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Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2002

Evaluación de aplicación de sales de sulfato como tratamiento Evaluación de aplicación de sales de sulfato como tratamiento para reducir la concentración de tensoactivos en aguas

para reducir la concentración de tensoactivos en aguas residuales industriales

residuales industriales

Doris Angélica Chaparro Velandia Universidad de La Salle, Bogotá

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Chaparro Velandia, D. A. (2002). Evaluación de aplicación de sales de sulfato como tratamiento para reducir la concentración de tensoactivos en aguas residuales industriales. Retrieved from

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EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA

REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES

INDUSTRIALES INDUSTRIALES INDUSTRIALES INDUSTRIALES

DORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIA DORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIADORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIA DORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C BOGOTÁ D.CBOGOTÁ D.C BOGOTÁ D.C

2002 2002 2002 2002

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EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA

REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES

INDUSTRIALES INDUSTRIALES INDUSTRIALES INDUSTRIALES

DORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIA DORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIADORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIA DORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIA

Tesis para optar al título de Ingeniera Ambiental y Sanitaria Tesis para optar al título de Ingeniera Ambiental y SanitariaTesis para optar al título de Ingeniera Ambiental y Sanitaria Tesis para optar al título de Ingeniera Ambiental y Sanitaria

Director DirectorDirector Director DANIEL ORDOÑEZ Ingeniero Ambiental y Sanitario

UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

(4)

iii Ni la universidad, ni el director, ni los jurados son responsables de las ideas aquí expuestas.

(5)

NOTA DE ACEPTACIÓN

Jurado

Director

(6)

v A Dios por su generosidad, A mis padres Doris y Alvaro que con su amor y esfuerzo han hecho posible los logros que he obtenido A mis hermanos Alejandro y Camilo y A mis Abuelos Emma y Antonio, por su cariño y apoyo A mi novio Francisco…

(7)

AGRADECIMIENTOS

La autora expresa sus agradecimientos a:

ROBERTO BALDA ROBERTO BALDA ROBERTO BALDA

ROBERTO BALDA, Ingeniero sanitario. Gerente técnico, división INDECO, PAVCO JANETH PARRA, Ingeniera química. Jefe del laboratorio de la Universidad de la Salle

MANUEL SALAZAR, Ingeniero civil. Gerente de proyectos, división INDECO, PAVCO

CAMILO Y ALEJANDRO CHAPARRO VELANDIA, hermanos y amigos,

Ernesto Bilbao, profesor universitario

(8)

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EVALUACIÓN DE APLICACIÓN DE SALES DE SULFATO COMO TRATAMIENTO PARA REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVOS EN AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DORIS ANGÉLICA CHAPARRO VELANDIA

vii

TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDOTABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO

Pág

INTRODUCCIÓN 21

1.1.

1.1. TENSOACTIVOSTENSOACTIVOSTENSOACTIVOSTENSOACTIVOS 23

1.1 GENERALIDADES TENSOACTIVOS 23

1.1.1 Características físicas y químicas 24

1.1.2 Clasificación 24

1.1.3 Fenómenos de superficie 29

1.2 INCIDENCIA AMBIENTAL 32

1.3 MARCO LEGISLATIVO 34

2.2.

2.2. REMOCIÓN DE TENSOACTIVOSREMOCIÓN DE TENSOACTIVOSREMOCIÓN DE TENSOACTIVOSREMOCIÓN DE TENSOACTIVOS 36

2.1 TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS 36

2.1.1 Tratamiento aeróbico 36

2.1.2 Bioremediación 37

2.2 OXIDACIÓN 37

2.2.1 Oxidación con ozono 38

2.3 ADSORCIÓN 38

(9)

2.4 COAGULACIÓN 39

2.4.1 Coagulantes 41

2.4.2 Justificación del uso de sales de sulfato 42

3.3.

3.3. EXPERIMENTACIÓNEXPERIMENTACIÓNEXPERIMENTACIÓNEXPERIMENTACIÓN 43

3.1 OBJETIVOS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL 44

3.1.1 Objetivo general 44

3.1.2 Objetivos específicos 45

3.2 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES 45

3.2.1 Definición de variables 46

3.3 DISEÑO METODOLÓGICO 47

3.3.1 Equipos y reactivos 47

3.3.2 Toma de muestra de agua 48

3.3.3 Prueba previa: Valoración de nivel de tensoactivos 49

3.3.4 Determinación de parámetros fisicoquímicos 53

3.3.5 Tratamiento 54

3.3.6 Prueba Posterior: Valoración del nivel de tensoactivos. 58 4.4.

4.4. RESULTADOS DEL DISEÑO EXPERIMENTALRESULTADOS DEL DISEÑO EXPERIMENTALRESULTADOS DEL DISEÑO EXPERIMENTALRESULTADOS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL 59

4.1 PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS 59

4.2 TRATAMIENTO APLICANDO SULFATO DE ALUMINIO 62

4.3 TRATAMIENTO APLICANDO SULFATO FERROSO 67

4.4 EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE TENSOACTIVOS 71

(10)

ix

4.5 MATRIZ DE IMPACTO CRUZADO 76

4.6 CONCLUSIONES DEL DISEÑO EXPERIMENTAL 77

5.5.

