Estudios en sistema continuo de aguas industriales textiles aplicando un

Capítulo 2.: Estudios en discontinuo

3. Estudios en continuo

3.11. Curvas de ruptura: ajuste de modelos y determinación de parámetros

3.12.5. Estudios en sistema continuo de aguas industriales textiles aplicando un

(Reyes Toriz, 2006) plantea que se necesitan eliminar los sólidos en suspensión de los residuales textiles antes de ser tratados por medio de biosorción, (Demirbas, 2008a) plantea que los coloides afectan la carga superficial de las partículas del biosorbente influyendo sobre la agregación y el transporte de sustancias. Por estos motivos se decide

0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 % R em oc io ne s tiempo (min) Series1

aplicar una coagulación-floculación-sedimentación a las aguas provenientes de la UEBP No 102 empleando sulfato de alúmina, esta técnica operatoria puede apreciarse en el anexo 17.

Durante la realización de este procedimiento se estudia el pH con el objetivo de determinar el valor óptimo una mayor eliminación de sólidos suspendidos. Los pH que se analizan son 2, 5 (pH de la solución) y 9. Posteriormente se toma el sobrenadante y se determina el % de remoción mediante la ecuación (9), los resultados se observan en la tabla 3.11.

Tabla 3.11. % de remociones de sólidos suspendidos a distintos valores de pH empleando el método de coagulación-floculación-sedimentación.

% de remoción de sólidos suspendidos por coagulación-floculación- sedimentación.

pH % de remoción

2 67,00 %

5 90,77 %

9 95,32 %

Realizando un análisis de los resultados de la tabla 3.11 se concluye que el pH al cual se obtiene un mayor % de remoción fue al pH=9 con un 95,32 % de remoción, pero es notable que al valor de pH=5 el cual se corresponde con el pH del residual también se remueve una cantidad considerable de sólidos suspendidos, el 90, 77 %, por lo que se decide realizar las posteriores operaciones de coagulación-floculación-sedimentación a pH=5 con vistas a que en una posible inversión de una planta de tratamiento se simplifique el proceso al no tener que incurrir en un gasto por la presencia de un tanque neutralizador, consumo de reactivo y tiempo de operación.

Definido el pH óptimo para la realización de la coagulación-floculación-sedimentación se procede a remover el color del agua tratada sin sólidos suspendidos mediante la operación de biosorción en columna de lecho fijo empleando como relleno RAS. Los resultados obtenidos se exponen en las figuras 3.24 y 3.25.

Capítulo: 3. Estudios en continuo.

Figura 3.24 y 3.25. % de remociones y curva de ruptura correspondiente al proceso de biosorción de aguas industriales textiles de la UEBP No 102 empleando RAS con un tratamiento previo de coagulación-floculación-sedimentación.

Las figuras 3.24 y 3.25 posibilitan llegar a la conclusión que una vez que los sólidos suspendidos son eliminados por coagulación-floculación-sedimentación, los % de remociones son considerablemente más altos que sin tratamiento previo, además la curva de ruptura del proceso permite apreciar que la columna cuenta con una alta capacidad de retención, pues fueron tratados 1836 mL a una concentración menor que el 50 % de la inicial (anexo 18). Como resultado de este estudio preliminar se llega a la consideración que para el tratamiento de las aguas residuales textiles de la UEBP No 102 es muy

eficiente el uso de un tratamiento primario de coagulación- floculación-sedimentación y utilizar la biosorción con RAS como tratamiento secundario de las mismas.

3.13. Conclusiones parciales.

1. El análisis estadístico empleando el software Statgraphics Plus 5.1 muestra que las condiciones óptimas de operación de la columna de adsorción son altura de empaque de 21 cm, concentración de 100 mg/L y caudal de alimentación de 6 mL/min. Con estas condiciones se obtiene mayor cantidad de volumen efectivo tratado, así como un mejor aprovechamiento del empaque de la columna de adsorción.

2. Las curvas de ruptura del proceso de biosorción de azul de metileno con RAS permiten conocer que la columna opera con una alta eficiencia, pues esta tiene una un 90,68 % de remoción.

3. El modelo de Thomas es el que mejor representa los datos experimentales de las curvas de ruptura de la biosorción de azul de metileno con RAS y a partir del mismo se estima una capacidad de adsorción de 18,97 mg (AM)/g (RAS).

4. El estudio con aguas industriales textiles de la UEBP No 102 permite afirmar que los RAS solo son altamente efectivos para la eliminación de color aplicando tratamiento primario de eliminación de sólidos suspendidos por coagulación- floculación- sedimentación.

Conclusiones

Conclusiones.

