surgimiento de varias prácticas pa-ra reemplazar el antiguo control alfinal del proceso por procedimien-tos más “respetuosos” con el me-dio ambiente, disminuyendo sus-tancialmente la producción de de-sechos o contaminantes. Vale men-cionar tres prácticas esperanzado-ras a corto plazo, que son: produc-ción más limpia, ecología indus-trial y cero emisiones (ZERI).

La producción más limpia se re-fiere al control y a la implementa-ción de los procesos, para dismi-nuir la generación de desechoscontaminantes y obtener productosfinales con un mínimo de impactoambiental.

La ecología industrial se susten-ta en la aplicación del pensamientosistémico y de la ecología para in-tegrar aspectos de producción yconsumo en el diseño, elaboracióny utilización de los productos yservicios para minimizar el impac-to ambiental.

Cero emisiones (ZERI) es elaprovechamiento al máximo de to-da la materia prima que se empleaen un proceso, de tal forma que losresiduos o subproductos se utilicencomo materias primas para otrosproductos con mayor valor agrega-do. Dentro de este nuevo enfoque,los efluentes sólidos y líquidos queson emitidos por las fábricas seconsideran parte integral de losprocesos.

El estudio realizado se enmarcadentro de las prácticas anterior-mente mencionadas, el cual descri-be un método simple y económicopara la remoción del cromo deefluentes líquidos de la industria

Las políticas de control de lacontaminación ambiental han cam-biado sustancialmente desde fina-les de los 80 hacia nuevas tenden-cias preventivas que reformulan lapregunta “¿qué hacemos con losresiduos?”, por “¿qué podemos ha-cer para no generar residuos?”.Sobre este replanteamiento surgeel concepto ZERI (zero emissionsresearch iniciative), el cual fueconcebido por el doctor GunterPauli y respaldado por laUniversidad de las NacionesUnidas. El enfoque cero emisionesestá asentado en una visión globaldel ciclo de vida, para generar un“producto final más respetuosocon el medio ambiente, como re-sultado de un proceso que incorpo-ra, en cada una de las fases del ci-clo de vida de los productos, lasmejores prácticas ambientales”.

La Conferencia de las NacionesUnidas para el Medio Ambiente yel Desarrollo, celebrada en Río deJaneiro en julio de 1992, entreotros logros, sirvió para circunscri-bir la visión del desarrollo sosteni-ble e identificar la función y la res-ponsabilidad del empresario. Conel desarrollo sostenible se pretendesatisfacer las necesidades sin com-prometer la capacidad de las gene-raciones futuras para satisfacer lassuyas, buscando optimizar tres ob-jetivos: crecimiento económico,equidad social y valor ecológico.

Los esfuerzos que se hacen parareducir la contaminación ambien-tal, especialmente el impacto am-biental de los procesos industria-les, han dado como resultado el

1. Introducción

Remoción del cromode efluentes líquidos

En torno al concepto ZERI

E. Gil PavasUniversidad EAFIT (Colombia)

Se presenta un método simple yeconómico para la remoción del

cromo de las aguas residuales dela industria de curtidos,

utilizando ceniza volante. Elproceso, que involucra el empleotanto de ceniza volante sin tratar

como de ceniza volante tratada,se enmarca dentro del concepto

de cero emisiones, conocidocomo ZERI.

Ingeniería Químicawww.alcion.es

Tratamiento de Aguas Residuales

106

por absorción atómica, obtenién-dose los mismos resultados.

La operación de remoción decromo se llevó a cabo de maneradiscontinua, con la ceniza volanteoriginal y la tratada, utilizando unvaso de precipitados de 100 ml, elcual contenía 50 ml del licor realde cromo a tratar y la ceniza volan-te (10-20 gramos). El sistema sedejó bajo agitación durante untiempo determinado (30-60 minu-tos), en un intervalo de temperatu-ras entre 25 y 50°C, luego se filtróy, a la solución filtrada, se le deter-minó la concentración de cromo.Para la programación de los dife-rentes ensayos se recurrió al diseñode experimentos de Box-Wilson,empleando como variables inde-pendientes la masa de ceniza vo-lante, la temperatura y el tiempo decontacto. En el proceso se utilizóun vaso de precipitado de 100 ml,el cual contenía 50 ml de soluciónreal de cromo a tratar y la cenizavolante (10-20 gramos) y se dejóbajo agitación durante un tiempodeterminado (30-60 minutos), fi-nalmente se filtró y a la soluciónfiltrada se le determinó la concen-tración de cromo, empleando elmétodo colorimétrico [5].

Los resultados se ilustran en lafigura 2.

3. Procedimientoexperimental

en un difractómetro marca Rigaku,tipo Miniflex, mediante radiaciónde cobre (CuKα) a 40 kV y 30 mAy un barrido de 2°/minuto. La figu-ra 1 (arriba) muestra el análisis dedifracción de rayos X de la cenizaoriginal, donde se evidencia lacristalinidad del material y se ob-serva la presencia de cuarzo y mu-llita. La figura 1 (abajo) representael patrón de difracción de la cenizavolante tratada, donde se advierteun cambio de fase y aparece unamezcla de las zeolitas, sodalita ycancrinita.