5.5. DISEÑO PROTOTIPO SISTEMA DE REMOCIÓNDISEÑO PROTOTIPO SISTEMA DE REMOCIÓNDISEÑO PROTOTIPO SISTEMA DE REMOCIÓNDISEÑO PROTOTIPO SISTEMA DE REMOCIÓN 78

5.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO 78

5.1.1 Análisis de caudales 79

5.1.2 Resumen de tratamiento 79

5.1.3 Línea y diseño del tratamiento 79

5.2 DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO 84

5.3 PLANO DE PLANTA PROTOTIPO 85

5.4 RELACIÓN COSTO – BENEFICIO 86

5.5 VIABILIDAD DE APLICACIÓN DEL PROYECTO EN UNA INDUSTRIA 87 CONCLUSIONES

CONCLUSIONES CONCLUSIONES

CONCLUSIONES 88 RECOMENDACIONES

RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES

RECOMENDACIONES 90

BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA 91

ANEXOS ANEXOS ANEXOS

ANEXOS 93

(11)

LLiLiissstttaaa dddeee tttaaabbblllaaasss

LISTA DE TABLAS LISTA DE TABLASLISTA DE TABLAS LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Caracterización fisicoquímica 59

Tabla 2. Determinación dosis óptima con sulfato de aluminio 62

Tabla 3. Determinación pH óptimo con sulfato de aluminio 64

Tabla 4. Tiempo de sedimentación con sulfato de aluminio 65

Tabla 5. Determinación dosis óptima con sulfato de ferroso 67

Tabla 6. Determinación pH óptimo con sulfato de ferroso 68

Tabla 7. Tiempo de sedimentación con sulfato de ferroso 70

Tabla 8. Remoción de tensoactivos 71

Tabla 9. Comparación entre la remoción de turbiedad y la remoción

de tensoactivos 73

Tabla 10. Parámetros de diseño trampa de grasas 80

(12)

LLiLiissstttaaa dddeee gggrrráááfffiiicccaaasss

xi

LISTA DE GRÁFICAS LISTA DE GRÁFICASLISTA DE GRÁFICAS LISTA DE GRÁFICAS

Pág.

Gráfica 1. Variación alcalinidad 60

Gráfica 2. Variación Turbiedad inicial 60

Gráfica 3. Variación pH 61

Gráfica 4. Variación temperatura 62

Gráfica 5. Determinación de dosis óptima con sulfato de aluminio 63 Gráfica 6. Determinación de pH óptimo con sulfato de aluminio 65 Gráfica 7. Curva de tiempo de sedimentación con sulfato de aluminio 66 Gráfica 8. Determinación de dosis óptima con sulfato ferroso 68 Gráfica 9. Determinación de pH óptimo con sulfato ferroso 69 Gráfica 10. Curva de tiempo de sedimentación con sulfato ferroso 71

Gráfica 11. Remoción de tensoactivos 72

Gráfica 12 Variación en los porcentajes de remoción de SAAM y turbiedad,

aplicando sulfato de aluminio 74

Gráfica 13. Variación en los porcentajes de remoción de SAAM y turbiedad,

aplicando sulfato ferroso 75

(13)

LLiLiissstttaaa dddeee fffiiiggguuurrraaasss

LISTA DE FIGURAS LISTA DE FIGURAS LISTA DE FIGURAS LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Clasificación de tensoactivos 24

Figura 2. Estructura química de ABS 26

Figura 3. Estructura química de LAS 27

Figura 4. Formación de emulsión agua /aceite – aceite /agua 30

Figura 5. Sistema de adsorción por carbón activado 39

Figura 6. Proceso de coagulación – floculación 40

(14)

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xiii

LISTA DE CUADROS LISTA DE CUADROSLISTA DE CUADROS LISTA DE CUADROS

Pág.

