital (BOECO Germany, Modelo: BAS 31 plus)
Equipo respirométrico para análisis de BODTrackTM II (HACH)
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Incubadora (SHELDON MANUFACTURING, INC, 300 N, 26TH
CORNELIUS, OR 97113, modelo: SR13-2)
Agitador Magnético (Thermo Scientific, modelo N° SP131010 -3)
2.5. METODOLOGÍA DE TRABAJO
La metodología de trabajo se desarrolló experimentalmente en:
obtención de la muestra, caracterización inicial, etapa l: pretratamiento y
etapa ll: oxidación química avanzada.
2.5.1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.5.1.1. CARACTERIZACIÓN INICIAL DEL AGUA RESIDUAL DE
CURTIEMBRE
Se realizó una caracterización físico-química de la muestra, utilizando los
métodos normalizados24. Los cuales se detallan en la siguiente tabla.
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Tabla N° 3: Métodos analíticos y equipos utilizados en la investigación.
PARAMETROS MÉTODO REFERENCIA
pH Indicador de pH
DBO5 Respirométrico
Turbidez Nefelométrico Estándar
Methods APHA,
2130-B24
Sólidos
suspendidos
(SS)
Evaporación Estándar
Methods APHA,
2540-D24
Sólidos
disueltos totales
(SDT)
Evaporación Estándar
Methods APHA,
2540-C24
Sólidos totales
(ST)
Evaporación Estándar
Methods APHA,
2540-B24
Fuente: Elaboración propia.
2.5.1.2. ETAPA I: PRETRATAMIENTO
En esta etapa se realizó el pretratamiento mediante coagulación-
floculación con la finalidad de remover los SS.
A. Descripción del proceso de coagulación-floculación
Los experimentos se llevaron a cabo en el Test de Jarras de 2 L de
capacidad por jarra; el volumen de muestra empleado fue de 2 L,
utilizando diferentes concentraciones de PAC como coagulante en
combinación de Floculante Aniónico constante, sometidas a las
siguientes condiciones:
Velocidad de mezclado para el proceso de coagulación: 150 rpm.
Tiempo de mezclado para el proceso de coagulación: 3 min.
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Velocidad de mezclado para el proceso de floculación: 40 rpm.
Tiempo de mezclado para el proceso de floculación: 5 min.
B. Evaluación del Proceso de coagulación-floculación
Se utilizó diferentes concentraciones de PAC, para encontrar la mejor
dosificación, en la remoción de turbidez.
Tabla N° 4: Evaluación del coagulante con Floculante Aniónico
constante.
Ensayos
(ppm)
Floculante
Aniónico (ppm)
PAC
200 40
400 40
600 40
800 40
1000 40
1200 40
1400 40
1600 40
1800 40
2000 40
2400 40
Fuente: Elaboración propia.
Cada muestra fue dejada en reposo por 8 min después del proceso
de coagulación-floculación, para luego separar el sobrenadante de
los lodos, posteriormente se le dio 15 min de reposo al
sobrenadante para la determinación de la turbidez.
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2.5.1.3. ETAPA II: PROCESO DE OXIDACIÓN QUÍMICA AVANZADA
(FENTON)
Con el mejor resultado del pretratamiento se procedió a realizar la
oxidación con H2O2 al 30 % en combinación de Fe+2 como catalizador, a
6.5 de pH, en el mismo Test de Jarras que se utilizó en el pretratamiento.
Se trabajó con un volumen de 2 L por muestra, sometidas a las siguientes
condiciones:
Velocidad de agitación: 40 rpm.
Tiempo de agitación: 60 min.
Las concentraciones de H2O2 y Fe+2 aplicadas a cada muestra del
efluente final de curtiduría, se detallan en la siguiente tabla.
Tabla N° 5: Matriz de Diseño Experimental para evaluar el efecto.
Fuente: Elaboración propia.
2.5.1.4. DETERMINACIONES ANALITICAS
A. Medición de DBO5
Para medir DBO5, se utilizó el método respirométrico con el equipo
BODTRACKTM ll HACH, cumpliendo el procedimiento establecido
para el equipo.