La ceniza volante tratada se pre-paró pesando 20 gramos de cenizavolante original y adicionándolos a100 mililitros de solución deNaOH 3,5 molar; la mezcla se agi-tó durante media hora, se selló enun recipiente de acero inoxidablecon recubrimiento interno de te-flón y se calentó a 100°C, a presiónautógena, durante 24 horas. El só-lido se filtró y se lavó con agua de-sionizada y finalmente se secó auna temperatura de 50°C. La figu-ra 1(abajo) muestra un difractogra-ma del producto obtenido [3].

La solución de cromo utilizadafue el licor residual proveniente deun curtido, el cual presentaba unaconcentración inicial de 1.850ppm. Los análisis químicos se rea-lizaron por colorimetría, en unSpectronic 20, Bausch & Lomb,empleando el método recomenda-do en el Standard Methods [4], y

de curtidos, utilizando como ad-sorbente un material de desecho: laceniza volante. El proceso se reali-zó en forma discontinua, emplean-do como variables la masa de laceniza volante, el tiempo de con-tacto y la temperatura o el pH de lasolución. Con estas variables seelaboró un diseño de experimentostipo Box-Wilson [2], el cual se op-timizó posteriormente empleandoun programa estadístico. Se utilizóuna ceniza original (sin tratamien-to) y otra sometida a un tratamien-to químico. Los resultados mostra-ron la posibilidad de bajar la con-centración inicial de 1.850 ppm auna final de 0,008 ppm, cumplien-do así con las exigencias ambienta-les sobre este agente contaminante.

La ceniza volante utilizada eneste estudio es un subproducto delos hornos de combustión de laempresa de textiles Fabricato deMedellín. Los principales constitu-yentes inorgánicos de las cenizasvolantes, además de material car-bonoso, son aluminosilicatos, mu-llita, hematita, cuarzo y algunosóxidos que se encuentran en pro-porciones menores.

El análisis de difracción de ra-yos X se utilizó para caracterizar laceniza volante y, además, para ob-servar los cambios que sufre el ma-terial al ser tratado químicamente yal ser expuesto al proceso de remo-ción de cromo. Este se llevó a cabo

2. Materiales ymétodos

INGENIERIA QUIMICA

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Q

M

S

S

S

S

S

C

CC

S

Q

M M M QM

QQ

Q QQ

Q

Inte

nsid

ad R

elat

iva

0 5 10 20 30 40 50 6020

Figura 1.Patrón de difracción derayos X de laceniza volanteoriginal (arriba) y ceniza tratada químicamente(abajo).M(mullita),Q(cuarzo), S (sodalita) yC(cancrinita)

Figura 2. Remoción de cromo con ceniza volanteA: original, masa 15 g y T= 25°C C: tratada, masas 15 g y T= 25°CB: original, masa 15 g y T= 50°C D: tratada, masa 10 g y T= 50°C

peso. De 430°C en adelante, se ob-serva un cambio drástico de pen-diente en la curva debido a pérdidade peso, posiblemente debido a laevolución de compuestos consti-tuidos por carbono e hidrógeno. El

La figura 2 ilustra los resultadosobtenidos en el proceso de remo-ción de cromo, empleando cenizavolante original a temperatura de25°C. La curva A indica que el me-jor valor (11,5 ppm) se obtiene conun tiempo de agitación de 150 mi-nutos; sin embargo, la cifra se en-cuentra fuera del límite máximopermisible. Por otra parte, la curvaB muestra cambios sustanciales: seincrementó la temperatura a 45°Cy, con un tiempo de agitación de 54minutos, se logró el mejor resulta-do (0,008 ppm de cromo); esto su-giere que el proceso es significati-vamente endotérmico.

En las curvas C y D de la figura2, las cuales hacen referencia a laceniza tratada, se observa cómo laremoción mejora notablemente; losresultados obtenidos se encuentrandentro del límite permisible. A tem-peratura ambiente, el mejor valor(0,45 ppm) se obtiene con un tiem-po de agitación de 180 minutos, ydisminuyéndolo a 60 minutos, sólose llega a 4 ppm. A 50°C y 60 mi-nutos de agitación se obtiene el me-jor valor (0,031 ppm de cromo); sinembargo, con un tiempo de agita-ción de 30 minutos se alcanza unaconcentración de 0,3571 ppm.

En la figura 3 se determina lacapacidad de adsorción de la ceni-za volante original y resulta un va-lor de 1.1048 meq de cromo/gramode ceniza, cifra que se encuentradentro del intervalo reportado en laliteratura [6 y 7].

La figura 4 presenta la isotermade adsorción, la cual exhibe la for-ma de una S, característica de resi-nas bifuncionales, en este caso congrupos ácidos débiles y fuertes. Enlas mallas moleculares de tipo zeo-lítico se observan sitios de inter-cambio diferentes y las isotermasson bifuncionales, como si surgie-ran de la superposición de dos iso-termas regulares.

