Efecto de la intensidad eléctrica y el tiempo en la disminución de la materia orgánica y turbidez en la electrocoagulación de las aguas residuales de la ciudad universitaria UNT

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. er. ía. Q. uí. m. ica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. ni. EFECTO DE LA INTENSIDAD ELÉCTRICA Y EL TIEMPO EN LA DISMINUCIÓN DE. ge. LA MATERIA ORGÁNICA Y TURBIDEZ EN LA ELECTROCOAGULACIÓN DE LAS. de. In. AGUAS RESIDUALES DE LA CIUDAD UNIVERSITARIA UNT. te. ca. TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO. Br. JUAN CARLOS AGUILAR VILLANUEVA Br. JUNIOR ALEXANDER BAZAN MOYA. Bi. bl. io. AUTORES:. ASESOR:. DR. JOSÉ FÉLIX RIVERO MÉNDEZ. TRUJILLO – PERÚ 2018. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. JURADO CALIFICADOR. uí. Dr. Jorge Enrique Flores Franco. m. ______________________________________. er. ía. Q. Presidente. ni. ______________________________________. ge. Ms. Walter Moreno Eustaquio. ca. de. In. Secretario. Dr. José Félix Rivero Méndez Asesor. Bi. bl. io. te. ______________________________________. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIAS. Dedico este trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme el haber. ica. llegado hasta este momento tan importante de mi formacion profesional.. m. A mi madre Juana Yolanda y mi padre Juan Vicente por haberme apoyado incondicionalmente. Q. uí. en todo momento; y a mis hermanas Patricia y Carmen.. de. In. ge. ni. er. ía. Aguilar Villanueva Juan Carlos. ca. Esta tesis la dedico con todo mi esfuerzo a mi madre Manuela y a mi padre Ernesto por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha. io. te. permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su infinito amor. A Julissa por ayudarme. Bi. bl. y apoyarme, por creer en este humilde soñador.. Bazán Moya Junior Alexander. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTOS. Agradecemos en primer lugar a DIOS por habernos permitido culminar con satisfacción este. ica. proyecto de investigación, también agradecemos al ingeniero José Rivero por su apoyo, y darnos. m. las facilidades y los instrumentos necesarios incondicionalmente en la realización de esta. uí. investigación.. Q. Finalmente agradecemos a los técnicos de nuestra alma mater, Jesús Mora, Pedro y Santiago. ía. por la ayuda que nos dieron en cada situación adversa con la que nos topamos en este arduo. Bi. bl. io. te. ca. de. In. ge. ni. er. camino.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE CONTENIDO JURADO CALIFICADOR ........................................................................................................ ii DEDICATORIAS ..................................................................................................................... iii. ica. AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................ iv ÍNDICE DE CONTENIDO........................................................................................................ v. uí. m. ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................ vii. Q. ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................ viii. ía. RESUMEN ................................................................................................................................ ix. INTRODUCIÓN ................................................................................................................. 1. ge. 1.. ni. er. ABSTRACT ............................................................................................................................... x. In. Antecedentes de la investigación ........................................................................................... 1. de. Marco teórico ......................................................................................................................... 7. ca. Aguas residuales................................................................................................................. 7. te. Electrocoagulación de aguas residuales ........................................................................... 12. io. Materia orgánica en aguas residuales ............................................................................... 22. Bi. bl. Turbidez ........................................................................................................................... 24 Problema .............................................................................................................................. 24 Hipótesis ............................................................................................................................... 25 Objetivos .............................................................................................................................. 25 2. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................................ 26. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Muestreo y recolección de datos .......................................................................................... 26 Materiales ............................................................................................................................. 26 Material de estudio ........................................................................................................... 26. ica. Materiales y equipos de laboratorio ................................................................................. 27. m. Reactivos .......................................................................................................................... 29. uí. Método experimental ........................................................................................................... 29. Q. 3. RESULTADOS .................................................................................................................... 39. er. ía. Condiciones iniciales del agua residual ............................................................................... 39. ni. Parámetros del proceso de electrocoagulación .................................................................... 40. ge. Promedio de los resultados experimentales ......................................................................... 41. In. Disminución de materia orgánica en función de intensidad de corriente ........................ 42. de. Disminución de materia orgánica en función de tiempo .................................................. 43. ca. Disminución de turbidez en función de intensidad de corriente ...................................... 44. te. Disminución de turbidez en función de tiempo ............................................................... 45. bl. io. Pruebas estadísticas .............................................................................................................. 46. Bi. 4. DISCUSIÓN ........................................................................................................................ 48 5. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 50 6. RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 51 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 52 8. ANEXO ............................................................................................................................... 