Dosis de Fe+2
H2O2
B1 (0.75
mM)
B2 (1.25 mM)
A1 (3 mL/L) A1B1 A1 B2
A2 (5 mL/L) A2B1 A2B2
A3 (7 mL/L) A3B1 A3B2
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B. Turbidez
Para la medición de la turbidez se utilizó el turbidímetro HACH 2100Q
Portable Turbidimeteer.
C. Sólidos suspendidos
Para la determinación de SS presentes en las muestras, se tomó una
muestra homogénea y se filtró en papel filtro previamente secado a
105 °C por un periodo de 3 horas. Una vez filtrada la muestra, el papel
filtro se colocó en la estufa a 105°C por un periodo de 3 horas, al
finalizar se pesó y calculó utilizando la formula siguiente:
𝑆𝑇 =(𝐴−𝐵)∗1.000
𝑣𝑜𝑙.𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎(𝑚𝐿) (1)
A: Peso de filtro más residuo seco (mg).
B: Peso del filtro (mg).
D. Sólidos Disueltos Totales
Se filtra una muestra homogénea en papel filtro; posteriormente se el
filtrado se evapora a 180 °C, en una capsula de porcelana hasta
obtener peso constante.
𝑆𝑇 =(𝐴−𝐵)∗1.000
𝑣𝑜𝑙.𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎(𝑚𝐿) (2)
A: Peso de residuo seco más capsula de porcelana (mg).
B: Peso de la capsula de porcelana (mg).
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E. Sólidos Totales
Se tomó una muestra homogénea y se colocó en capsula de porcelana
previamente secados a 105 °C, luego se colocó en la estufa a 105 °C
hasta peso constante y se calculó con la siguiente formula.
𝑆𝑇 =(𝐴−𝐵)∗1.000
𝑣𝑜𝑙.𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎(𝑚𝐿) (3)
A: Peso del residuo seco más capsula de porcelana (mg).
B: Peso de la capsula de porcelana (mg)
F. Ajustar pH
Para obtener un pH de 6.5 en las muestras de agua residual se utilizó
Ácido Clorhídrico al 5 % en peso.
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III. RESULTADOS Y DISCUCIONES
En la presente investigación se detallan los resultados obtenidos,
realizados a los efluentes de la etapa final de la curtiembre Junior S.A.C.,
comprendidos en dos etapas: pretratamiento para la remoción de SS
presentes en el efluente y proceso de Oxidación Química Avanzada
(Fenton) a diferentes dosificaciones de H2O2 y Fe+2.
3.1. CARACTERIZACIÓN INICIAL DE AGUA RESIDUAL DE
CURTIEMBRE EN SU ETAPA FINAL
En la siguiente tabla se detalla los datos obtenidos en la medición de los
diferentes parámetros de su caracterización inicial del agua final de la
curtiembre Junior S.A.C., en comparación con los VMA.
Tabla N° 6: Caracterización del agua residual de curtiembre tomada en
la etapa final.
PARAMETROS Resultados VMA
pH 10 6-9
DBO5 (mg/L) 4845 500
Turbidez (NTU) 5685
Sólidos suspendidos
Totales (mg/L)
12243 500
Sólidos disueltos totales
(mg/L)
35721 …
Sólidos totales (mg/L) 47964 …
Fuente: Elaboración propia.
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3.2. ETAPA I: PRETRATAMIENTO
En esta etapa se presentan los resultados experimentales del
pretratamiento del efluente final de curtiembre.