La figura 5 muestra el análisistermogravimétrico realizado a la

4. Resultadosexperimentales yanálisis de resultados

ceniza volante original. Se observapérdida de peso hasta una tempera-tura aproximada de 100°C, debidoa la humedad presente en el mate-rial. De 100°C a 430°C no se pre-senta una pérdida significativa de

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C [p

pm]

n (m

mol

Cr/

g de

cen

iza)

%Peso

Temperatura ( C )

n (meq/g)

C (mmol Cr/L)

Figura 3. Capacidad de adsorción de la ceniza volante original

Figura 4. Isoterma de adsorción de la ceniza volante original

Figura 5. Análisis termogravimétrico de la ceniza volante original

[2] Singer Arieh and Berkgaut Vadim, “Cation ex-change propertiees of hidrotermally treated coalfly ash”. Environ. Sci. Technol., vol 29, pp. 1748-1753 (1995).

[3] Amrhein Christopher, Haghnia Gholan, TaiSoon Kim, Paul Musher, Ryan Gagajena, TedrosAmanios and Laura de Latorre, “Shyntesis andpropierties of zeolites from coal fly ash”Enviromental Science and Technology, vol. 30,N.3, pp 735-742, (1996).

[4] Perry, John H., “Chemical EngineersHandbook”, McGraw-Hill Company, New York,fourth edition, pp 2-77 (1963).

[5] APHA, AWWA, WPCF, “Standard Methods,for the examination of water and wastewater”(1998).

[6] Gil Pavas, Edison H. “Remoción de cromo dela industria de curtiembre utilizando mallas mole-culares”. Tesis Maestría, Universidad Nacional deColombia, Ingeniería Química, Santafé de Bogotá(1997).

Agradecimientos

Agradecimientos especiales al doctor CarlosSaldarriaga Molina, Ph.D, profesor de laUniversidad de Antioquia, director del proyecto.

El presente trabajo fue financiado, en parte,por Colciencias, dentro de un proyecto de investi-gación encaminado al uso de mallas molecularesen la descontaminación de desechos líquidos, y,otra parte, por la Universidad de Antioquia.

análisis termogravimétrico se rea-lizó hasta una temperatura final de950°C y la pérdida de peso en nin-gún momento se estabilizó [5].

Para el análisis estadístico seempleó el programa Statgraphics[8]. Después de suministrar cadauno de los valores de los diferen-tes ensayos, se hizo un análisis devarianza, el cual se muestra en laTabla I. Allí puede verse cuálesson los factores más significati-vos dentro del diseño experimen-tal que minimizan la variable derespuesta.

Con los datos de Tabla I, se ob-tiene la ecuación [1] y, a partir deésta, se puede generar la superficiede respuesta; adicionalmente, nosinforma que la mejor remoción decromo se logra con 16,2 g de ceni-za volante original a una tempera-tura de 45,5°C y con un tiempo de15 minutos:

Y = 96.271475 - 37.827082A -- 168.278683B - 156.545711C ++ 98.40725BC + 45.143706B2 ++ 83.81857C2 (1)

donde: Y es la concentración decromo.

Los resultados obtenidos per-miten concluir que el cromo resi-dual, proveniente de los efluenteslíquidos de la industria de curti-dos, en su estado de oxidación +3se puede eliminar, utilizando unamalla molecular mezclada conmaterial carbonoso, presente en

5. Conclusiones

el producto de desecho conocidocomo “ceniza volante”.

El método utilizado presentauna alternativa simple y económi-ca para la remoción del Cr+3, elcual se puede extender para la re-moción de otros metales potencial-mente tóxicos.

Los factores fundamentales pa-ra el proceso de adsorción son: latemperatura del proceso, la masade ceniza volante y, en menor gra-do, el tiempo de agitación, comopuede observarse en la Tabla I.

Los procesos de remoción efec-tuados con ceniza volante tratadaquímicamente exhiben mejores re-sultados que los realizados con laceniza volante original, debido aque, al tratar este material, se for-ma un material zeolítico, incre-mentando su capacidad de remo-ción y mejorando sus propiedadescristalinas.

De una forma directa, se contri-buye a disminuir otro agente con-taminante como es el de la cenizavolante, del cual se generan tonela-das diariamente.

Con lo anterior se espera contri-buir al saneamiento de los diferen-tes ríos y demás fuentes receptorasque están siendo sometidas al granflagelo de la contaminación concromo.

[1] Cheng-Fang Lin and Hsing-Cheng Hsi,“Resorce recovery of waste fly ash: Synthesis ofzeolite-like material”. Environ. Sci. Technol., vol.29. 1109-1117 (1995).

6. Bibliografía

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Efecto Suma de cuadrados P-Valor

A: Tiempo 20012,115 0,0717B: Temperatura 396045,899 0,0000C: Masa 342743,840 0,0000BC 77471,895 0,0035BB 21252,219 0,0650CC 74789,381 0,0039Total 33821,599Cuadrado de la regresión 0,960846

Tabla I. Análisis de varianza