56 vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE FIGURAS. Figura 1.Esquema de interacciones ocurridas en un reactor de electrocoagulación ................ 17. ica. Figura 2. Diagrama de bloques del procedimiento experimental ............................................ 31. m. Figura 3. Equipo de electrocoagulación ................................................................................... 32. Q. uí. Figura 4. Diseño de celda de electrocoagulación .................................................................... 33. ía. Figura 5. Diagrama de bloques de procedimiento de electrocoagulación ............................... 35. er. Figura 6. Disminución de materia orgánica en función de intensidad de corriente ................. 42. ge. ni. Figura 7. Disminución de materia orgánica en función de tiempo .......................................... 43. In. Figura 8. Disminución de turbidez en función de intensidad de corriente ............................... 44. Bi. bl. io. te. ca. de. Figura 9. Disminución de turbidez en función de tiempo ........................................................ 45. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS. Tabla 1. Valores típicos de principales contaminantes del agua residual urbana .................... 10. ica. Tabla 2. Límites máximos permisibles para los efluentes de PTAR ....................................... 11. m. Tabla 3. Tipo y nivel experimental de investigación ............................................................... 29. Q. uí. Tabla 4. Niveles de las variables de intensidad y tiempo ........................................................ 30. ía. Tabla 5. Diseño experimental .................................................................................................. 30. er. Tabla 6. Dimensión de electrodos ............................................................................................ 34. ni. Tabla 7.Condiciones iniciales del agua residual ...................................................................... 39. ge. Tabla 8. Parámetros del proceso de la electrocoagulación....................................................... 40. de. In. Tabla 9. Porcentaje de disminución promedio de materia orgánica y turbidez. ...................... 41 Tabla 10. Disminución de materia orgánica en función de intensidad de corriente ................ 42. ca. Tabla 11. Disminución de materia orgánica en función de tiempo .......................................... 43. io. te. Tabla 12. Disminución de turbidez en función de intensidad de corriente .............................. 44. Bi. bl. Tabla 13. Disminución de turbidez en función de tiempo ....................................................... 45. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. RESUMEN. m. El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la intensidad de corriente eléctrica y. uí. tiempo de electrocoagulación en la disminución de materia orgánica y turbidez de las aguas. Q. residuales producidas en la ciudad universitaria de la Universidad Nacional de Trujillo (UNT). Se. ía. analizó el agua residual antes del tratamiento de electrocoagulación y se determinó en promedio. er. 508 mg O2/L de Demanda Química de Oxígeno (DQO) y 165 Unidades Nefelométricas de. ni. Turbidez (NTU). El tratamiento y los análisis se realizaron en el laboratorio de Química Analítica. ge. de la Facultad de Ingeniería Química de la UNT. Para el tratamiento experimental se construyó. In. una celda de electrocoagulación tipo batch-monopolar con una capacidad de 3 375 mL, los. de. electrodos de aluminio tuvieron un área efectiva de 146,6 cm2. Los niveles de las variables. ca. utilizadas fueron 1, 2,5 y 4 amperios (A) de intensidad y tiempos de 15, 30 y 60 minutos. Los. te. resultados experimentales indicaron una disminución máxima en la cantidad de materia orgánica. io. y turbidez en promedio de 81% y 76% respectivamente, aplicando 4 amperios de intensidad de. Bi. bl. corriente eléctrica durante 60 minutos.. PALABRAS CLAVE: Electrocoagulación, aguas residuales, materia orgánica, turbidez, intensidad de corriente eléctrica.. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. ica. The objective of this research was to evaluate the effect of current intensity and time on the. m. decrease of organic matter and turbidity in the electrocoagulation of wastewater produced in the. uí. University City of the National University of Trujillo (UNT). The residual water was characterized. Q. and 508 mg O2/L of Oxygen Chemical Demand (DQO) and 165 Nephelometric Turbidity Unit. ía. (NTU) on average. The treatment and the analyzes were done in the laboratory of Analytic. er. Chemistry of the Faculty of Chemical Engineering of the UNT, where a batch-monopolar. ni. electrocoagulation cell with a capacity of 3 375 mL was built, the aluminum electrodes had. ge. effective area of 146,6 cm2. The levels of the variables used were 1, 2,5 and 4 amperes (A) of. In. current intensity and times of 15, 30 and 60 minutes.. de. The experimental results indicated a maximum decrease in the amount of organic matter and. te. ca. turbidity on average of 81% and 76% respectively at 4 amps of intensity and 60 minutes.. Bi. bl. intensity. io. KEYWORDS: Electrocoagulation, wastewater, organic matter, turbidity, electric current. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1. INTRODUCIÓN. Antecedentes de la investigación Antecedentes de tratamientos del agua residual de la Ciudad Universitaria de la UNT. ica. Las investigaciones previas realizadas en las aguas residuales de la ciudad universitaria de la. m. Universidad Nacional de Trujillo muestran que en 1998 Aguilar Vargas y Neciosup Prieto. uí. registraron así un DQO máximo de 587,34 mg/L y DBO de 273,12 mg/L; ellos trataron esta agua. Q. residual en un biorreactor y en sus prácticas de laboratorio obtuvieron una eficiencia de 73% en la. ía. disminución de DBO.. er. Otro estudio es de Coronel Bayona y Quiroz Hilario que trataron el agua residual de la UNT. ni. mediante el uso de un biofiltro en el 2003 encontrando un DQO de 331.7 mg/L y DBO5 de 293. ge. mg/L. Mientras que Delgado Carranza Luis Antonio (2006) logró una disminución experimental. In. de 84,21% de DBO5, 99,98% de coliformes fecales y 75,40 % de sólidos suspendidos, utilizando. de. un humedal artificial de flujo subsuperficial en las aguas residuales de la UNT.. ca. Antecedentes del tratamiento de Aguas Residuales por Electrocoagulación. te. Investigaciones Internacionales. io. Martínez Navarro (2007), en la Universidad de Castilla-La Mancha (España), quien realizo el:. bl. “Tratamiento de aguas residuales industriales mediante electrocoagulación y coagulación. Bi. convencional”. En su trabajo afirmó que los distintos tipos masas de agua eran susceptibles de ser tratadas mediante coagulación, una operación dirigida a la consecución de la desestabilización de los contaminantes mediante su interacción con un reactivo (generalmente, sales de Fe (III) y de Al (III)). Esta operación puede complementar, en el tratamiento de un agua, a operaciones convencionales de separación sólido-líquido (flotación, decantación, etc.). Una alternativa. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. novedosa a la adición de disoluciones de sales de Fe (III) y de Al (III) es la generación de las mismas in situ, mediante la disolución de láminas metálicas de hierro o aluminio como ánodos de una celda electroquímica, y se controla modificando la intensidad de corriente que se hace circular por la celda. Éste proceso permite un mejor control en la dosificación de reactivos, y un ahorro. ica. significativo en los costes de operación.. m. Afirmó que en la disolución de planchas de aluminio, cuando éstas son empleadas como. uí. electrodos, se observa que en la celda electroquímica, el aluminio aportado al electrolito proviene. Q. de los procesos de disolución química y electroquímica. El proceso de disolución electroquímica. ía. depende, fundamentalmente, de la carga eléctrica aplicada, mientas que el proceso de disolución. er. química (corrosión) está influenciado de manera importante por el pH, de modo que valores de pH. ni. alcalinos incrementan la velocidad de disolución en varios órdenes de magnitud. Por tanto, para. ge. un caso dado de tratamiento de un agua residual (con un contaminante a eliminar determinado), se. In. puede afirmar que el uso de uno u otro proceso será más adecuado en función del pH inicial del. de. agua residual, de las características del contaminante, y de los requerimientos de pH del agua a la. ca. salida del tratamiento.. Un segundo trabajo corresponde a Hernández Lehmann (2011), en la Universidad Politécnica de. io. te. Madrid (España), denominado “Investigación sobre procesos avanzados de tratamiento y. bl. depuración de las aguas mediante electrocoagulación”. En su estudio investigó la posibilidad de. Bi. usar la electrocoagulación como proceso para la reutilización de agua, determinando como parámetros fundamentales: la relación de la superficie electrolítica sobre el volumen de la disolución del reactor, y la densidad de corriente. La experimentación realizada concluyó sobre los buenos resultados de la aplicación del sistema de electrocoagulación, en relación con el grado de cumplimiento respecto a las normativas actuales. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de reutilización en ese año. Los resultados garantizaron las posibilidades del proceso en la eliminación de: la turbidez, sólidos suspendidos totales, DQO y fosfatos en fósforo total, así como en la eliminación de microorganismos. Estos resultados justifican que la electrocoagulación puede constituirse en un sistema de. ica. tratamiento y depuración de las aguas tanto en la lucha contra la eutrofización de las aguas,. m. eliminando fosfatos, como en la mejora de las aguas de forma previa al empleo de membranas,. uí. como en la mejora de la calidad de las aguas de salida de las depuradoras o circulante por los ríos.. Q. Su sencillez, facilidad de montaje y bajo consumo energético lo avalan.. ía. Un tercer trabajo corresponde a García Mantilla y Rodríguez Enriquez (2017), en la Universidad. er. Politécnica de Madrid (España), denominado “Influencia del caudal y densidad de corriente. ni. eléctrica en el ph, remoción de color y DQO de líquidos de recurtido usando electrocoagulación. ge. continua”. El objetivo de su trabajo fue remover la DQO y Color, además se determinaron otros. In. parámetros fisicoquímicos después del tratamiento. Para este trabajo se controló variables como. de. la densidad de corriente y el caudal de entrada del reactor. Los mejores resultados obtenidos para. ca. esta investigación fueron en un caudal de entrada de 36 mL/min y densidad de corriente de 120. te. A.m-2 donde se registró una remoción de color y de DQO de 63,5% y 62,2% para el efluente de. io. recurtido anilina Rojo SOLANIL-C1 y 78,4% y 62,8% para anilina AZUL-BR, respectivamente.. bl. Además, se registró una subida del pH inicial para todos los ensayos y se removió la turbidez a. Bi. porcentajes mayores al 96%. Un cuarto trabajo corresponde a Hernández Rodríguez (2016), en la Universidad Autónoma del Estado de México (México), lleva por título “Tratamiento acoplado fisicoquímicoelectrocoagulación para incrementar la remoción de la materia orgánica en un agua residual de rastro municipal”. Encontró que utilizando un coagulante convencional para llevar a cabo la. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. precipitación química se obtienen buenas remociones en cuanto al color y turbidez del agua. La adición de 100 mg/L de este reactivo ayuda a tener una mejor remoción tanto de compuestos inorgánicos (sulfatos y fosfatos) como de orgánicos. En cuanto al tratamiento por electrocoagulación (EC) las condiciones óptimas de operación fueron utilizando 0,5 A, 5 g/L de. ica. NaCl como electrolito soporte, electrodos de cobre y pH de 4, durante 6 min de tratamiento, donde. m. se obtuvo una remoción del 61% de DQO. El sistema acoplado se llevó a cabo sin tener un efecto. uí. sinérgico en la remoción de materia orgánica, mostrando que los sistemas alcanzan mejores. Q. beneficios de manera independiente.. ía. Un quinto trabajo corresponde a Sebastián Darío Suárez Hidalgo (2014) en la Escuela Politécnica. er. Nacional (Ecuador) en su trabajo “Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales. ni. provenientes de las descargas de un centro comercial de la ciudad de Quito mediante procesos de. ge. electrocoagulación y adsorción en carbón activado” alcanzó remociones de la DQO (90%) y. In. sólidos suspendidos (56%) en 30 minutos, en los ensayos de electrocoagulación con una densidad. de. de corriente de 12,5 A.m-2 y una distancia entre los electrodos de 1,5 cm. Sin necesidad de. ca. modificar el pH inicial del agua residual.. te. Investigaciones Nacionales. io. Un sexto trabajo corresponde a Edwar Alejandro Aguilar Ascón (2015), en la Universidad Mayor. bl. de San Marcos (Lima), lleva por título “Evaluación de la eficiencia de una celda de. Bi. electrocoagulación a escala laboratorio para el tratamiento de agua”. Determinó una eficiencia promedio del 87 % en la remoción de la DQO. Estos valores óptimos de operación se obtuvieron con una intensidad de corriente de 5 A, con el pH natural del efluente de 7,12 y un tiempo de tratamiento de 15 minutos.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Un séptimo trabajo corresponde a Porto Huaquipaco (2014), en la Universidad Nacional del Altiplano (Puno), lleva por título “Evaluación de la remoción de arsénico por electrocoagulación de aguas mineras”. Evaluó la remoción de arsénico por electrocoagulación de aguas mineras provenientes de los lavaderos de oro de la zona minera de Ananea, obtuvo un máximo porcentaje. ica. de remoción de arsénico de 92.57% en un tiempo de electrocoagulación de 18 minutos y una. m. densidad de corriente de 1.87 mA.cm-2.. uí. Un octavo trabajo corresponde a Gloria Inés Barboza Palomino (2011), en la Universidad Nacional. Q. de Ingeniería (Lima), lleva por título “Reducción de la carga de contaminantes de las aguas. ía. residuales de la planta de tratamiento de Totora –Ayacucho empleando la técnica de. er. electrocoagulación”. Utilizó electrocoagulación con electrodos de sacrificio de aluminio para. ni. reducir la carga de contaminantes de las aguas residuales de la Planta de Tratamiento de Aguas. ge. Residuales “La Totora” – Ayacucho. La aplicación de 25 minutos de electrocoagulación a las. In. muestras de agua, utilizando una densidad de corriente de 12,5 mA.cm-2 y un voltaje entre 21 y 23. de. V, con pH de trabajo regulado entre 7,33 y 7,34 permitió obtener 94,65% de remoción de turbidez,. ca. 65,1 % de remoción de coliformes fecales y 64,8 % de disminución de DBO5.. te. Investigaciones Locales. io. Un noveno trabajo corresponde a Carhuancho Alcántara y Salazar Escobar (2015), en la. bl. Universidad Nacional de Trujillo (Perú), lleva por título “Estudio del efecto de la. Bi. electrocoagulación en el tratamiento de aguas residuales a nivel de laboratorio en la planta de tratamiento de aguas residuales Covicorti en la ciudad de Trujillo - La Libertad”. Trabajaron con ánodos de Aluminio, Zinc y Hierro. Utilizaron un electrodo de Ti como cátodo, separado 3 cm de los otros electrodos. Evaluaron el agua residual proveniente de las redes de alcantarillados de los Distritos de El Porvenir, Trujillo Metropolitano, Victor Larco Herrera y parte de La Esperanza,. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. que son recibidas en la cámara de reunión de aguas Paujiles y conducidas a la PTAR – Covicorti. Evaluando los parámetros fisicoquímicos obtuvieron como resultado porcentajes máximos de remoción de 97,32% de Color; 96,48% de ST; 93,56% de Turbidez; 90,95% de DQO; 58,24% de DBO5 para el agua residual respectivamente.. ica. Un décimo trabajo corresponde a Serrano Santa María, Alfonso Miguel (2017), en la Universidad. m. Nacional de Trujillo (Perú), lleva por título “Influencia de la densidad de corriente y la distancia. uí. entre electrodos en la remoción del color y demanda química de oxígeno de efluentes de recurtido. Q. usando la electrocoagulación - ozonificación”. Estudió la interrelación de los procesos de. ía. electrocoagulación y ozonificación. Para el proceso de electrocoagulación (EC), utilizó un reactor. er. tipo batch de 2 L de capacidad y dos electrodos, uno de fierro como ánodo y otro de aluminio. ni. como cátodo. Determinó que las mayores remociones de color y DQO, fueron a condiciones. ge. óptimas de densidad de corriente 210 A.m-2 y distancia entre electrodos de 2 cm en un tiempo de. In. 60 minutos. Con estas mismas condiciones acopló el proceso de OZ, y encontró que a pH=10 y. de. durante 90 minutos de tratamiento obtuvo la mejor remoción de color y DQO. Los resultados. ca. mostraron que trabajando de manera independiente con el proceso de la EC se logró la máxima. te. remoción de color y DQO del 96,2% y 85,8%, respectivamente, y al emplear la EC-OZ, la. io. remoción de color disminuyó a un 90,8% y que, la remoción de DQO se incrementó hasta 87,8 %,. bl. con una densidad de corriente de 210 A.m-2 y distancia entre electrodos de 2 cm en la EC, a pH 10. Bi. y 90 minutos de tratamiento con la OZ.. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Marco teórico Aguas residuales Las aguas residuales también denominadas aguas servidas, negras o cloacales son aquellas que constituyen un residuo proveniente del uso doméstico o industrial y muchas veces incluyen las. ica. aguas de lluvia.(Medina & Peralta, 2015, pág. 31).. m. Según el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA) existen diferentes tipos. uí. de aguas residuales de acuerdo a la fuente de la que provienen, estas pueden ser aguas residuales. Q. de origen doméstico o urbano, de origen industrial o de origen pluvial.. ía. En esta investigación se considera a las aguas residuales de la Ciudad Universitaria de la UNT. ni. er. como aguas residuales urbanas.. ge. Composición de las aguas residuales urbanas. In. Las composiciones químicas de las aguas residuales urbanas vienen definidas por sus. de. componentes orgánicos, inorgánicos y gaseosos, pueden ser de origen vegetal o animal,. ca. aunque cada vez y con mayor frecuencia, las aguas residuales urbanas también contienen. io. te. compuestos orgánicos sintéticos. (García, y otros, 2006, pág. 22). bl. Características de las aguas residuales urbanas. Bi. Las aguas residuales urbanas poseen características únicas de acuerdo a la actividad, localidad y temporada de la que provengan; para una correcta caracterización es indispensable conocer su composición y procedencia, además debe tener un correcto muestreo. Las características más representativas presentes en las aguas residuales son:. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. •. Color Generalmente varía del beige claro al negro. Si el agua es reciente, suele presentar coloración beige clara; oscureciéndose a medida que pasa el tiempo, pasando a ser de color gris o negro. (García, y otros, 2006, pág. 22) Olor. ica. •. m. Se debe principalmente a la presencia de determinadas sustancias producidas por la. uí. descomposición anaerobia de la materia orgánica: ácido sulfhídrico, indol, escatoles,. Cantidad de materia orgánica. ía. •. Q. mercaptanos y otras sustancias volátiles. (García, y otros, 2006, pág. 22). La demanda bioquímica de oxigeno (DBO), este método determina la cantidad de. ge. -. ni. er. La cantidad de materia orgánica putrescible se puede determinar por dos parámetros.. In. oxigeno que necesitan los microorganismos aeróbicos, generalmente bacterias, para oxidar la materia orgánica biodegradable presente en el agua. (Geissler & Arroyo,. La demanda química de oxígeno (DQO) que permite determinar el oxígeno. ca. -. de. 2011, págs. 162-163). te. equivalente a la materia orgánica oxidable químicamente mediante un agente. bl. Temperatura. Bi. •. io. oxidante fuerte. (Romero, 2004, pág. 54). El incremento de temperatura produce el incremento en la velocidad de biodegradación de los compuestos orgánicos, pero la solubilidad del oxígeno en el agua disminuye. Además, también influye en la determinación del tipo de tratamiento que se desea emplear. En los efluentes urbanos oscila entre 15º y 20ºC, lo que facilita. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. el desarrollo de los microorganismos existentes. (Ramos, Sepúlveda, & Villalobos, 2003, pág. 74). •. pH En aguas residuales con concentración adversa de pH es difícil de tratar mediante. ica. métodos biológicos. El pH debe ser controlado antes de ser desechado a una fuente. m. hídrica, ya que puede alterar la concentración natural de la vertiente. (Romero, 2004,. Sólidos. Q. •. uí. pág. 68). ía. La presencia de sólidos en el agua residual urbana infiere de forma directa en la. er. producción de lodos dentro de un sistema de tratamiento. Este parámetro puede ser. ge. ni. medido de acuerdo a los diferentes tipos de sólidos presentes en el agua como: totales,. In. sedimentables, suspendidos, disueltos y volátiles. (Romero, 2004, pág. 68). de. Principales contaminantes y parámetros de caracterización. ca. Los principales contaminantes de las aguas residuales urbanas pueden resumirse en objetos. te. gruesos, arenas, sustancias con requerimientos de oxígeno (materia orgánica y compuestos. io. inorgánicos oxidables), nutrientes de Nitrógeno (amoniaco, nitratos y nitritos) y Fósforo. bl. (fosfatos orgánicos y polifosfatos), agentes patógenos y contaminantes provenientes de. Bi. productos de cuidado personal, de limpieza doméstica, farmacéuticos, etc. (García, y otros, 2006, págs. 24-26) Los valores habituales de estos parámetros en las aguas residuales urbanas de origen principalmente doméstico se recogen en la tabla siguiente:. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 1. Valores típicos de principales contaminantes del agua residual urbana Contaminación. Contaminación. Fuerte. Media. Ligera. Sólidos en suspensión (mg/l). 350. 220. 100. DBO5 (mgO2/l). 400. 220. 110. DQO (mg O2/l). 1000. 500. Nitrógeno (mg N/l). 85. 40. Fósforo (mg P/l). 15. Grasas (mg/l). 150. m. uí. 106 - 108. 100. 106 – 107. 250 20 4 50. 105 - 107. er. Coliformes Fecales (ufc/100 ml). Q. 8. ía. Parámetro. ica. Contaminación. ge. ni. Fuente: García, I., 2006, p. 26, Canarias, España: Instituto Tecnológico de Canarias, S.A.. In. Aguas residuales en el Perú. de. En el Perú las entidades responsables de los asuntos relacionados al monitoreo, fiscalización y tratamiento de las aguas residuales son:. ca. Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento:. te. Autoridad Nacional del Agua (ANA):. bl. io. Gobiernos locales: Municipalidades Provinciales y distritales. Bi. Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA) Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS) Entidades Prestadoras de Servicios de Saneamiento (EPS Saneamiento) .Ministerio de Salud (MINSA). 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Límites máximos permisibles (LMP) y estándares de calidad ambiental (ECA) Según la Ley N°28611- Ley General del Ambiente en el Artículo 31- del Estándar de Calidad Ambiental, se da una definición legal al ECA como medida que establece el nivel de concentración o del grado de elementos, sustancias o parámetros físicos, químicos y biológicos,. ica. presentes en el aire, agua o suelo, en su condición de cuerpo receptor, que no representa riesgo. m. significativo para la salud de las personas ni al ambiente. Según el parámetro en particular a. uí. que se refiera, la concentración o grado podrá ser expresada en máximos, mínimos o rangos.. Q. Mientras que los LMP se definen como la concentración de los parámetros físicos, químicos y. ía. biológicos que caracterizan un efluente, que al ser excedido causa o puede causar daños para la. er. salud, bienestar humano y al ambiente. El Ministerio del Ambiente publicó el 24 de marzo del. ni. 2010 el Decreto Supremo Nº 003-2010-MINAM, por el cual se aprueban los LMP para los. In. ge. efluentes de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas o Municipales (PTAR).. de. Tabla 2. Límites máximos permisibles para los efluentes de PTAR LMP de efluentes para vertidos a cuerpos de aguas. mg/L. 20. NMP/100 mL. 10 000. Demanda Bioquímica de Oxígeno. mg/L. 100. mg/L. 200. Unidad. 6,5-8,5. mg/L. 150. °C. < 35°. te. Aceites y grasas. Unidad. bl. ca. Parámetro. io. Coliformes Termotolerantes. pH. Bi. Demanda Química de Oxigeno. Solidos Totales en Suspensión Temperatura. Fuente: D.S. 003-2010-MINAM”, de la república del Perú. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Según el reporte de “Generación y Tratamientos de aguas residuales por las EPS Saneamiento a nivel nacional- 2012 (OEFA)” el Perú genera aproximadamente 2 217 946 m3 por día de aguas residuales descargadas a la red de alcantarillado de las EPS Saneamiento donde cada habitante en el Perú genera 142 litros de aguas residuales al día. El 32% de estas recibe tratamiento, Lima. ica. genera aproximadamente 1 202 286 m3 por día de aguas residuales descargadas a la red de. uí. m. alcantarillado de las EPS Saneamiento donde el 20,5% de estas recibe tratamiento.. Q. Electrocoagulación de aguas residuales. ía. Para comprender el proceso de electrocoagulación es importante conocer el proceso de. er. coagulación química y así poder comprender las diferencias y similitudes entre coagulación. ge. ni. química y electrocoagulación.. In. Coagulación-Floculación. de. La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de. ca. un reactivo químico llamado coagulante el cual neutraliza sus cargas electrostáticas, fuerzas. te. que los mantienen separados, haciendo que las partículas tiendan a unirse entre sí. Y. io. la floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en. bl. flóculos más grandes que tienden a separarse en el fondo y/o superficie de los recipientes.. Bi. (Aguilar, 2015, pág. 14) La coagulación es resultado de dos fenómenos: El primero, esencialmente químico, consiste en las reacciones del coagulante con el agua y la formación de especies hidrolizadas con carga positiva. Este proceso depende de la concentración del coagulante y el pH final de la mezcla.. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El segundo, fundamentalmente físico, consiste en el transporte de especies hidrolizadas para que hagan contacto con las impurezas del agua. (Aguilar, 2015, págs. 14-15) Factores que afectan la coagulación química: •. Influencia del pH. ica. El pH es la variable más importante en el proceso de coagulación, para cada agua existe un. m. rango de pH óptimo para la cual la coagulación tiene lugar rápidamente, ello depende de la. uí. naturaleza de los iones y de la alcalinidad del agua. El rango de pH para la coagulación de. Q. sales de aluminio es de 6,5 a 8,0 y para las sales de hierro, el rango de pH óptimo es de 5,5. Influencia de las sales disueltas. er. •. ía. a 8,5 unidades. (Aguilar, 2015, pág. 16). ge. ni. Las sales contenidas dentro del agua ejercen influencias sobre la coagulación y floculación como la modificación del rango de pH óptimo, tiempo requerido de coagulación y cantidad. In. de coagulante requerido. (Aguilar, 2015, pág. 16) Influencia de la temperatura del agua. de. •. ca. La variación de 1°C en la temperatura del agua afecta a la energía cinética de las partículas. te. en suspensión en el proceso, por lo que la coagulación se hace más lenta; temperaturas muy. bl. Influencia de la dosis del coagulante. Bi. •. io. elevadas desfavorecen a la coagulación. (Aguilar, 2015, pág. 16). La cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la coagulación, por ello se requiere de una dosis óptima de coagulante, esta dosis nos permite obtener mejores resultados en la remoción de turbidez y de contaminantes presentes en el agua. La adición de poca o elevada cantidad de coagulante ocasionan problemas en la. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. formación de flóculos y disminuyen la eficiencia de la coagulación. (Aguilar, 2015, pág. 16) •. Influencia de mezcla El grado de agitación que se da a la masa de agua durante la adición del coagulante,. ica. determina si la coagulación es completa; turbulencias desiguales hacen que cierta porción. m. de agua tenga mayor concentración de coagulantes y la otra parte tenga poco o casi nada;. uí. la agitación debe ser uniforme e intensa en toda la masa de agua, para asegurar que la. Q. mezcla entre el agua y el coagulante haya sido bien hecho y que se haya producido la. ni. Conceptos generales de electroquímica. er. ía. reacción química de neutralización de cargas correspondiente. (Aguilar, 2015, pág. 17). ge. Intensidad de corriente (I), se define como la cantidad de electricidad que circula por un. In. conductor en unidad de tiempo. Su unidad es el Ampere (A) que es la intensidad de una. de. corriente que deja circular un coulomb en cada segundo y un coulomb equivale a 6,25x1018. ca. electrones. (Mantell, 1968, pág. 16). te. Tensión de corriente, diferencia de potencial o voltaje, es una magnitud física que. el trabajo por. unidad. de carga ejercido. por. el campo. eléctrico sobre. bl. como. io. cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir. Bi. una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Esta cantidad se mide en volt, V y es la unidad del SI de la diferencia de potencial. . (Ebbing & Gammon, 2010, pág. 781). 