Diseño de filtro para colorante textil en agua. Filter ...cmas.siu.buap.mx/portal_pprd/work/sites/rlac/resources/Local... · Es decir, este proceso consiste en hacer pasar la mezcla

Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(13):175-186 2015

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1Diseño de filtro para colorante textil en agua.

Filter design for textile dye in water.

Daniel Cruz González, Janette Arriola Morales, Gabriela Pérez Osorio, José Carlos Mendoza

Hernández, Magaly Rosales Millán.

Facultad de Ingeniería Química, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Calle 4 Sur No 104

Colonia Centro, C. P. 72000, Puebla, México, Tel: (01) – 222 – 2295500. Email:

[email protected]

RESUMEN. La industria textil requiere grandes cantidades de agua durante la impresión y

proceso de teñido, y por lo tanto produce grandes cantidades de aguas residuales que a

menudo son desechadas en las fuentes de agua dulce en los países en desarrollo. Estos

efluentes o productos de desecho, contienen colorantes como el índigo y azoico, así como

grandes cantidades de metales pesados, agentes de blanqueo y ácidos, que son

extremadamente tóxicos para todos los seres vivos. Estos compuestos se diseñan para ser

altamente resistentes, incluso a la degradación microbiana, por lo que son difíciles de

eliminar en las plantas de tratamiento convencionales. Los efluentes de la industria textil

contienen una gran variedad de contaminantes provenientes de los diferentes procesos

involucrados en la fabricación de fibras. La mitad de los colorantes contienen enlaces

azoicos. Este acoplamiento químico, en combinación con los grandes grupos aromáticos,

proporciona el color a la molécula. Los enlaces azoicos se pueden partir bajo condiciones

reductoras para formar aminas. Se ha demostrado que algunas de estas aminas aromáticas

son cancerígenas.

Este trabajo de investigación inicio con el diseño y construcción de un filtro con diferentes

capas de arena, grava y gravilla, en el laboratorio de ambiental de la facultad de Ingeniería

Química, para posteriormente filtrar una muestra de agua proveniente de una industria

textil. La filtración es un proceso en donde el agua pasa a través de un lecho filtrante

compuesto originalmente de arena fina dispuesta sobre una capa de grava de soporte. En la

actualidad son comunes otros medios filtrantes y soportes. Los mecanismos que intervienen

en la filtración incluyen el colado de las partículas de mayor tamaño que los poros, la

Recibido: Mayo, 2015.

Aprobado: Julio, 2015


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floculación, que se produce cuando las partículas entran en contacto más estrecho dentro

del filtro, y la sedimentación de las partículas en los poros del filtro. Con el tiempo, los

poros del filtro, en particular los de la superficie se obstruyen y se hace necesario limpiar el

filtro mediante un lavado a contracorriente. Es muy importante mencionar que cada capa

del filtro se le coloco una malla para que no se mezclaran los componentes de este y evitar

que partículas de mayor tamaño bajaran con la corriente de agua. Al considerar construir

este filtro, se espera que tenga las características adecuadas para reducir a una mínima

cantidad los contaminantes que llegan de los efluentes provenientes de estas industrias.

ABSTRACT. The textile industry requires large amounts of water during printing and

dyeing process, and therefore produces large quantities of wastewater that are often

discarded on the sources of fresh water in developing countries. These effluents or waste

products contain dyes such as indigo and azo and large amounts of heavy metals, bleaches

and acids, which are extremely toxic to all living beings. These compounds are designed to

be highly resistant even to microbial degradation, so they are difficult to remove in

conventional treatment plants. The textile industry effluents contain a variety of

contaminants from different processes involved in the manufacture of fibers. Half of the

azo dyes contain links. This chemical coupling in combination with the large aromatic

groups, provides color to the molecule. Azo links can be split under reducing conditions to

form amines. It has been shown that some of these are carcinogenic aromatic amines.

This research began with the design and construction of a filter with different layers of

sand, gravel and pebbles, environmental laboratory of the Faculty of Chemical Engineering,

later to filter a sample of water from a textile industry. Filtration is a process wherein the

water passes through a fine sand originally arranged on a support gravel layer composite

filter bed. Currently other filter media and supports are common. The mechanisms involved

in the filtration include casting of the particles larger than the pores, the flocculation that

occurs when the particles come into closer contact within the filter, and sedimentation of

particles in the filter pores. Over time, the filter pores, including the surface becomes

clogged and the filter must be cleaned by backwashing. It is important to mention that each

filter layer is a mesh placed components this is not to mix and prevent larger particles come

down with the water stream. When considering build this filter is expected to take

appropriate measures to reduce to a minimum the amount pollutants coming from runoff

from these industries features.