3.2.1. EVALUACIÓN DE LA DOSIS DE COAGULANTE MEDIANTE EL
PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
En la evaluación de la dosis de coagulante se utilizó diferentes
concentraciones de PAC (200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 14000, 1600,
1800, 2000, 2200 y 2400 ppm), en combinación con Floculante Aniónico
a 40 ppm de concentración, trabajadas a un pH de 9.6, evaluando la
remoción de SS presentes en el efluente, siendo el mayor porcentaje de
remoción de turbidez el determinante de la concentración de coagulante
utilizado para trabajar en el pretratamiento. El mejor resultado se obtuvo
a 2000 ppm de coagulante, obteniendo un porcentaje de remoción de 92%
de turbidez, tal como se muestra en la gráfica N°1; resultados similares a
los que obtuvo Rodríguez y Zapata28 en su investigación, utilizando PAC
a 1200 ppm en agua de remojo, obteniendo una remoción de 79% de
turbidez; esto puede atribuirse a la caracterización de las aguas de
curtiduría, por presentar abundantes SS. Cabe mencionar que, al
sobrepasar los 2000 ppm de concentración de coagulante, el porcentaje
de remoción de turbidez disminuye, causado por el exceso de coagulante
que compite en la formación de coágulos, formando coágulos muy
pequeños los cuales se vuelven a estabilizar.
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Gráfica N° 1: Influencia del PAC en la remoción de turbidez presente
en el efluente de curtiembre.
3.2.2. EVALUACIÓN DEL PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
EN LA REMOCIÓN DE DBO5
En el proceso de coagulación-floculación, se logró remover una gran parte
de la DBO5 de agua residual de la etapa final de curtiduría, tal como se
muestra en la gráfica N° 2.
La carga orgánica en aguas residuales de curtiembre se encuentra en su
mayoría en los SS del efluente, por lo que al ser removidos mediante
coagulación-floculación facilita los tratamientos posteriores. Del mismo
modo en la investigación se logró un 96% de remoción de DBO5 (ver
anexo III-Tabla N°7), resultados corroborados en la investigación que
realizó Monteros29, mediante el proceso de coagulación-floculación en
aguas residuales de hilatura, tintorería y tejeduría en lanas y cueros,
obtuvo una remoción de 75.71% de DBO5 y la investigación que realizó
Rodriguez y Zapata28 utilizando coagulación-floculación en afluente de la
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etapa de remojo de curtiduría, obtuvo 69% de DBO5 removido; el alto
porcentaje de DBO5 removido se debe que en la coagulación-floculación
se elimina la mayor cantidad de SS.
Gráfica N° 2: Remoción de DBO5 mediante el proceso de coagulación-
floculación.
3.3. ETAPAII: PROCESO DE OXIDACIÓN QUÍMICA AVANZADA
(FENTON)
En esta etapa se presentan los datos obtenidos de DBO5 medidos a
diferentes concentraciones de H2O2 y Fe+2.
3.3.1. EVALUACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE H2O2 EN
COMBINACIÓN DE Fe+2, EN LA REMOCIÓN DE DBO5
En la etapa anterior con el pretratamiento de coagulación-floculación se
logró resultados favorables en cuanto a la remoción de DBO5 del efluente,
que posteriormente fue tratado con H2O2 y Fe+2, antes de realizar el
proceso de Oxidación Química Avanzada (Fenton), las muestras se
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acondicionaron a pH 6.5, teniendo una DBO5 de 195 mg/L tal como se
aprecia en la gráfica N° 2. Se evaluó la influencia del H2O2 a tres
concentraciones; 3 mL/L, 5 mL/L y 7 mL/L, cada concentración fue
suministrada a las muestras del efluente final de curtiduría en
combinación de 0.75 mM Fe+2 y 1.25 mM Fe+2 cada una por separado tal
como se evidencian en la gráfica N° 3.
Gráfica N° 3: Influencia de la concentración de H2O2 en el porcentaje
de remoción de DBO5, en combinación de 0.75 mM y 1.25 mM de Fe+2.
A concentraciones de 3 mL/L de H2O2 con 0.75 mM de Fe+2 (A1B1) ), con
relación de concentraciones H2O2/Fe+2 de 4.8 (ver anexo III-Tabla N° 11);
se obtuvo un 86% de DBO5 removido; asimismo a 5 mL/L de H2O2 con
0.75 mM de Fe+2 (A2B1), con relación de concentraciones H2O2/Fe+2 de
7.9 (ver anexo III-tabla N° 11); se obtuvo una remoción de 89% de DBO5,
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tal como se muestra en la gráfica N° 4 y a concentraciones de 7 mL/L de
H2O2 con 0.75 mM de Fe+2(A3B1), con relación de concentraciones
H2O2/Fe+2 de 11.1 (ver anexo III-Tabla N° 11); se obtuvo una remoción de
98% de DBO5.