1. La caracterización físico-química y estructural del residuo agrícola de sorgo, indican que es un material compuesto principalmente por celulosa, hemicelulosa y lignina, con el predominio en su superficie de grupos del tipo OH (hidroxilo), C=O (carbonilo), Csp3-H (estructuras alifáticas, estructuras de simples enlaces carbono-carbono), y C-O-C (ésteres y éteres), las que le confieren muy buenas propiedades adsorbentes.

2. Los estudios en discontinuo de remoción de azul de metileno en soluciones acuosas con RAS indican que los mejores resultados se obtienen a pH 5, concentración de biosorbente 10 g /L y 1 hora de contacto, para una granulometría del sólido de 0,84-0,63 mm.

3. Los estudios cinéticos y termodinámicos permitieron concluir que la cinética del proceso de remoción de azul de metileno con RAS responde a un modelo de pseudo-segundo orden, en un proceso endotérmico, espontáneo; con una capacidad máxima de adsorción de 34,48 mg (AM) /g (RAS) y se ajusta mejor a la isoterma de Sips con 99 % de probabilidad.

4. Las condiciones óptimas de operación en columnas de lecho fijo de laboratorio para la biosorción de azul de metileno son una altura de empaque de 21 cm (4,72 g RAS) una concentración de 100 mg/L del adsorbato y un caudal de alimentación de 6 mL/min.

5. La modelación matemática de las curvas de ruptura permiten calcular las capacidades de adsorción de azul de metileno con RAS y otros parámetros importantes para el escalado del proceso en dependencia del modelo empleado. El de Thomas, es el que mejor ajusta a los datos experimentales de las ondas de adsorción.

6. Los estudios preliminares de remoción de color de aguas residuales textiles reafirman el empleo de la biosorción como tratamiento secundarios, posterior a un tratamiento de coagulación-floculación-sedimentación se obtienen las mejores remociones de color por biosorción con RAS, 90 %.

Recomendaciones.

1- Continuar los estudios con aguas industriales textiles y confeccionar una propuesta tecnológica que se basen en los resultados alcanzados en la investigación.

2- Probar la efectividad de este biosorbente en la remoción de otros colorantes que se utilicen en las industrias textiles del país.

3- Probar la efectividad de los residuos de cosecha de sorgo para la remoción de metales pesados.

4- Buscar alternativas para dar uso de manera segura a los residuos sólidos que genera la biosorción, los cuales son menos agresivos y de más fácil manejo que los que se encuentran en cuerpos receptores líquidos.

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Anexo 1. Valoración de los RAS en medio básico con HCl. Volumen de HCl consumido pH (réplica1) pH (réplica1) pH (promedio) 0 12.77 12.77 12.77 0.5 12.65 12.67 12.66 1 12.39 12.45 12.42 1.5 11.91 12.05 11.98 2 11.15 11.19 11.17 2.5 10.53 10.6 10.565 3 9.97 10.4 10.185 3.5 9.3 9.39 9.345 4 7.51 7.81 7.66 4.5 5.8 5.97 5.885 5 4.67 4.66 4.665 5.5 3.37 3.42 3.395 6 2.21 2.24 2.225 6.5 1.78 1.82 1.8 7 1.57 1.6 1.585 7.5 1.42 1.46 1.44 8 1.32 1.34 1.33 8.5 1.24 1.26 1.25 9 1.18 1.2 1.19 9.5 1.12 1.14 1.13 10 1.08 1.1 1.09 10.5 1.04 1.05 1.045 11 1 1.01 1.005 11.5 0.99 0.99 0.99 12 0.97 0.97 0.97

Anexos

Anexo 2. Valoración de los RAS en medio básico con NaOH. Volumen de HCl

consumido

pH (réplica1) pH (réplica1) pH (promedio)

0 0.93 0.92 0.925 0.5 0.86 0.76 0.81 1 0.71 0.75 0.73 1.5 0.75 0.85 0.8 2 0.81 0.87 0.84 2.5 0.88 0.93 0.905 3 0.96 1.01 0.985 3.5 1.04 1.1 1.07 4 1.14 1.18 1.16 4.5 1.26 1.34 1.3 5 1.43 1.51 1.47 5.5 1.63 1.76 1.695 6 1.96 2.23 2.095 6.5 2.76 3.98 3.37 7 6.47 9.44 7.955 7.5 11.05 11.51 11.28 8 11.77 11.88 11.825 8.5 12.09 12.1 12.095 9 12.21 12.25 12.23 9.5 12.32 12.35 12.335 10 12.4 12.42 12.41 10.5 12.46 12.47 12.465 11 12.51 12.53 12.52 11.5 12.56 12.58 12.57 12 12.6 12.61 12.605

Anexo 3. Longitudes de onda a diferentes concentraciones de azul de metileno. Concentración (mg/L) Absorbancia 0 0 6 0,192 18 0,648 30 1,148 42 1,66 54 2,261

Anexos

Anexo 4. Matriz de Statgraphics para el diseño de experimento del sistema en discontinuo.