Palabras Clave: Agua, Colorantes, Filtro, Textil.


177

Keywords: water, dye, filter, textile

INTRODUCCIÓN

En la actualidad la presencia de colorantes en las aguas residuales representa un problema

que debe ser tratado desde el punto de vista ambiental, económico y tecnológico; ya que

este tipo de compuestos no pueden eliminarse totalmente con los métodos de tratamiento

convencionales. Entre los métodos convencionales más empleados para remover colorantes

se tiene la coagulación-floculación así como procesos biológicos, sin embargo estos no son

muy efectivos en la destrucción de estos colorantes (w1, 2014).

Por otro lado, desde que Fujishima y Honda reportaron en 1972 el fenómeno de la división

foto catalítica del agua sobre un electrodo de TiO2 en presencia de luz UV (Ramalho,

2003), se han desarrollado numerosas investigaciones encaminadas a la aplicación del TiO2

al tratamiento de aguas por fotocatálisis heterogénea. Para dicha aplicación se han

desarrollado materiales semiconductores dopados con nanopartículas para su aplicación en

reacciones foto-asistidas buscando reducir o eliminar los contaminantes presentes en las

descargas de agua residual (Hathway , 2009 y Badr et al, 2008 ). El uso de TiO2 en

presencia de luz UV, es una técnica que puede ser empleada como sistema de depuración

de aguas (Gómez, 2013), debido a sus características tales como: químicamente estable,

absorbe radiación en el UV, es de bajo costo, abundante y bio-compatible. Su banda de

conducción presenta un alto carácter de orbitales de Ti4+, mientras que su banda de valencia

se encuentra llena de electrones con un alto carácter de orbitales 2p en el oxígeno.

Desde el punto de vista químico, las ventajas que presenta para su aplicación en procesos

foto-catalíticos, se basan principalmente en su potencial de óxido-reducción (redox), esto

es, su capacidad de generación del par electrón- hueco, donde los huecos foto-generados

son altamente oxidables, lo que significa que los electrones foto-generados, son

suficientemente oxidativos para producir super-óxidos de oxígeno.

En numerosos trabajos se ha reportado la degradación y mineralización total de soluciones

acuosas de azul de metileno (5 a 30 ppm), rojo congo, alizarin S, naranja G, y rojo de

metilo empleando de TiO2 como foto-catalizador y luz ultravioleta, en todos los casos se

observó la transformación de la parte orgánica de las moléculas colorantes a CO2, en el

caso del azul de metileno, el azufre ligado a su estructura se eliminó como sulfato y el

nitrógeno se transformó lentamente en un nitrato.

Se denomina filtración, al proceso unitario de separación de un sólido en suspensión en un

líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido.


178

Es decir, este proceso consiste en hacer pasar la mezcla o suspensión a través del medio

poroso o algún otro material filtrante para lograr que las partículas sólidas queden atrapadas

de este o en el interior de los poros mientras permite el paso al líquido.

Es un método que tiene una gran aplicación en todo tipo de industrias, como consecuencia

de esto, existen diversos equipos para filtración así como también una amplia variedad de

medios filtrantes, es decir uno para cada necesidad. A nivel industrial podemos observar

procesos de filtración muy sencillos que esencialmente son una simple acción de tamizado

y otros que presentan un grado mayor de dificultad, donde es indispensable el control de

todas las variables que afectan la operación de filtrado como: Temperatura de la mezcla,

presión de filtrado, estabilidad química del líquido a filtrar, adición de coadyuvantes, etc.

La filtración puede efectuarse con presión mayor a la atmosférica, a presión atmosférica y

mediante vacío. Debido a la necesidad de filtrar grandes volúmenes de líquido con

partículas finas en tiempos que no sean muy largos, la mayoría de los procesos industriales

utilizan alta presión o vacío, lo cual se consigue con motobombas o el empleo de máquinas

de filtrado centrifugas. La filtración a presión atmosférica está limitada en su uso, ya que

solo puede aplicarse en la separación de partículas gruesas con medios filtrantes de tamaño

de poro también grueso.