Gráfica N° 4: Influencia del H2O2 sobre el porcentaje de remoción de
DBO5, en combinación de 0.75 mM Fe+2.
En cuanto a la eficiencia de remoción de 3 mL/L y 5 mL/L de H2O2 con
0.75 mM de Fe+2, las dosificaciones de H2O2 queda limitado; provocando
que la materia orgánica no se oxide por completo, según Byberg et al13
afirma que, a bajas concentraciones de H2O2, no se da una mayor
producción de radicales OH-, que son los responsables de la oxidación de
la materia orgaica, una concentración muy baja de H2O2 conduce a la
reducción de la velocidad del proceso. De los tres tratamientos a 3, 5 y 7
mL/L de H2O2 con 0.75 mM de Fe+2, es importante resaltar que, a medida
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que, aumenta la concentración de H2O2 se logra mayor remoción de
DBO5. De hecho, la mayor eficiencia de degradación de la materia
orgánica se logró con 7 mL/L de H2O2.
Con respecto a concentraciones de: 3 mL/L y 5 mL/L de H2O2 con 1.25
mM de Fe+2 (A1B2 y A2B2 respectivamente), con relaciones de
concentraciones H2O2/Fe+2 de 2.9 y 4.8 respectivamente (ver anexo III-
Tabla N° 11); se obtuvo una remoción de DBO5 de 46% y 84%
respectivamente, como se evidencia en la gráfica N° 5, del mismo modo,
al utilizar 7 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A3B2), con relaciones de
concentraciones H2O2/Fe+2 de 6.7 (ver anexo III-Tabla N° 11); se
removido un 99% de DBO5, tal como se aprecia en la gráfica N° 5. Es
notable que, en el tratamiento a concentraciones de 3 mL/L de H2O2 con
1.25 mM de Fe+2 (A1B2) y 5 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A2B2), la
remoción de DBO5 es 53% y 15% respectivamente menos que a 7 mL/L
de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A3B2); esto se debe a la concentración baja
de H2O2 (ver anexo III-Tabla N° 10), la dosificación de H2O2 debe ser
exacta, según Byberg et al13 afirman que, sí se encuentra limitado no hay
generación de OH- que son los responsables de acelerar la velocidad de
reacción de la materia orgánica. Hay que destacar que a 7 mL/L de H2O2
con 1.25 mM de Fe+2 (A3B2), con relación de concentraciones H2O2/Fe+2
de 6.7, se logró la mayor remoción de DBO5.
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Gráfica N° 5: Influencia del H2O2 sobre el porcentaje de remoción de
DBO5, en combinación de 1.25 mM Fe+2.
3.3.2. EVALUACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE Fe+2 EN COMBINACIÓN
DE H2O2 EN SUS TRES CONCENTRACIONES
En lo concerniente a, las concentraciones de 0.75 y 1.25 mM de Fe+2 en
combinación con 3 mL/L de H2O2 (A1B1 y A1B2), se obtuvo 86% y 46% de
remoción de DBO5 respectivamente como se muestra en la gráfica N° 6;
dado que en 3 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A1B2) la relación 2.9
de H2O2/Fe+2 es baja, con respecto a 3 mL/L de H2O2 con 0.75 mM de
Fe+2 (A1B1) que tiene una relación de H2O2/Fe+2 de 4.8; es importante
notar que, la variación de concentración del Fe+2 influye en la remoción
de DBO5, de hecho, en 3 mL/L de H2O2 con 0.75 mM de Fe+2 (A1B1) y 3
mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A1B2) hay un exceso de Fe+2, por esta
razón, conforme a lo reportado por Martínez y López30, se produce un
exceso de radicales en el medio, disminuyendo la eficiencia en el proceso
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y favoreciendo a las reacciones competitivas, en las que los radicales no
reaccionan con la materia orgánica, por otro lado, según Modirshahla et
al31 y Gil y Gomes 32, los excesos de Fe+2 aumentan la turbidez en el
efluente. También es importante notar en los tratamientos de 3 mL/L de
H2O2 con 0.75 y 1.25 mM de Fe+2 respectivamente, al aumentar la
concentración de Fe+2 la remoción de DBO5 disminuye.