Experimento concentración agitación pH

1 -1 1 1 2 -1 0 1 3 -1 0 0 4 0 0 0 5 0 1 -1 6 -1 0 -1 7 1 -1 0 8 0 -1 0 9 -1 -1 1 10 -1 1 -1 11 1 0 1 12 0 0 1 13 0 -1 -1 14 1 -1 -1 15 0 1 0 16 -1 -1 0 17 0 -1 1 18 0 0 -1 19 1 -1 1 20 -1 -1 -1 21 1 1 1 22 1 1 0 23 1 1 -1 24 1 0 -1 25 0 1 1 26 1 0 0 27 -1 1 0

Anexo 5. Remociones para cada combinación de la matriz del diseño de experimento del sistema en discontinuo. . 1 0 0 -1 91.001 1 0 -1 0 83.717 1 1 0 1 90.3 .1 0 1 1 93.279 1 -1 -1 0 59.061 1 0 1 0 88.798 1 -1 0 0 88.673 1 1 -1 0 93.103 1 -1 -1 1 58.686 1 -1 -1 -1 62.615 1 1 0 0 91.727 1 0 -1 1 85.644 1 -1 1 0 87.121 1 1 0 -1 93.554 1 -1 0 -1 86.62 1 1 -1 1 89.098 1 1 1 -1 92.603 1 1 1 0 92.077 1 1 1 1 91.176 1 -1 0 1 87.246 1 -1 1 1 84.693 1 -1 1 -1 85.719 1 0 0 1 88.673 1 1 -1 -1 95.682 1 0 0 0 90.3 1 0 1 -1 90.15 1 0 -1 -1 93.829 2 1 -1 -1 91.101 2 0 1 1 88.372 2 -1 0 0 87.341 2 -1 -1 1 62.24 2 1 1 -1 89.799 2 -1 -1 -1 62.465 2 0 0 1 89.224

Anexos

2 1 -1 1 90.625 2 -1 1 1 87.622 2 0 1 0 89.899 2 1 0 -1 89.349 2 0 -1 0 84.217 2 0 1 -1 90.15 2 1 0 1 91.326 2 0 -1 1 86.12 2 0 -1 -1 82.791 2 1 1 0 91.852 2 1 1 1 91.451 2 1 -1 0 92.077 2 -1 1 -1 84.668 2 -1 0 -1 86.47 2 -1 0 1 93.128 2 0 0 -1 86.345 2 0 0 0 89.549 2 -1 -1 0 59.286 2 -1 1 0 87.897 2 1 0 0 91.376

Anexo 6. Valores de % de remoción de azul de metileno empleando RAS a pH 2 y 5.

Valores de % de remoción de A M empleando RAS a pH 2 y 5 % de remoción para pH=2 % de remoción para pH=5

91,00 83,71 62,61 59,06 93,55 88,79 86,62 88,67 92,60 93,10 85,71 91,72 95,68 87,12 90,15 92,07 93,82 90,3 91,10 87,34 89,79 89,89 62,46 84,21 89,34 91,85 90,15 92,07 82,79 89,54 84,66 59,28 86,47 87,89 86,34 91,37

Anexos

Anexo 7. Remociones de colorante azul de metileno del estudio de la influencia del tamaño de partículas de los RAS con pH 5, concentracion de biomasa de 10 g/L ,agitacion de 80 rpm y temperatura de 30 °C.

Remociones para cada tamaño de partículas estudiado.

=(2-1)mm =(1-0,84)mm =(0,84-0,63) 49,9312 71,94957 49,04085 77,1117 79,57889 80,13536 80,26473 83,28524 82,54617 83,39475 85,30689 84,34198 85,25895 87,40074 85,15378 84,29232 87,49701 86,45759 88,34293 87,59328 87,66299 89,30956 88,55597 88,17959 88,11278 89,61492 88,893 87,76756 89,71119 88,7454 88,71117 89,63899 89,7786 88,82624 90,79422 89,8524 89,67779 89,75933 88,6224 89,93096 88,33936 88,9422 88,68816 89,18171 90,3936 88,71117 89,44645 89,7048 89,56272 91,03489 90,123

Anexo 8. Contacto del biosorbente con la solución de azul de metileno a pH 5, concentracion de biomasa de 10 g/L ,agitacion de 80 rpm y temperatura de 30 °C.

Anexos

Anexo 9. Isotermas de Freundlich y Langmuir a diferentes temperaturas y condiciones de pH 5, concentracion de biomasa de 10 g/L ,agitacion de 80 rpm y temperatura de 30 °C. Isoterma de Freundlich a 40 °C.

Isoterma de Freundlich a 60 °C.

Isoterma de Langmuir a40°C.

Isoterma de Langmuir a 60°C.

Anexos

Isoterma de Freundlich a 60 °C.

Isoterma de Langmuir a40°C.