Cuadro1. Características de los grupos hidrofílicos e hidrofóbicos 25

Cuadro 2. Cuadro comparativo de normatividad internacional 34

Cuadro 3. Tratamientos para remoción de tensoactivos 36

Cuadro 4. Matriz de impacto cruzado 76

(15)

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LISTA DE FOTOS LISTA DE FOTOS LISTA DE FOTOS LISTA DE FOTOS

Pág.

Foto 1. Separación de fases de cloroformo de azul de metileno 51

Foto 2. Lavados recogidos en un matraz 52

Foto 3. Turbidimetro HACH 2100 53

Foto 4. pHmetro 54

Foto 5. Mezcla rápida a 250 rpm con sulfato de aluminio 55

Foto 6. Variación de pH de la muestra de agua con sulfato ferroso 56

(16)

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xv LISTA DE ANEXOS

LISTA DE ANEXOS LISTA DE ANEXOS LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Resolución 1074/97 y 1596/01 94

Anexo B. Curva de calibración de tensoactivos 98

Anexo C. Formato de resultados 99

Anexo D. Verificación relación de remoción de turbiedad y tensoactivos 101

(17)

GGlGllooosssaaarrriiiooo

GLOSARIO GLOSARIO GLOSARIO GLOSARIO

Adsorción: Fenómeno de concentración de una sustancia sobre la superficie de un sólido o líquido.

Alcalinidad: Medición de la capacidad del agua para neutralizar ácidos. Está primariamente en función de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos.

Anfótero: Sustancia que según el medio en que se encuentre puede comportarse como ácido o base.

Aniónico: Sustancia que posee carga eléctrica negativa.

Bioremediación: Tratamiento biológico que consiste en usar microorganismos para degradar una sustancia contaminante.

Carbón activado: Carbón al cual se le han aumentado las propiedades adsorbentes, decolorantes y desodorantes.

Catiónico: Sustancia que posee carga eléctrica positiva.

Coagulación: Consiste en reacciones físicas y químicas entre los coagulantes, la superficie de las partículas, la alcalinidad del agua y el agua misma.

(18)

xvii

Dipolo: Sistema cargado eléctricamente con una carga positiva y otra carga igual pero negativa.

Emulsión: Sistema termodinámicamente inestable constituido por una suspensión de partículas líquidas en el seno de otra fase líquida no miscible.

Espuma: Dispersión aire-líquido, constituidas por un conjunto de burbujas gaseosas separadas por películas delgadas de líquido. Los puntos de unión están formados por tres películas que forman ángulos de ciento veinte grados. El punto de unión se conoce como el borde de Plateau o triángulo de Gibbs.

Eutroficación: El exceso de nutrientes como el fósforo ó nitrógeno causan un exagerado crecimiento de las plantas acuáticas, que tienden a cubrir la superficie del cuerpo de agua, impidiendo el libre intercambio de oxígeno y bióxido de carbono; al morir estas plantas, se descomponen consumiendo el oxígeno presente en el cuerpo de agua, al cabo de un tiempo ya no hay oxígeno disponible y la descomposición tiene que hacerse de forma anaerobia, dando por consecuencia productos secundarios como metano, amoniaco, sulfuro de hidrógeno y otros compuestos que le confieren al cuerpo de agua un olor desagradable.

Floculación: Fenómeno en que las partículas desestabilizadas por agentes coagulantes chocan unas con otras para formar coágulos mayores o flocs.

Hidrocarburos: O carburos de hidrógeno son compuestos orgánicos binarios formados únicamente por carbono e hidrógeno

Hidrofílico: Sustancia soluble en agua.

(19)

Hidrofóbico: Sustancia insoluble en agua.

Iónico: Sustancias dotada de una carga eléctrica positiva o negativa

Oxidación: Fenómeno químico en el cual hay transferencias de electrones.

SAAM: Sustancias activas al azul de metileno

Tensión superficial: Magnitud igual a la relación entre la energía necesaria para aumentar la superficie libre de un líquido y el aumento del área de esa superficie.

Tensoactivos: Sustancia que compone los detergentes y que tiene la propiedad de reducir la tensión superficial de agua, adquiriendo mayor penetración a través de los poros facilitando la limpieza de los mismos.

(20)

RReReesssuuummmeeennn

xix RESUMEN

RESUMEN RESUMEN RESUMEN

El objetivo de esta investigación es determinar si las sales de sulfato remueven tensoactivos en aguas residuales industriales. Específicamente, se evaluó el sulfato ferroso y el sulfato de aluminio.