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Densidad de corriente, es la intensidad de la corriente total que fluye por un conductor dividida por el área de su sección recta. Sus unidades más usadas son ampere por pie cuadrado o ampere por decímetro cuadrado. (Mantell, 1968, pág. 16) Electrolito, es una sustancia que se disuelve en agua para producir una disolución que. m. ica. conduzca electricidad. (Ebbing & Gammon, 2010, pág. 126). uí. La electrocoagulación (EC). Q. Es un proceso efectivo para desestabilizar partículas dispersas en el agua natural o residual, se. ía. suele utilizar electrodos de hierro o aluminio y se aplica corriente eléctrica, formándose iones de. er. hierro (Fe2+) o aluminio (Al3+), estos iones generados electroquímicamente son coagulantes que se. ni. hidrolizan cerca del ánodo para producir una serie de intermediarios activados capaces de. ge. desestabilizar las partículas dispersas presentes en el agua, estas partículas se unen para formar. In. flóculos. Durante el proceso de formación de flóculos se generan pequeñas burbujas de hidrógeno. de. y estas hacen que los flóculos formados floten, facilitando la separación de partículas del agua. ca. tratada. (Barrera Días, 2014, pág. 167). te. Una celda de electrocoagulación es un reactor donde se lleva a cabo este proceso, donde el ánodo. io. metálico, generalmente de aluminio o hierro, se usa para generar agentes coagulantes al agua. bl. contaminada. La electrocoagulación produce cationes metálicos in situ, en lugar de dosificarlos. Bi. externamente, simultáneamente se generan gases electrolíticos, especialmente hidrógeno. (Barrera Días, 2014, págs. 168-169) Una celda de electrocoagulación se compone básicamente de un depósito, en el que se sumergen dos electrodos de una fuente de alimentación eléctrica. Al aplicar una diferencia de potencial comienzan los procesos de reducción en el cátodo (generalmente, conversión de los protones del. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. agua en hidrógeno) y los de oxidación en el ánodo (generándose el ión Al3+ si el ánodo es de aluminio, o el Fe3+ si el ánodo es de acero). Estos iones de aluminio o de hierro se hidratan rápidamente y posteriormente se forman hidróxidos insolubles del metal, sobre los que quedan retenidos los contaminantes. (Barrera Días, 2014, pág. 30). ica. Ejemplos de este tipo de tratamiento son la eliminación de colorantes en el tratamiento de efluentes. m. residuales procedentes de industrias textiles o la eliminación de compuestos fenólicos presentes. uí. en efluentes de industrias petroquímicas. (Barrera Días, 2014, pág. 30). Q. A diferencia de la coagulación química, proceso en el cual el coagulante es adicionado al sistema. ía. como agente químico, en la electrocoagulación el coagulante es formado in-situ mediante las. er. reacciones dadas por la disolución de iones del metal que conforma el electrodo de sacrificio.. ni. Como se explicó anteriormente, la producción de iones metálicos se da en el ánodo y son los iones. ge. que, por oxidación electrolítica, dan origen a la sustancia química que hace las veces de coagulante.. In. (Aguilar, 2015, pág. 19). de. En la figura 1 se muestra el esquema del proceso de electrocoagulación, donde se aprecia la. ca. aplicación de una diferencia de potencial eléctrica en los electrodos con corriente directa, el ánodo. (g). e iones OH- ; el ión Al3+ junto con OH-. io. formando H2. te. se oxida en este caso a Al3+ y pierde electrones los cuales reaccionan con el agua en el cátodo, forman hidróxidos de aluminio (g). hacia la. bl. (coagulante). Al haber una agitación natural producido por el movimiento del H2. Bi. superficie se forman flóculos los cuales flotan o se sedimentan según su densidad, que depende de la cantidad de H2 (g) e hidróxidos que contienen.. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Q. uí. m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ía. Figura 1.Esquema de interacciones ocurridas en un reactor de electrocoagulación. ni. Reacciones presentes en el proceso de electrocoagulación. ge. •. er. Fuente: Barrera Días (2014). In. En una celda simple de electrocoagulación donde solo hay un ánodo y un cátodo los cuales son. de. hechos de un metal M, se representan con las siguientes reacciones electroquímicas.. te. ca. En el ánodo se presentan las siguientes reacciones de oxidación: 𝑛+ 𝑀(𝑆) → 𝑀(𝑎𝑞) +𝑛𝑒 −. 2𝐻2 𝑂(𝑙) → 4𝐻 + (𝑎𝑞) + 𝑂2(𝑔) + 4𝑒 −. Bi. bl. io. En el cátodo se presentan las siguientes reacciones de reducción: 𝑛+ 𝑀(𝑎𝑞) +𝑛𝑒 − → 𝑀(𝑆). 2𝐻2 𝑂(𝑙) + 2𝑒 − → 𝐻2 (𝑔) + 2𝑂𝐻 −. En el caso de que los electrodos sean de aluminio, Las principales reacciones son: Ánodo:. 𝐴𝑙 → 𝐴𝑙(𝑎𝑞) 3+ + 3𝑒 −. Cátodo:. 3𝐻2 𝑂 + 3𝑒 − → 3/2𝐻2 + 3(𝑂𝐻 − ). 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La disolución del ánodo produce especies como Al3+ o Al(OH)2+ los cuales producen espontáneamente los respectivos hidróxidos o polihidróxidos; estos dependen del pH de la solución iónica. (Gilpavas, 2018) Los hidróxidos y polihidróxidos formados en estas reacciones electroquímicas tienes una gran. ica. afinidad por partículas dispersas e iones, lo que permite la coagulación. Y los gases formados son. general:. Q. 𝐴𝑙 → 𝐴𝑙(𝑎𝑞) 3+ + 3𝑒 −. uí. m. los que realizan la flotación del material coagulado. A continuación, se muestra el mecanismo. er. ía. 𝐴𝑙(𝑎𝑞) 3+ + 3𝐻2 𝑂 → 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 + 3𝐻 + (𝑎𝑞). ni. 𝑛𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 → 𝐴𝑙𝑛 (𝑂𝐻)3𝑛. ge. Los iones 𝐴𝑙(𝑎𝑞) 3+ y 𝑂𝐻 − generados en las reacciones de los electrodos reaccionan para formar +. 4+. 3+. 𝐴𝑙7 (𝑂𝐻)17 ,. 𝐴𝑙13 𝑂4 (𝑂𝐻)24. especies 7+. 𝐴𝑙6 (𝑂𝐻)15 ,. 4+. 𝐴𝑙8 (𝑂𝐻)20. 4+. ,. 5+. 𝑦 𝐴𝑙13 (𝑂𝐻)34 ; las cuales se transforman finalmente en 𝐴𝐿(𝑂𝐻)3. (Gilpavas,. te. 2018, pág. 5). Factores que afectan al proceso de electrocoagulación. io. •. poliméricas:. de. formar. ca. para. In. varias especies monoméricas como 𝐴𝑙(𝑂𝐻)2+ ,𝐴𝑙(𝑂𝐻)2 , 𝐴𝑙2 (𝑂𝐻)2 y 𝐴𝑙(𝑂𝐻)4 − y también. bl. Son muchos los factores que intervienen en el proceso de electrocoagulación y algunos de estos. Bi. factores tienen mayor influencia sobre el proceso. A continuación, discutiremos aquellos que se relacionan más directamente con la eficiencia del mismo: Densidad de corriente o carga La densidad de corriente o la carga eléctrica aplicada son algunos de los parámetros a optimizar en el proceso de electrocoagulación, ya que determinan la cantidad de metal (Mn+) que se libera. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. en el sistema. Cuando se emplean densidades de corriente demasiado elevadas, aumenta el empleo de energía eléctrica para la reacción paralela de generación de oxígeno y también la potencia disipada en forma de calor por efecto Joule. Por tanto, se recomienda el empleo de densidades de corriente inferiores a 20-25 A.m-2 para el buen funcionamiento del proceso.. ica. De acuerdo con la ley de Faraday cuando la densidad de corriente aumenta, la cantidad de iones. m. producidos sobre los electrodos aumenta también. Por lo tanto, una densidad de corriente más. uí. alta generaría una mayor cantidad de flóculos que capturarían las moléculas contaminantes y. Q. mejorarían la eficiencia en la remoción del color. (Conde, 2012, pág. 17). ía. Tiempo. er. El tiempo de residencia, indican algunos autores, determina que, a mayor valor, mayor es la. ni. cantidad de sólidos formados, debido a que se favorece tanto los procesos de electrodos como. ge. la floculación y precipitación de los sólidos. Se producen más gases, que, al ascender, llevan. In. las partículas de óxido a la superficie en forma de espuma y a su vez promueve el crecimiento. de. de los flóculos y su posterior precipitación. Un pequeño cambio del tiempo representa una gran. ca. influencia en la cantidad de sólidos obtenidos. Sin embargo, estos mismos autores señalan que. te. sus variaciones resultan estadísticamente menos significativas que las variaciones de pH, ya. bl. pág. 25). io. que éste, está muy vinculado a la constante del producto de solubilidad (Kps). (Aguilar, 2015,. Bi. Conductividad eléctrica. Un incremento en la conductividad eléctrica genera a su vez un incremento en la densidad de corriente. Cuando se mantiene constante el voltaje alimentado a la celda de electrocoagulación y adicionalmente el incremento de la conductividad, manteniendo la densidad de corriente constante, se produce una disminución del voltaje aplicado. La adición de algunos electrólitos. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. tales como NaCl o CaCl2 genera un aumento en la conductividad del agua residual. Además, se ha encontrado que los iones de cloruro pueden reducir los efectos adversos de iones como HCO3- y SO4=, pues la presencia de iones carbonatos o sulfatos pueden conducir a la precipitación de Ca+2 y Mg+2 produciendo una capa insoluble depositada sobre los electrodos que. ica. aumentaría el potencial entre éstos, decreciendo así la eficiencia de la corriente. Se recomienda,. m. sin embargo, que para un proceso de electrocoagulación normal se mantengan cantidades de. uí. Cl- alrededor del 20%. (Aguilar, 2015, pág. 25). Q. Efecto del pH. ía. Tiene un efecto considerable en la eficiencia de la electrocoagulación, generalmente el pH del. er. medio cambia durante el proceso, este cambio depende principalmente del material del. ni. electrodo y el pH inicial. El pH influye sobre la eficiencia de la corriente en el proceso de. ge. solubilidad del metal para formar hidróxido. El pH durante el proceso puede incrementarse para. In. aguas residuales ácidas, efecto atribuido a la generación de hidrógeno molecular que se origina. de. en el cátodo. En contraposición, en aguas residuales alcalinas el pH puede decrecer y,. ca. dependiendo de la naturaleza del contaminante, el pH influye sobre la eficiencia del proceso.. te. En términos generales las mejores remociones se han obtenido para valores de pH cercanos a. io. 7. Las reacciones que se dan durante el proceso de electrocoagulación le dan al medio acuoso. bl. capacidad buffer. Especialmente en aguas residuales alcalinas, esta propiedad previene grandes. Bi. cambios de pH con lo cual son menores las dosificaciones de sustancias químicas para regular el pH. (Aguilar, 2015, pág. 23) Temperatura El efecto de la temperatura en esta tecnología no ha sido muy investigado, señala que la eficiencia máxima de corriente se consigue si se incrementa la temperatura hasta 60 °C. El. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. incremento de la eficiencia de corriente con temperatura se atribuye al incremento en la actividad de destrucción de la película de óxido de aluminio sobre la superficie del electrodo. Cuando la temperatura es alta, hay un encogimiento de los grandes poros del gel Al(OH)3 y se forman flóculos más compactos, los cuales se depositan más fácilmente en la superficie del. ica. electrodo. A mayor temperatura, mayor conductividad y, por lo tanto, menor consumo de. m. energía. (Barrera Días, 2014, pág. 174). uí. Material de los electrodos. Q. Los materiales que se suelen emplear en la electrocoagulación son aluminio y hierro. La. ía. configuración de los electrodos, generalmente, es en forma de platos de aluminio o hierro; se. er. ha encontrado que la principal aplicación de los electrodos de aluminio es para el tratamiento. Arreglo de los electrodos. In. 2014, pág. 174). ge. ni. de aguas, debido a su alta eficiencia en la autogeneración de agentes coagulantes. (Barrera Días,. de. Es importante la configuración de los electrodos en la celda porque esta afecta la eficiencia. ca. eléctrica del sistema, los electrodos pueden tener un arreglo monopolar o bipolar. En un arreglo. te. monopolar cada par de electrodos de sacrificio están conectados entre ellos sin tener ninguna. io. conexión con electrodos externos. La configuración bipolar trabaja a menor intensidad y mayor. bl. voltaje que la monopolar. Las celdas bipolares tienen la ventaja de la sencillez de su disposición,. Bi. ya que sólo es necesaria la conexión de dos electrodos (electrodos alimentadores) y por tanto el espacio entre los electrodos puede ser más pequeño. Sin embargo, el elevado potencial entre los electrodos alimentadores también origina que una parte de corriente fluya a través de la disolución causando un bypass de corriente a los electrodos bipolares y produciendo, por tanto,. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. pérdidas de corriente, lo que debe ser tenido en cuenta a la hora de prever el efecto sobre la producción y el tiempo de vida de electrodos. A mayor distancia entre electrodos habrá mayor resistencia al paso de corriente; se ha visto casos que la distancia puede variar entre 5 mm y 3 cm obteniéndose buena remoción de. ica. contaminantes, dependiendo del tipo de contaminante y su concentración. (Conde, 2012, pág.. m. 19). uí. Voltaje. Q. El potencial aplicado determina las especies predominantes en la reacción que se lleva a cabo. ni. Materia orgánica en aguas residuales. er. ía. en el ánodo. (Conde, 2012, pág. 19). ge. Cerca del 75% de los sólidos en suspensión y del 40% de los sólidos filtrables de un agua residual. In. de concentración media son de naturaleza orgánica. Son sólidos que provienen de los reinos animal. de. y vegetal, así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos. ca. orgánicos. Para poder evaluar el daño que pueden llegar a producir las aguas residuales, se emplean. te. diversas técnicas. Entre los métodos analíticos para contaminantes orgánicos se encuentra la. io. demanda teórica de oxígeno (DTeO), la demanda química de oxígeno (DQO), la demanda. bl. bioquímica de oxígeno (DBO) y la demanda total de oxígeno (DTO).. Bi. Estas técnicas determinan la cantidad de materia orgánica putrescibles que se encuentran presentes en el agua contaminada. (Raffo Lecca & Ruiz Lizama, 2014, pág. 75). 