Por otra parte, a concentraciones de 0.75 y 1.25 mM de Fe+2 en
combinación con 5 mL/L de H2O2 (A2B1 y A2B2), con relaciones de
concentraciones H2O2/Fe+2 de 7.9 y 4.8 respectivamente, se obtuvo 89%
y 84% de remoción de DBO5, notamos que a mayor relación de H2O2/Fe+2,
la eficiencia de remoción de DBO5 es mejor. sin embargo las relaciones
de H2O2/Fe+2 de 5 mL/L de H2O2 con 0.75 mM de Fe+2 (A2B1) y 5 mL/L de
H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A2B2) son mayores con respecto a las
relaciones de H2O2/Fe+2 de 3 mL/L de H2O2 con 0.75 mM de Fe+2 (A1B1) y
3 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A1B2), de igual manera los
porcentajes de remoción son mayores. Los resultados obtenidos se deben
a la generación de radicales OH-, por el aumento de H2O2. Según Salas33,
la oxidación de la materia orgánica tiene lugar con una elevada relación
de H2O2 respecto del hierro, en estas condiciones, los radicales OH- se
producen muy rápido, y al reaccionar con la materia orgánica provocan
una rápida disminución de está.
Con respecto a concentraciones de 0.75 y 1.25 mM de Fe+2 en
combinación con 7 mL/L de H2O2 (A3B1 y A3B2), con relaciones H2O2/Fe+2
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de 11.1 y 6.7 respectivamente, se obtuvo 98% y 99% de remoción de
DBO5 respectivamente, resultados realmente contradictorios a los
resultados de los tratamientos a 3 y 5 mL/L de H2O2 con 0.75 mM de
Fe+2 y 3 y 5 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2, dado que en estos
tratamientos la mayor eficiencia de remoción de DBO5 se da a mayor
relación de H2O2/Fe+2, esto puede atribuirse que a 7 mL/L de H2O2 con
1.25 mM de Fe+2 (A3B2), la relación H2O2/Fe+2 se encuentra en equilibrio,
donde no hay exceso de ninguno de los reactivos. La mejora significativa
en la calidad del efluente final de curtiduría, equivalente a 99% de
remoción de DBO5, fue observado a 7 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2
de dosificación, resultados obtenidos contradicen al aporte de Edison8,
que en su investigación afirma, que, para trabajar con estos reactivos en
agua residual textil, se deben utilizar a menor cantidad para lograr una
mayor eficiencia.
Los resultados antes detallados se confirman en la siguiente gráfica.
Gráfica N° 6: Influencia del Fe+2 en combinación de 3, 5 y 7 mL/L de
H2O2 en la remoción de DBO5.
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3.3.3. REMOCIÓN DE DBO5 EN EL PROCESO DE OXIDACIÓN QUÍMICA
AVANZADA (FENTON)
En el efluente final de la curtiembre Junior S.A.C., inicialmente se obtuvo
la DBO5 en 4845 mg/L (ver anexo I-Tabla N° 7), que sobrepasa 8 veces
más los VMA; con el pretratamiento mediante coagulación-floculación se
logró remover el 96% de DBO5 del efluente de curtiduría, por ende, el
efluente cumple con los parámetros establecidos en los VMA, como se
aprecia en la gráfica N° 7. Sin embargo, al aplicar el proceso de Oxidación
Química Avanzada, se buscó remover la DBO5 en su totalidad.
Gráfica N° 7: Remoción de DBO5 en el proceso de Oxidación Química
Avanzada (Fenton).