La investigación contiene, en su primera parte, una base teórica sobre tensoactivos, sus principales características, clasificación y fenómenos que genera en la superficie del agua; a su vez se presentan los sistemas de remoción que existen actualmente para disminuir su concentración, como son tratamientos biológicos (aeróbicos y bioremediación), químicos (como la oxidación con ozono) y fisicoquímicos (adsorción por carbón activado y coagulación – floculación). Este último se aplicó para evaluar la eficiencia de remoción del sulfato de Aluminio y ferroso, empleándose como agentes coagulantes.

Posteriormente se realiza la propuesta del diseño experimental determinando los objetivos del mismo, definición de variables y diseño metodológico correspondiente que incluye el procedimiento a seguir involucrando los materiales y reactivos necesarios.

A nivel de resultados, se consolidan los datos en gráficos que muestran los valores arrojados por la experimentación, se analiza su comportamiento y se establecen las diferencias entre sí.

(21)

RReReesssuuummmeeennn

Con base en dichos resultados se plantea la diagramación del sistema de tratamiento como prototipo para la posterior implementación del mismo en la industria, definiendo los costos y la viabilidad de su aplicación.

Este documento constituye una pauta para seguir buscando alternativas a la problemática que generan los tensoactivos.

(22)

IInInntttrrroooddduuucccccciiióóónnn

21 INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN

La presencia de espumas en efluentes de plantas de tratamiento de agua residual, pueden ser reflejo de la presencia de tensoactivos en éstos, conllevando perjuicios a la fuente receptora. Esto motivó a exigir la reducción de dichas sustancias en los vertimientos al alcantarillado, no solo para proteger el ambiente que nos rodea, sino para cumplir con la normatividad estipulada en la legislación ambiental. En virtud de ello las industrias deben prever la remoción de tensoactivos de sus vertimientos.

En Colombia, específicamente en la ciudad de Bogotá, hasta diciembre del año 2001, rigió la resolución 1074/97 del Departamento Administrativo de Medio Ambiente donde la norma de vertimiento para tensoactivos era de 0.5 mg/l.

Para lograr la reducción de tensoactivos la industria ha estado empleando detergentes cada vez, más biodegradables, producto de la investigación y desarrollo de aquellas que lo fabrican. Sin embargo aquellas cuya necesidad de consumo es alto (mayor necesidad de lavado, sanitización, etc), siguen teniendo concentraciones elevadas en sus vertimientos, por lo que se ven obligadas a implementar sistemas de tratamiento, que generalmente representan elevados costos de inversión, operación y mantenimiento.

Por esta razón es necesario buscar sistemas de remoción eficientes de bajo costo, por lo que en esta investigación se propone evaluar el sulfato de aluminio y el sulfato ferroso, como alternativa para cumplir este fin. Esto partiendo del hecho de que la mayoría de

(23)

IInInntttrrroooddduuucccccciiióóónnn

detergentes que se emplea a nivel industrial son de carácter aniónico, a los que el hierro o aluminio desestabilizan para promover su precipitación.

La evaluación de dicha alternativa se realizó por medio del proceso de coagulación – floculación, aplicando un diseño experimental, en el que se definieron objetivos, variables y el procedimiento lógico a seguir para su cumplimiento.

La propuesta de un prototipo de sistema de remoción, se realiza con el fin de poner en práctica la utilización de sales de sulfato a nivel industrial.

(24)

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23

1. TENSOACTIVOS 1. TENSOACTIVOS1. TENSOACTIVOS 1. TENSOACTIVOS

1.1 GENERALIDADES DE TENSOACTIVOS

A finales de la segunda guerra mundial, el uso de detergentes sintéticos estaba destinado principalmente a propósitos muy específicos y se usaba en cantidades comparativamente pequeñas, sin embargo, su uso ha aumentado rápidamente; este crecimiento se debe al desarrollo de la industria química que produce actualmente detergentes sintéticos en grandes cantidades y a precios relativamente bajos. (4)

Los detergentes sintéticos están constituidos en un 20 a 30% de una sustancia activa llamada tensoactivo, surfactantes o agentes de superficie activa y en un 70 a 80% de builders¹ y aditivos² que aumentan sus propiedades de limpieza (3) y (4).

Tienen la propiedad de reducir la tensión superficial del líquido en el cual se encuentra disueltos lo que facilita la penetración a través de las capas de grasa o aceite, que a su vez contienen polvo y partículas extrañas, cuando un objeto esta sucio. (8).