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La Demanda Química de Oxígeno, DQO La demanda química de oxígeno es un parámetro que se utiliza para estimar la contaminación orgánica del agua. Se mide a partir de la cantidad de oxígeno requerido para la oxidación química de los contaminantes que contiene, es decir es la estimación de la materia oxidable. Todos los. ica. métodos analíticos para conocer el contenido aproximado de materias orgánicas se basan en la. m. utilización de fuertes oxidantes químicos en presencia de catalizadores. Los métodos usuales son. uí. el método de dicromato al reflujo y el método del permanganato, El método del dicromato al. Q. reflujo es de gran reproductividad y de oxidación más completa que el del permanganato. (Barrera. ni. La Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO. er. ía. Días, 2014, págs. 56-57). ge. La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) se usa como una medida de la cantidad de oxígeno. In. requerido para la oxidación de la materia orgánica biodegradable presente en una muestra de agua. de. y como resultado de la acción de oxidación bioquímica aerobia. El método consiste en llenar con. ca. muestra hasta rebosar los frascos Winkler e incubar. El oxígeno disuelto se mide antes y después. te. de la incubación a la temperatura establecida durante 5 días. La DBO5 se calcula mediante la. io. diferencia entre el Oxígeno Disuelto (OD) inicial y final. Las diluciones que dan lugar a un OD. bl. residual de al menos 2mg/l después de 5 días de incubación producen los resultados más fiables.. Bi. La dilución se lleva a cabo con agua suplementada con todos los minerales inorgánicos para el crecimiento microbiano y regulada a un valor fisiológico de pH. Se suministra oxígeno saturando el agua de dilución con aire. Los microorganismos se incorporan inoculando el agua de dilución con el contaminante apropiado (casi siempre aguas negras, aguas negras tratadas, o en algunos casos microorganismos aclimatados al substrato de interés en particular) y se expresa. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mg O2/L). (Perez, Leon & Delgadillo, 2013, pág.91) Turbidez La turbidez es originada por las partículas en suspensión o coloides (arcillas, limo, tierra finamente. ica. dividida, etc.), es decir, aquellas que por su tamaño, se encuentran suspendidas y reducen la. m. transparencia del agua en menor o mayor grado. La medición de la turbidez se realiza mediante un. uí. turbidímetro o nefelómetro. Las unidades utilizadas son, por lo general, unidades nefelométricas. Q. de turbiedad (NTU).. ía. Los estándares internos de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA). er. establecen que las aguas de consumo humano deben tener preferentemente una NTU y en ningún. ni. caso más de 5 NTU. Las Guías de Calidad para Agua de Bebida del Canadá y las Guías de Calidad. ge. para Aguas de Consumo Humano de la Organización Mundial de la Salud (OMS) recomiendan. In. como valor guía 5 NTU. La OMS indica, sin embargo, que para una desinfección eficiente, el agua. io. Problema. te. ca. & OPS., 2005, págs. 29-30). de. filtrada debería tener una turbiedad promedio menor o igual a una NTU. (CEPIS. UNATSABAR. bl. ¿Qué influencia produce la intensidad de corriente eléctrica y el tiempo de aplicación en la. Bi. disminución de la Materia Orgánica y turbidez en la electrocoagulación de las aguas residuales generadas en la ciudad universitaria de la Universidad Nacional de Trujillo?. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Hipótesis La intensidad de corriente eléctrica y el tiempo de su aplicación son parámetros fundamentales en el proceso de electrocoagulación; el aumento de estos parámetros disminuye tanto la presencia de materia orgánica como la turbidez de las aguas residuales producidas por la ciudad universitaria. m. ica. de la Universidad Nacional de Trujillo.. Q. uí. Objetivos. ía. Objetivo general:. er. Evaluar la influencia de la intensidad de corriente eléctrica y el tiempo de aplicación en la. ni. disminución de materia orgánica y turbidez por electrocoagulación de las aguas residuales. •. de. ca. Objetivos específicos:. In. ge. generadas en la ciudad universitaria de la Universidad Nacional de Trujillo.. Caracterizar las aguas residuales de la Universidad Nacional de Trujillo generadas en la. Diseñar y construir una celda de electrocoagulación a escala de laboratorio para su uso. bl. •. io. te. ciudad universitaria.. Bi. en el tratamiento de las aguas residuales de la UNT.. •. Analizar la influencia de la intensidad y tiempo de electrocoagulación en la cantidad de materia orgánica y turbidez del objeto de estudio.. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2. MATERIALES Y MÉTODOS. Muestreo y recolección de datos •. Toma de muestras para el proceso:. ica. La toma de muestras se realizó en el alcantarillado general de la ciudad universitaria. Su. m. composición principal contiene heces fecales, residuos de restaurantes, residuos de. Q. miércoles y viernes) a las doce del mediodía. uí. limpieza y otros restos orgánicos. Se tomaron muestras 3 días a la semana (lunes,. ía. En cada muestreo se hicieron 3 repeticiones y se recolectó 10 litros por cada muestra.. ni. Toma de muestras para el análisis:. ge. •. er. El muestreo se realizó en un contenedor de 18 litros previamente lavado y desinfectado.. In. Para determinar los parámetros de calidad e interés se utilizaron frascos de plástico previamente limpiados, desinfectados y enjuagados con agua destilada. La cantidad de. de. muestra fue de 100 ml, primero se midió el pH, luego para el análisis de DQO se agregó. ca. gotas de ácido sulfúrico hasta llegar a pH ≤ 2 y ser refrigerado a temperaturas bajas. te. cercanas a 4°C. Para el análisis de turbidez se realizó directamente con un tiempo no. bl. Materiales. io. mayor a 6 horas de almacenaje.. Bi. Material de estudio. Aguas residuales de la ciudad universitaria de la UNT. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Materiales y equipos de laboratorio •. Materiales y equipos utilizados en el proceso de la electrocoagulación: -. Celda de electrocoagulación: Hecha de vidrio (15 cm largo, 15 cm de ancho, 25 cm de altura) Fuente de poder:. ica. -. m. Fabricado en el laboratorio de Física:. uí. Voltaje: 18 Voltios. Electrodos:. ía. -. Q. Intensidad: 6,5 Amperios. Multímetro:. ni. -. er. Material de aluminio con área superficial efectiva de. ge. Medidor de amperaje y voltaje con dos pantallas led, se acopló en la fuente de. Reóstato:. de. -. In. poder.. ca. Intensidad máximo: 4,5 Amperios. -. Cronometro. -. io. te. Resistencia: 20 ohm.. bl. pH-metro. Probeta graduada (100, 500 y 1000 mL). -. Balanza analítica. -. Frascos recolectores (120 mL). -. Papel filtro. -. Agua destilada. Bi. -. 27 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. -. Guantes. -. Mascarilla. Balón base plana 500 mL (Pyrex - clase A). -. Condensado de bolas (Pyrex - clase A). -. Hornilla eléctrica. -. Soporte universal. -. Pipeta graduada 10 mL (Pyrex - clase A). -. Bureta 50 mL (Pyrex - clase A). -. Matraz 500 mL (Pyrex - clase A). -. Balanza analítica. -. Estufa de secado. -. Perlas de ebullición. -. Lunas de reloj. -. Embudo. -. Pizeta. -. Papel filtro. io. te. ca. de. In. ge. ni. er. ía. Q. uí. m. -. ica. Materiales y equipos utilizados en el análisis de Materia Orgánica. Materiales y equipos utilizados en el análisis de turbidez:. Bi. •. Embudo. bl. •. -. -. Turbidímetro portátil marca Hach (modelo: 2100Q), rango de medición 0 – 1000NTU y rango de temperatura de operación 0 - 50 °C.. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.