Para descargar un efluente de curtiduría con bajas concentraciones de
DBO5 a la red de alcantarillado, se deben tener en cuenta que
tratamientos aplicar al efluente. Con el proceso de Oxidación Química
Avanzada (Fenton) se logró obtener resultados de DBO5 cercanos a cero;
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en los tratamientos de 3 mL/L de H2O2 con 0.75 mM de Fe+2 (A1B1), 3
mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A1B2), 5 mL/L de H2O2 con 0.75 mM
de Fe+2(A2B1) y 5 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2 (A2B2), la remoción
de DBO5 fue menor al 90% (ver grafica N° 6), por el contrario, a 7 mL/L
de H2O2 con 0.75 mM de Fe+2 (A3B1) y a 7 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de
Fe+2 (A3B2, el porcentaje removido de DBO5 fue casi al 100% (ver gráfica
6), siendo está la mejor concentración para remover la DBO5 de efluente
final de curtiduría, en su mayoría
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IV. CONCLUSIONES
En la presente investigación, se trabajó con el efluente final de una
curtiembre, aplicando un pretratamiento mediante coagulación-
floculación, seguido de un proceso de Oxidación Química Avanzada
(Fenton), llegando a las siguientes conclusiones:
El pretratamiento mediante coagulación-floculación permitió remover la
mayor cantidad de sólidos presentes en el efluente, lo cual se debió a la
desestabilización de los coloides que posteriormente fueron
sedimentados; lográndose remover 92% de turbidez y 96% de DBO5,
usando PAC y Floculante Aniónico en cantidades de 2000 ppm y 40
ppm, respectivamente.
La concentración de H2O2 influyó directamente en la remoción de DBO5
de los efluentes finales pretratados de curtiduría, debido a su alto poder
oxidante, por lo que se determinó que a 7 mL/L de H2O2 se logró
alcanzar un 99% de remoción de DBO5.
La concentración de Fe+2 influye directamente en la remoción de DBO5,
de efluentes finales pretratados de curtiduría, el mismo que actuó como
catalizador permitiendo aumentar la velocidad de reacción,
obteniéndose el mejor resultado de remoción de DBO5 a 1.25 mM de
Fe+2.
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Al aplicar el proceso Fenton se logró remover un 99% de DBO5 a una
concentración de 7 mL/L de H2O2 con 1.25 mM de Fe+2, esto se puede
atribuir a un equilibrio de la relación H2O2/Fe+2 que logra mayor
generación de radicales OH- para la oxidación de la materia orgánica.
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V. RECOMENDACIONES
Se recomienda continuar la investigación utilizando Fenton a
concentraciones mayores.
Considerar la factibilidad de realizar una investigación estudiando la
influencia de las concentraciones de H2O2 y Fe+2 a un pH diferente a 6.5.
Evaluar la influencia de velocidad y tiempo en el equipo de Jarras para
la remoción de la DBO5.
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ANEXOS I
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CARACTERIZACIÓN INICIAL DE LA MUESTRA DEL EFLUENTE
FINAL DE CURTIDURIA
Tabla N° 7: Resultados de la caracterización inicial de la muestra
DBO5
MUESTRAS MUESTRA1 MUESTRA 2 PROMEDIO % DE REMOCIÓN
MUESTRA INICIAL
5110 mg/L 4580 mg/L 4845 mg/L 96 %
MUESTRA PRETRATADA
193 mg/L 197 mg/L 195 mg/L
Fuente: Elaboración propia.
GALERÍA DE IMÁGENES DE LA CARACTERIZACIÓN INICIAL
En las imágenes N° 1, N° 2, N° 3 y N° 4 se muestra los tipos de agua de
los que está compuesta los efluentes finales de curtiduría.
Imagen N° 1: Agua residual de remojo
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Imagen N° 2: Agua residual de pelambre.
Imagen N° 3: Agua residual de curtido.
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Imagen N° 4: Agua residual de recurtido.
En la imagen N° 5 se muestra la preparación de la muestra inicial con
adición de nutriente Buffer y Hidróxido de Potasio pellets pastillas, para la
determinación de la DBO5 inicial.
Imagen N° 5: Reparación de la muestra inicial para la DBO5.