1 Fosfatos alcalinos, sulfato de sodio, silicato de sodio; ayuda al suspensión, dispersión y emulsificación de la mugre

2 Blanqueadores ópticos, colorantes, enzimas (trazas), estabilizadores de espuma y perfumes

(25)

1.1.1 1.1.1 1.1.1

1.1.1 Características físicas y químicas. Características físicas y químicas. Características físicas y químicas. Características físicas y químicas. La estructura de los tensoactivos esta conformada por dos partes: una cadena larga, formada por carbonos de unión covalente, polar, la cual es hidrofílica, soluble en el agua; y una cadena aromática, que se caracteriza por ser hidrofóbica ó lipofílica no polar, insoluble en agua. A esta dualidad en su molécula, se deben las propiedades de detergencia, humectante, emulsificante y de espumación.

Es importante examinar algunos de los tipos más usuales de grupos hidrofílicos y lipofílicos que constituyen la mayoría de los agentes tensoactivos comerciales. En el cuadro 1 se resumen algunas de sus características. (8)

1.1.2 1.1.2 1.1.2

1.1.2 Clasificación de tensoactivos. Clasificación de tensoactivos. Clasificación de tensoactivos. Clasificación de tensoactivos. La clasificación se fundamenta en el poder de disociación del tensoactivo en presencia de un electrolito y de sus propiedades fisicoquímicas. Pueden ser: iónicos o no-iónicos; y dentro de los iónicos según la carga que posea la parte que presenta la actividad de superficie serán: aniónicos, catiónicos y anfóteros (5)

Figura 1. Clasificación de los tensoactivos (Sociedad Química de México) Anfotéricos

TENSOACTIVOS

Iónicos No - iónicos

Aniónicos

Catiónicos

(26)

Cuadro 1. Características de los grupos hidrofílicos e hidrofóbicos en los detergentes

CARACTERÍSTICAS GRUPOS GRUPOS USADOS

HIDROFÍLICOS

Pueden poseer carga eléctrica o presentar cargas residuales, positivas o negativas que manifiesta la presencia de un dipolo. También, pueden ser no-iónicos, con uniones etéreas, hidroxilos etc.

• Grupos ácidos: carboxilos, monoester sulfúrico, sulfónicos, fosfatos.

• Grupos básicos: aminas primarias, aminas secundarias, aminas terciarias, derivados de amonio cuaternario.

• Grupos no- iónicos: Carboxilo, amida, aminas secundarias, éter, alcoholes.

Carboxilatos Sulfatos Sulfonatos Hidróxilos Amonio cuaternario

HIDROFÓBICOS

Puede estar constituida por una variedad de estructuras alifáticas o alifatico-

aromáticas, pues las materias primas utilizadas en su

preparación son hidrocarburos alifáticos saturados o

insaturados, ramificados o lineales e hidrocarburos aromáticos formados por anillos simples o condensados.

• Cadenas alquilicas lineales de C8 a C18 derivados de ácidos grasos naturales.

• Cadenas alquílicas de C3 a C frecuentemente unidos a núcleos aromáticos como benceno o naftaleno.

• Cadenas alquílicas olefínicas de C8 a C18 o más, obtenidas por polimerización de propeno, isobuteno e isómeros de penteno y hexeno.

• Hidrocarburos lipofílicos derivados del petróleo, en el rango de C8 a C20 o más, derivados de querosina, aceites ligeros y ceras de parafina:

• Alcoholes de alto peso molecular

Ácidos grasos Parafinas Oleofinas Alquil – benceno

Alcoholes Alquil – fenoles Polioxipropilenos

Fuente: Departamento de química Universidad de México.

(27)

IÓNICOS. Poseen fuerte afinidad por el agua por su atracción electrostática hacia los dipolos del agua.

Se tienen dentro de este grupo los tensoactivos AniónicosAniónicosAniónicos, y considerando elAniónicos comportamiento de sus grupos en solución, el grupo hidrófobo queda cargado negativamente. Los más comunes son el sulfato de alquil benceno (ABS), y el Lauril Alquil sulfato (LAS), siendo estos últimos los que más se utilizan en las industrias, entre otros por ser más biodegradables que los primeros. La formula genérica es:

El Lauril Alquil Sulfato (LAS), están constituido por una cadena alquílica lineal, mientras que el sulfato de alquil benceno (ABS) es ramificada.

H H H C H H C H

H H H H H H H

H C C C C C C C C C H

H H H H H H H H C H C

H HC HC HC HC

C

O S O O

Na

Figura 2. Sufato de Alquil Benceno (ABS)

Grupo metilo

Cadena alquílica

Anillo bencénico

Grupo sulfonato

(28)

27

H H H H H H H H H

H C C C C C C C C C H

H H H H H H H H

C

HC HC

C

O S O

O Na

Figura 3. Lauril Alquil Sulfato (LAS)

La importancia de los tensoactivos aniónicos, radica en que son sustancias activas al azul del metileno (SAAM), el cual es el método utilizado para determinar detergentes, a demás de ser los que estaban normatizados por la resolución 1074/97, parámetro modificado por la resolución 1596/01 del DAMA.