Existen tres tipos esenciales de filtración en los cuales en general se encuentran algunas de

las aplicaciones y técnicas antes mencionadas. Son tipos de filtración utilizadas de forma

esencial hoy en día en la purificación de agua debido a la excesiva contaminación a causa

de la industria y por la mala utilidad que el hombre le da.

Estos son:

Filtración Mecánica

Filtración Química

Filtración Biológica

METODOLOGÍA

Primera parte: Construcción del filtro.

Los materiales utilizados para la construcción del filtro fueron:

Recipiente de plástico de 5 L de capacidad con taparrosca.

Tamiz o malla de aproximadamente 2mm

1 metro de Tela “ángel”


179

Pistola de silicón

Barras de silicón

Tripié metálico (soporte)

Tubo metálico de aproximadamente 5 cm de espesor y 20 cm de largo.

Gravilla roja

Gravilla amarilla

Arena

Segunda parte: Desarrollo Experimental.

1. De esta muestra se tomó una proporción de 1:10 para diluir. Se tomaron 10 mL de

muestra y se colocaron en un matraz aforado de 1 L. Se aforo con agua destilada y se

homogenizo, con esta dilución obtuvimos la muestra control o inicial.

2. La muestra control o inicial se valoró antes de hacerla pasar por el filtro.

3. Se procedió a realizar el filtrado de esta agua, se realizaron 10 pasos consecutivos de

agua, después de cada filtración se tomó una muestra para realizar las mediciones

respectivas

4. Se identificó cada vial con un número desde el 0 al 10 con cinta adhesiva y plumón,

tomando el cero como la muestra control.

5. Se estableció hacer pasar la muestra 10 veces en el filtro. En cada ´paso se midieron

parámetros como el pH, la conductividad eléctrica y los sólidos sedimentables, se

tabularon para hacer comparación entre cada paso por el filtro y el blanco.

Figura 1. a) Proceso de dilucion, b) filtrafdo y c) recoleccion del efluente


180

EL “blanco” o muestra cero fue tomada de la muestra homogeneizada antes de hacerla

pasar por el filtro.

Se estableció que hiciéramos pasar la muestra 10 veces en el filtro. Iniciando esto, cada vez

que la muestra fuera recolectada se midieron parámetros como el pH, la conductividad

eléctrica y los sólidos sedimentables y se anotaron los resultados, se tabularon para hacer

comparación entre cada paso por el filtro y el blanco.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se graficó cada parámetro con el objetivo de ver la variación y el cambio de los

componentes de la muestra analizada. Durante cada paso, el tiempo transcurrido fue de

media hora, a excepción del primer paso, que duró aproximadamente una hora.

Tabla 1. Resumen de parámetros valorados en la primer prueba

Paso por el filtro pH Conductividad

eléctrica (µS)

Sólidos sedimentables

(mgL-1)

Muestra cero 9.7 870 430

Primer paso 8.3 1590 790

Segundo paso 8.4 1840 910

Tercer paso 7.9 1900 940

Cuarto paso 7.8 2130 1060

Quinto paso 8.0 2200 1100

Sexto paso 7.8 2260 1130

Séptimo paso 7.6 2330 1170

Octavo paso 7.5 2410 1200

Noveno paso 7.4 2470 1230

Decimo paso 7.4 2290 1140


181

Figura 2. Variación del pH

Sin embargo los valores de conductividad eléctrica fueron aumentando conforme

aumentaban los pasos de la filtración, es posible que los materiales utilizados en la

construcción del filtro tengan sales solubles en su composición y estas se arrastraran por el

líquido a su paso a excepción del paso número 8.

Cabe resaltar que aunque se aumentaron los valores de conductividad eléctrica y de sólidos

sedimentables, la muestra logro una clarificación de color de forma notable a simple vista

figura 4.

Figura 3. Variación de la C.E

0

2

4

6

8

10

12 pH

pH

0

500

1000

1500

2000

2500

3000Conductividad eléctrica (µs)

Conductividad eléctrica (µs)


182

Figura. 4. Viales con submuestra de agua después de los pasos 4, 5, 6, 8, 9 y 10 de filtración

En la figura 5 se observa que los sólidos sedimentables presentan un comportamiento

similar al de la conductividad eléctrica, conforme la muestra se hace pasar por el filtro esta

va aumentando la cantidad de sólidos.