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En la imagen N° 6 se muestra la lectura de la DBO5 de la muestra inicial
en el equipo BODTrackTM II
Imagen N° 6: lectura de la DBO5 de la muestra inicial.
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ANEXO II
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ETAPA I: PRETRATAMIENTO
Tabla N° 8: Resultados de turbidez y porcentaje de remoción de
turbidez a diferentes concentraciones de PAC.
PAC (ppm) TURBIDEZ
(NTU)
% DE
REMOCIÓN DE
TURBIDEZ
200 478 77.2
400 424 79.8
600 355 83.1
800 344 83.6
1000 298 85.8
1200 256 87.8
1400 234 88.9
1600 193 90.8
1800 170 91.9
2000 160 92.4
2200 192 90.9
2400 217 89.7
Fuente: Elaboración propia.
GALERÍA DE IMÁGENES DEL PRETRATAMIENTO
En la imagen N° 7 se muestra en el Test de Tarras las muestras de agua
final de curtiduría sin tratamiento, para la realización del pretratamiento.
Imagen N° 7: Efluente final de curtiduría sin tratamiento.
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En la imagen N° 8 se aprecia la muestra del efluente final de curtiduría
con adición de coagulante.
Imagen N° 8: Efluente con coagulante.
En la imagen N° 9 se aprecia la muestra del efluente final de curtiduría
con adición del Floculante Aniónico.
Imagen N° 9: Efluente con floculante
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En la imagen N° 10 se aprecia los sólidos removidos en el pretratamiento
mediante coagulación-floculación del efluente final de curtiduría.
Imagen N° 10: sólidos removidos en el pretratamiento.
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ANEXO III
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ETAPA II: PROCESO DE OXIDACIÓN AVANZADA (FENTON)
Tabla N° 9: Resultados de DBO5 de cada tratamiento de Oxidación
Química Avanzada.
Dosis de Fe+2
H2O2
B1 (0.75 mM) B2 (1.25 mM)
A1 (3 mL/L) 28 mg/L 105 mg/L
A2 (5 mL/L) 22 mg/L 30 mg/L
A3 (7 mL/L) 3.1 mg/L 1.8 mg/L
Fuente: Elaboración propia.
Tabla N° 10: Porcentajes de remoción de DBO5 de cada tratamiento de
Oxidación Química Avanzada.
Dosis de Fe+2
H2O2
B1 (0.75 mM) B2 (1.25 mM)
A1 (3 mL/L) 86 % 46 %
A2 (5 mL/L) 89 % 84 %
A3 (7 mL/L) 98 % 99 %
Fuente: Elaboración propia.
Tabla N° 11: Resultados de las concentraciones de la relación
H2O2//Fe+2 de cada tratamiento de Oxidación Química Avanzada.
Dosis de Fe+2
H2O2
B1 (0.75 mM) B2 (1.25 mM)
A1 (3 mL/L) 4.8 2.9
A2 (5 mL/L) 7.9 4.8
A3 (7 mL/L) 11.1 6.7
Fuente: Elaboración propia
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En las imágenes N° 11 y N° 12, se parecía a las muestras de agua de la
etapa final de curtiduría pretratados, con adición de los tratamientos con
H2O2 y Fe+2.
Imagen N° 11: muestra del efluente final de curtiduría pretratados antes
de la adición de H2O2 y Fe+2.
Imagen N° 12: muestras del efluente final de curtiduría con adición de
H2O2 y Fe+2
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En la imagen N° 13 se aprecia las muestras de agua final de curtiduría
preparadas para la lectura de la DBO5 en el BODTrack II.
Imagen N° 13: muestras del efluente final de curtiduría para el
BODTrack II.
En la imagen N° 14 se aprecia las muestras del efluente final de
curtiduría en la lectura de DBO5 dentro de la incubadora en el equipo
BODTrack II.
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Imagen N° 14: muestras en el equipo BODTrack II.
En la imagen N° 15 se aprecia la lectura de la DBO5 de la muestra
después del tratamiento con H2O2 y Fe+2.
Imagen N° 15: lectura de DBO5 después del tratamiento con H2O2 y
Fe+2.
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