Análisis por espectrofotometría ultravioleta/visible (UV/Vis)

Para comprobar la efectividad del método se propusieron dos experimentos, uno de ellos se contamino agua con tierra de jardín a una concentración aproximada de 0.3% m/v (para la prueba de 45 minutos) y otro con azul de metileno y jabón al 0.05% m/v y 0.05% v/v respectivamente (para la prueba de 60 minutos), se tomaron 4 de muestras, 2 de agua antes del tratamiento y 2 de agua tratada, y se realizó un análisis por espectrofotometría UV/Vis, ya que

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estos métodos espectroscópicos de análisis se basan en la medición de la radiación electromagnética emitida o absorbida por analítos o muestras, a través de un espectro de absorción el cual muestra la disminución de la potencia de un haz de radiación electromagnética como consecuencia de su interacción con el analíto. Por lo que comparando los espectros de absorción de las muestras se determina el porcentaje remoción de contaminantes (en el anexo D se detalla este tipo de análisis y equipo usado). Los espectros de absorción obtenidos para las muestras contaminadas con tierra se muestran en la figura 4.27.

Figura 4.27 Espectros de absorción obtenidos para las muestras con tierra.

La curva representada en color rosa indica que los compuestos contenidos en la tierra tienen poca absorbancia, mientras que los compuestos generados durante el tratamiento presentan un pico de absorción a la longitud de onda de 375 nm, este comportamiento se puede atribuir a la formación de complejos de hierro durante el tratamiento, cabe mencionar que esto concuerda con lo reportado en otras investigaciones [25, 26, 35].

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En la figura 4.28 se muestran los espectros de absorción obtenidos para las muestras contaminadas con azul de metileno y jabón, la curva representada en color rosa indica la muestra sin tratamiento y la verde representa la muestra después del tratamiento electroquímico. Es posible verificar que la muestra inicial tiene compuestos que absorben radiación ultravioleta (longitudes de onda inferiores a 400 nm), sin embargo, después del tratamiento estos compuestos se degradan, y comparando las absorbancias de ambas muestras a la longitud de onda de 240 nm, en la cual se presenta un punto de inflexión es posible determinar el porcentaje de remoción de contaminantes, en la figura 4.29 se muestra un acercamiento en la longitud de onda de 240 nm.

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Figura 4.29 Acercamiento en los espectros de absorción obtenidos en la prueba de 60 minutos.

De la figura 4.29 se determina que existe una remoción de los compuestos que se encontraban al inicio del tratamiento del 93% para un tiempo de 60 minutos y un corriente aplicada de 1.24 A. lo que verifica la efectividad del método de tratamiento usado.

Durante la experimentación del proceso de tratamiento, se llevaron a cabo otras dos pruebas con el tipo de agua a utilizar (agua del estanque que se encuentra fuera de la Biblioteca Nacional “Victor Bravo Ahuja”), y las características de la EC para dichas pruebas fueron las siguientes:

 Para la primera prueba, se fijo un tiempo de tratamiento de 20 minutos y una corriente aplicada de 0.75 A.

 Para la segunda, un tiempo de 45 minutos y una corriente de 1.30 A.

 El agua a tratar fue la misma para las dos pruebas.

Posteriormente se tomaron tres muestras, y se llevaron a analizar para DBO a los laboratorios de Intertek, en la figura 4.30 están las muestras tomadas para su análisis.

Longitud de onda

240.0479

240.0479

Absorbancia

2.6082

0.1993

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Figura 4.30 Muestras tomadas para el análisis de DBO.

De la muestras de la figura 4.30, la primera muestra de izquierda a derecha es el agua inicial, la segunda es de la prueba de 20 minutos y la tercera es de la prueba de 45 minutos. En la tabla 4.2 se muestran los resultados de los análisis.

Tabla 4.2 Resultados del análisis de DBO.

Identificación Resultado

Agua inicial No Detectado

Agua final 20/0.75 1.30

Agua final 45/1.30 No Detectado

De la tabla 4.2, se puede apreciar que al agua inicial no se le detecto DBO, es decir, no estaba contaminada para ese parámetro. Aunque este dato no se conocía al inicio, se supuso que el agua estaba contaminada y las pruebas se llevaron a cabo, encontrándose que para la prueba de 20 minutos el DBO se elevo a 1.30 mg/L y en la prueba de 45 minutos nuevamente no se detecto DBO.