Entre tanto, los tensoactivos catiónicoscatiónicoscatiónicoscatiónicos forman iónes, resultando cargado positivamente el grupo hidrófobo de la molécula. En general, son compuestos cuaternarios de amonio o una amina grasa en medio ácido

Formula:

R1 ,R2,R3 = Grupo alquilo R4 = Anillo aromático X = Halógeno

(29)

Estos compuestos contienen por lo menos una cadena de 8 a 25 átomos de carbono, derivada de un ácido graso o de un derivado petroquímico y un nitrógeno cargado positivamente, el anión suele ser un Cl ^(-), Br^(-), OH ^(-), SO4 ^(-2).

Estos surfactantes son de menor interés que los agentes aniónicos y no-iónicos pero reside su importancia por su eficiencia bactericida, germicida, algicida etc, por lo que inhibe el poder degradante de las bacterias.

Los Tensoactivos AnfóterosAnfóterosAnfóterosAnfóteros ó anfotéricos, actúan dependiendo del medio en que se encuentren, en medio básico son aniónicos y en medio ácido son catiónicos.

formula: Alquil Dimetil Betaína

Presentan en su molécula a grupos aniónicos y catiónicos, son productos completamente estables en sistemas ácidos y alcalinos, son básicos en el área cosmética por su inocuidad a la piel, también tienen aplicación en inhibidores de la corrosión y en neutralización de cargas.

! TENSOACTIVOS NO-IÓNICOS.

Son aquellos que al ionizarse, se solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de grupos solubilizantes débiles (hidrófilos) tales como enlace tipo éter ó grupos

(30)

29

hidroxilos en su molécula. Como representantes están los alcoholes grasos o fenoles a los que se les agregan una o varias moléculas de óxido de etileno.

Su formula general es:

Tienen la ventaja de que son estables con la mayoría de los productos químicos en las concentraciones usuales de empleo. Son igualmente efectivos en aguas blandas y duras.

Su naturaleza química los hace compatible con otros tensoactivos aniónicos, catiónicos y coloides cargados positiva y negativamente.

1.1.3 1.1.3 1.1.3

1.1.3 Fenómenos de superficie.Fenómenos de superficie.Fenómenos de superficie.Fenómenos de superficie. Los fenómenos de superficie, que generan los tensoactivos en el agua y las superficies que limpia son la detergencia, la emulsificación, la espumación y la humectación.

EFECTO DETERSIVO DE LOS TENSOACTIVOS.

La detergencia es definida como el desplazamiento, con ayuda de una solución acuosa, de toda clase de contaminaciones grasosas situadas sobre superficies sólidas como textiles, metales, vidrio, piel etc.

Para cumplir su papel, un tensoactivo con efecto detersivo, debe ser capaz de formar soluciones que puedan mojar la superficie del sólido, desplazar el contaminante y

R C O C2H4O x H

O

R = Grupo alquilo

(31)

permitir el desprendimiento del contaminante (suciedad) bajo la forma de suspensión sin redepositación sobre la superficie sólida, deberá ser estable en el medio, ya sea ácido o básico, y no dar productos insolubles en el agua

EFECTO EMULSIFICANTE

Los sistemas en emulsión no se conforman solamente de dos fases líquidas, sino también existe un tercer componente, el cual es normalmente soluble en una de las fases líquidas:

un agente emulsificante. En ocasiones puede haber más de un emulsificante; así mismo, puede ser un sólido finamente dividido insoluble en los dos líquidos.

Cuando la emulsión se forma, (emulsión aceite en agua) el emulsificante o tensoactivo se coloca en la interfase entre el agua y el aceite con su cadena hidrófoba orientada hacia el aceite y el grupo hidrófilo orientado hacia el agua.

Figura 4. Formación de emulsión agua/aceite – aceite/agua

(32)

31

La eficacia de un emulsificante depende, entre otros factores del modo de agitación y de su intensidad y la forma en que el emulsificante ha sido introducido, su papel es dividir las dos fases, de forma que una de ellas se convierta en pequeñas goticuelas.

EFECTO DE ESPUMACIÓN

Generalmente favorece la producción y la estabilidad de espumas, la presencia de agentes tensoactivos aún de débil actividad superficial, aunque la tensión superficial no es el único factor que interviene en la formación y estabilidad de las espumas.