Figura 5. Variación de SS

Se hizo una segunda prueba, es decir se repitió todo el procedimiento. Estos fueron los resultados.

Tabla 2. Resumen de parámetros valorados en la segunda prueba

Paso por el filtro pH Conductividad

Eléctrica (µS)

Sólidos Sedimentables

(mgL-1)

Muestra cero 9.5 1380 680

Primer paso 7.9 1070 530

Segundo paso 7.9 1210 600

0200400600800

100012001400

Sólidos Sedimentables (mgL-1)

Sólidos Sedimentables…


183

Tercer paso 7.7 1210 600

Cuarto paso 7.6 1340 600

Quinto paso 7.5 1360 680

Sexto paso 7.7 1350 670

Séptimo paso 7.8 1320 660

Octavo paso 7.2 880 430

Noveno paso 7.3 1480 740

Decimo paso 7.5 1490 750

Figura 6. Variación del pH

Figura 7. Variación de la C.E

0

2

4

6

8

10 pH

pH

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600 Conductividad Electrica (µs)

Conductividad…


184

Figura 8. Variación de los SS

Como último paso, comparamos el blanco y el décimo paso de subnuestras obteniendo los

resultados en ambos experimentos:

Figura 9. Variables valoradas en el primer experimento

Figura 10. Variable valorados durante el segundo experimento.

0

200

400

600

800 Sólidos mgL-1

SOLIDOS mg/L

0

500

1000

1500

2000

2500

pH Conductividad eléctrica(µS)

Sólidos sedimentables(mg/L)

Muestra cero

Decimo paso

0200400600800

1000120014001600

pH ConductividadEléctrica (µS)

Sólidos Sedimentables(mg/L)

Muestra cero

Decimo paso


185

La muestra cero fue analizada en el espectrómetro de UV:

Figura 11 Conforme decrece la curva, la concentración decrece y el color de la muestra se va

aclarando. Llega un momento en que ya no bajan más las curvas lo cual indicaría que ya se saturo el

filtro.

CONCLUSIONES

De acuerdo a los datos obtenidos, el segundo experimento fue el que mostro mejores

resultados, ya que se logró una reducción en la medición de los parámetros que se

plantearon al inicio

Observamos que el valor de los sólidos sedimentables de la muestra final (paso 10) durante

el segundo experimento disminuyó considerablemente, lo que hace suponer que los

materiales utilizados desprendieron sólidos

El objetivo de este trabajo fue cubierto ya que se logró disminuir la concentración del

colorante.

200 300 400 500 600 700 800

0

1

2

3

Ab

so

rba

ncia

(u

.a.)

Longitud de Onda ()


186

BIBLIOGRAFÍA

Badr, M.G. Abd El-Wahed y Mahmoud M.A.“Photocatalytic degradation of methyl red dye

by silica nanoparticles”. 154 (1-3), 245-253, 2008.

Consejo de Europa. “Contaminación del agua”. Obtenido de:

http://www.urg.es/~iagua/LICOM_archivos/PT_Tema1.pdf. 2014

Gómez O. “Degradación fotocatalítica de colorantes textiles industriales presentes en aguas

residuales empleando TiO2 dopado con nanopartículas de Au”. Tesis de licenciatura,

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, 50p. 2013.

Hathway, Timothy Lee, "Titanium dioxide photocatalysis: studies of the degradation of

organic molecules and characterization ofphotocatalysts using mechanistic organic

chemistry" (2009). Graduate Theses and Dissertations. Paper 10730.

Henry, J. Glyan, Heinke, Gary W. (1999). “Ingeniería Ambiental”. Ed. Prentice Hall.,

México., 800 págs.

R.S. Ramalho. Tratamiento de aguas residuales, 716p, 2003.

Sans Fonfría, José Ramón., Ribas, Joan de Pablo (1989) “Ingeniería Ambiental:

Contaminación y Tratamientos”. Ed. MACOMBO, Barcelona.

Walter J. Webber, Jr. (2003). Control de la Calidad del Agua: Procesos Fisicoquímicos.

Barcelona., Ed. Reverté.

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