Debido a que no se le detecto DBO al agua inicial que se ocupo en estas dos pruebas, los resultados no pueden ser tomados en cuenta para la estimación del porcentaje de remoción del sistema de tratamiento, pero si como un antecedente de lo que se podría esperar si se trata con este método agua con una muy baja contaminación, además como motivación para continuar con la experimentación y un análisis completo de calidad del agua entregada por este sistema para aguas que presentan baja contaminación (en el anexo A se muestra el resultado completo del análisis para DBO).

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Sumario

Con base en el diseño del prototipo del sistema de tratamiento se realizó la construcción, el cual está integrado por dos tanques de almacenamiento, un reactor electroquímico, los electrodos, la fuente de alimentación, una etapa de filtración y las válvulas de drenado; el sistema de automatización está compuesto por 9 bloques: (1) Bloque de activación del sistema de válvulas, (2) Terminales de conexión 5 VCD y GND, (3) Bloque de adquisición de señales de nivel, (4) Salida de corriente alterna para la conexión de la fuente de alimentación, (5) Bloque de activación de la fuente de alimentación, (6) Tarjeta de adquisición de datos NI6008, (7) Alimentación de 127 VCA para la activación de válvulas y fuente de alimentación (parte de potencia), (8) Alimentación de 5 VCD para las señales de nivel y activación de optoacopladores (parte de control), (9) Alimentación principal del sistema de automatización a 127 VCA. Por último, la interfaz en LabVIEW™ integra un botón de paro de programa, tres tanques que representan los tanques de almacenamiento y el reactor electroquímico con sus respectivas válvulas de drenado, tuberías y lámparas indicadores de nivel; también se han colocado dos ventanas de control, para fijar el tiempo de tratamiento e indicar si está activo y para la operación de cada una de las válvulas.

Cuando el prototipo estuvo en funcionamiento, se realizaron pruebas experimentales del proceso de tratamiento, se tomaron muestras de agua y se analizaron por espectrofotometría UV/Vis para verificar la efectividad del método, encontrándose una remoción de contaminantes del 93% para un tiempo de 60 minutos y un corriente aplicada de 1.24 A.

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Conclusiones

Tras desarrollar el prototipo de automatización del proceso de tratamiento de aguas pluviales por el método de electrocoagulación se obtuvo que la verificación y activación del progreso de éste se hiciera desde una interfaz en LabVIEW™, tanto de manera automática como semiautomática. Por otro lado, al requerir un equipamiento simple y por su estructura de operación (por lotes o batch), se coordinaron las etapas del proceso evitando riesgos (por falta o exceso de líquido). El sistema de automatización permite la sustitución de sus dispositivos electrónicos de potencia por otros de mayor capacidad, para ser utilizado con equipos de mayor dimensión; lo que hace posible su aplicación en sistemas de cualquier volumen, pero, con niveles siempre establecidos; es decir, siempre y cuando no existan cambios de carga mayores o menores para el cual fue diseñado; esto último se puede mejorar agregando un sistema de regulación automática que enriquezca su interoperabilidad, y así, el proceso se realice ante cualquier cambio de carga y/o equipo utilizado.

Después e independiente a lo anterior, se realizaron pruebas experimentales para evidenciar la funcionalidad del prototipo y efectividad del método de tratamiento utilizando diferentes tipos de agua; de éstas, se tomaron muestras de agua inicial y final, que se sometieron a análisis de DBO y espectrofotometría UV/Vis, encontrándose la agregación de Fe al agua tratada, proveniente de los electrodos, y un remoción máxima de contaminantes del 93% para un tiempo de 60 minutos y un corriente aplicada de 1.24 A, por lo tanto, el sistema tiene un factor de mejora en la calidad del agua del 93%.

Con este desarrollo y resultados obtenidos se abre camino en el progreso de sistemas embebidos de control aplicados a procesos de tratamiento de aguas y en la creación de procedimientos y alternativas para la obtención del líquido vital.

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Trabajos futuros

 Efectuar análisis de DBO, DQO, SST y Coliformes fecales del agua tratada.

 Diseño de sistemas de monitoreo y control de temperatura, pH y Oxígeno disuelto.

 Diseño de un sistema de regulación de la fuente desde la interfaz.

 Implementación de un panel solar para llevar a cabo todas las funciones del proceso.

 Análisis y caracterización de las graficas de concentración de Fe estimadas, para la selección óptima de los valores de corriente y tensión.

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