Las causas físicas de la formación de una espuma son varias: una agitación enérgica de líquido con el aire, la caída de un líquido desde cierta altura, el borboteo de aire u otro gas en el seno de un líquido etc. Las causas físico-químicas pueden ser: la naturaleza del agua; por ejemplo el agua dulce da por agitación con una solución de jabón una espuma importante y persistente, el agua dura no hace espuma en las mismas condiciones más que precipitando las sales de calcio y magnesio bajo la forma de jabones insolubles; Otra causa es la presencia de impurezas orgánicas y su concentración de ellas, como se observa en los ríos contaminados con desechos orgánicos, asimismo otra causa química puede ser el desarrollo de gas después de una reacción química o bioquímica como el óxido de carbono, ácido sulfhídrico metano.

Debe haber una diferencia de tensión superficial entre la solución y la capa superficial;

mientras más grande sea esta diferencia más consistencia y estabilidad tendrá la espuma

(33)

EFECTOS DE HUMECTACIÓN

Es la capacidad de un líquido de dispersarse sobre una superficie sólida y dicha capacidad obedece a las fuerzas existente entre las dos fases. Cuando hay repulsión, el líquido tendrá la tendencia a formar un glóbulo, con un ángulo de contacto elevado entre su superficie y la tangente de su curvatura y en consecuencia el sólido no se humecta; por el contrario sí la adhesión entre la gota de líquido y el sólido es favorable, el ángulo de contacto resultará pequeño, la gota se extiende y se dice que el sólido es mojado por el líquido. De esta forma, el sólido es tanto más mojable, cuanto más agudo sea el ángulo y viceversa.

1.2 INCIDENCIA AMBIENTAL

El vertimiento de aguas residuales con contenidos importantes de detergentes presenta algunos efectos adversos, sobre el medio ambiente. Dentro de estos efectos se puede citar la transferencia de oxígeno al agua, la formación de espumas en cuerpos hídricos, sabor en aguas de consumo humano, eutroficación, aumento en cantidades de fosfato en aguas y en suelos, y en general efectos tóxicos sobre organismos acuáticos.

El efecto de los agentes activos de superficie en la reducción de la velocidad de transferencia de oxígeno a través de la interferencia agua – aire es probablemente el aspecto más serio de la contaminación por detergentes. En general se ha establecido que la presencia de 1 mg/L de tensoactivos en agua de río reduce su capacidad de

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reoxigenación en un 60%, aún en ausencia de espuma, por aparición de una película aislante que se forma en la superficie. (4)

En cuanto a la formación de espumas una concentración de tensoactivos aniónicos de 0,3 mg/L produce una espuma estable (9). Desde el punto de vista estético es indeseable, y además inhiben o paralizan los procesos de depuración natural (o artificial), concentran las impurezas y pueden diseminar las bacterias o los virus. Por su parte en las plantas de tratamiento de agua provoca problemas de operación, afecta la sedimentación primaria ya que engloba partículas haciendo que la sedimentación sea más lenta, dificulta la dilución de oxígeno atmosférico en agua y recubre las superficies de trabajo con sedimentos que contienen altas concentraciones de tensoactivos, grasas, proteínas y lodos.

Respecto a la toxicidad en la vida acuática que imparte el uso de detergentes varía con la sensibilidad de cada organismo, dependiendo de la especie, tamaño y del tipo de detergente, además de otros factores físicos del medio ambiente. En general concentraciones de agentes activos de superficie normalmente halladas en ríos americanos (0 a 0.14 mg/l) no son tóxicas a peces u otros seres acuáticos sobre períodos cortos de tiempo.

Cuando ingresan grandes cantidades de detergentes, de los cuales aproximadamente el 50% en peso son fosfatos, éstos sumados con los nutrientes ya existentes en un cuerpo de agua, aceleran el proceso de eutroficación a tan sólo cuestión de unas décadas.

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Respecto de la toxicidad en humanos, no se consideran ni venenosos ni cancerígenos, ni pueden ocasionar peligro alguno en las cantidades teóricas remanentes en el lavado de la vajilla, ni en el uso frecuente de pastas dentífricas. Sin embargo, en cuanto a las alergias e irritaciones de mucosas, es necesario definir cada caso en particular para evaluar la incidencia de la posible actividad toxicológica de estos productos.

Un factor importante a considerar es la biodegradabilidad, la cual es decisiva en la evaluación toxicológica de los distintos tensoactivos.

En general se acepta que los productos de cadena lineal son suficientemente biodegradables como para cumplir con los requisitos de las diversas legislaciones, no así los ramificados.

En relación con la toxicidad en agua, la biodegradabilidad decrece cuando aumenta la hidrofobicidad de los tensoactivos y disminuye su solubilidad, independientemente de sus características iónicas.