Isoterma de Langmuir a 60°C.

Anexos

Isoterma de Freundlich a 60 °C.

Isoterma de Langmuir a40°C.

Anexo 10.Flujo impulsado por la bomba peristáltica en función de las rpm. rpm Q (mL/min) 99 9,37 90 8,33 80 7,31 70 6,52 60 5,45 50 4,83 40 3,84 30 3,61 20 2,9

Anexo 10.Flujo impulsado por la bomba peristáltica en función de las rpm.

rpm Q (mL/min) 99 9,37 90 8,33 80 7,31 70 6,52 60 5,45 50 4,83 40 3,84 30 3,61 20 2,9

Anexo 10.Flujo impulsado por la bomba peristáltica en función de las rpm.

rpm Q (mL/min) 99 9,37 90 8,33 80 7,31 70 6,52 60 5,45 50 4,83 40 3,84 30 3,61 20 2,9

Anexos

Anexo 11. Matriz del diseño de experimento del sistema continuo .

Corrida experimental X1: Q (ml/min) X2: Hc (cm) X3: Co(mg/L)

1 1 1 1 2 1 1 -1 3 -1 1 -1 4 -1 1 1 5 1 -1 1 6 1 -1 -1 7 -1 -1 1 8 -1 -1 -1 9 1 1 -1 10 -1 1 1 11 -1 1 -1 12 1 -1 -1 13 -1 -1 -1 14 -1 -1 1 15 1 1 1

Influencia del caudal de alimentación sobre los puntos de ruptura Q (mL/min) Hc (cm) CO(mg/L) Puntos de ruptura ( min)

9 17 100 53 6 17 100 90 9 21 100 45 6 21 100 109 9 17 500 4 6 17 500 11 9 21 500 8 6 21 500 12

Anexo 12.Curvas de rupturas de biosorcion de AM empleando RAS.

Curva de ruptura del proceso de biosorción de azul de metileno empleando RAS bajo las condiciones de Co=100 mg/L, Q=6 mL/min, Hc= 21cm.

Curva de ruptura del proceso de biosorción de azul de metileno empleando RAS bajo las condiciones de Co=100 mg/L, Q=9 mL/min, Hc=17cm.

Curva de ruptura del proceso de biosorción de azul de metileno empleando RAS bajo las condiciones de Co=100 mg/L, Q=9 mL/min, Hc=21cm.

Anexos

Curva de ruptura del proceso de biosorción de azul de metileno empleando RAS bajo las condiciones de Co=500 mg/L, Q=6 mL/min, Hc=17cm.

Curva de ruptura del proceso de biosorción de azul de metileno empleando RAS bajo las condiciones de Co=500 mg/L, Q=6 mL/min, Hc=21cm.

Curva de ruptura del proceso de biosorción de azul de metileno empleando RAS bajo las condiciones de Co=500 mg/L, Q=9 mL/min, Hc=17cm.

Curva de ruptura del proceso de biosorción de azul de metileno empleando RAS bajo las condiciones de Co=500 mg/L, Q=9 mL/min, Hc=21cm.

Anexos

Anexo 13. Ajustes de los datos experimentales al modelo de Adams y Bohart.

Curva de ruptura del modelo de Adams y Bohart para los puntos iniciales del proceso de biosorción de azul de metileno con RAS a Co=100 mg (A.M)/L, Q=6mL/min y una Hc=17 cm.

Curva de ruptura del modelo de Adams y Bohart para los puntos iniciales del proceso de biosorción de azul de metileno con RAS a Co=100 mg (A.M)/L, Q=9mL/min y una Hc=17 cm.

Curva de ruptura del modelo de Adams y Bohart para los puntos iniciales del proceso de biosorción de azul de metileno con RAS a Co=100 mg (A.M)/L, Q=9mL/min y una Hc=21cm.

Curva de ruptura del modelo de Adams y Bohart para los puntos iniciales del proceso de biosorción de azul de metileno con RAS a Co=500 mg (A.M)/L, Q=6mL/min y una Hc=17cm.

Anexos

Curva de ruptura del modelo de Adams y Bohart para los puntos iniciales del proceso de biosorción de azul de metileno con RAS) a Co=500 mg (A.M)/L, Q=6mL/min y una Hc=21cm.

Curva de ruptura del modelo de Adams y Bohart para los puntos iniciales del proceso de biosorción de azul de metileno con RAS a Co=500 mg (A.M)/L, Q=9mL/min y una Hc=21cm.

Anexo 14. Ajustes de los datos experimentales al modelo de Thomas.

Curva de ruptura del modelo de Thomas para el proceso de biosorción de azul de metileno con RAS a Co=100 mg (A.M)/L, Q=6mL/min y una Hc=17cm.

Curva de ruptura del modelo de Thomas para el proceso de biosorción de azul de

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