1.3 MARCO LEGISLATIVO

En el siguiente cuadro se presenta la norma emitida por el departamento administrativo de medio ambiente (DAMA), resolución 1074/97, y un paralelo respecto a normas internacionales, que hacen referencia del vertimiento al alcantarillado de aguas residuales con contenido de tensoactivos, esto con el fin de verificar lo estricto de la

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resolución mencionada. Así mismo se expone el parámetro de tensoactivos modificado por la resolución 1596/01 del DAMA .

Cuadro 2. Cuadro comparativo de normatividad internacional

País Autoridad ambiental Norma Tensoactivos (mg/L)

COLOMBIA DAMA (Departamento

Administrativo de Medio Ambiente)

Res. 1074/98 0.5

COLOMBIA DAMA (Departamento

Administrativo de Medio

Ambiente) Res. 1596/01 20

COSTA RICA MINAE (Ministerio de

Ambiente y Energía Dec Ejecutivo Nº

26.042-S- 10

ARGENTINA SRNYAH (Secretaría de Recursos Naturales y Ambiente Humano)

Ley 5965/58 5

MÉXICO SEMARNAT Secretaría de medio ambiente y recursos naturales)

NOM – 031

ECOL/93 30

VENEZUELA Ministerio del ambiente y

recursos naturales Dec 833/95 2

U.S.A* EPA (Environmental

Protection Agency) 40

ESPAÑA MOPU (ministerio de obras

publicas urbanas) Orden 23/77 20

ITALIA Council of ministers Ley 319/76 4

* Cleveland. Máximo en 24 h

En el cuadro 2 se aprecian que el Dec 1074/98, es el más estricto al respecto, su valor equivale al parámetro que debe cumplir el agua para consumo humano; el más flexible de todos es el de Estados Unidos que permite un vertimiento de 40 mg/l, en orden

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consecutivo le sigue México con 30mg/l, España con 20 mg/l, Italia con 4mg/l y Venezuela con 2mg/l. También se observa el cambio radical del parámetro impuesto por el DAMA, para la ciudad de Bogotá, pasando de 0.5 mg/l a 20mg/l.

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RReReemmmoooccciiióóónnn dddeee ttteeennnsssoooaaaccctttiiivvvooosss

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2. REMOCIÓN DE TENSOACTIVOS 2. REMOCIÓN DE TENSOACTIVOS2. REMOCIÓN DE TENSOACTIVOS 2. REMOCIÓN DE TENSOACTIVOS

Para lograr la remoción del contenido de tensoactivos en aguas residuales, se han empleado, diferentes alternativas tecnológicas. Se pueden clasificar según su efecto en el agua como físicas, químicas y biológicas. En el siguiente cuadro se presentan las tecnologías más usadas, dentro de la clasificación planteada.

Cuadro 3. Tratamientos para remoción de tensoactivos

BIOLÓGICO QUÍMICO FÍSICO

Tratamiento aeróbico

Bioremediación Oxidación Adsorción Coagulación

Aunque el proceso de coagulación no es una técnica aplicada actualmente, se considera en la tabla anterior, por ser el método, planteado para este estudio.

2.1 Tratamientos biológicos

2.1.1 Tratamientos biológicos aeróbicos.Tratamientos biológicos aeróbicos.Tratamientos biológicos aeróbicos.Tratamientos biológicos aeróbicos. Resultan adecuados cuando se tratan tensoactivos biodegradables. Debido a la incorporación mecánica de oxígeno (aire), se ve favorecida la formación de espumas, fenómeno que puede regularse por el empleo de antiespumantes (generalmente a base de siliconas) o incrementando la población de microorganismos en la cámara de aireación (baja

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relación alimento /microorganismos). En general este tipo de tratamiento resulta hasta concentraciones máximas de tensoactivos de 25 a 30 mg/L.

2.1.2 BioremediaciónBioremediaciónBioremediaciónBioremediación. Se ocupa de la utilización de bacterias y enzimas para producir cambios en los contaminantes que afectan al medio ambiente (agua, suelo y aire) generando compuestos de menor o ningún impacto ambiental. Estos cambios en los contaminantes de las aguas residuales provocan una disminución de olores desagradables y aumenta la vida útil de su cuerpo receptor. Todo mediante la manipulación con productos orgánicos para el tratamiento de aguas residuales con lo cual se aumenta la velocidad de cambio o degradación de los contaminantes. Específicamente para la bioremediación de tensoactivos la bacteria más usada es la pseudomona s.p.

2.2 OXIDACIÓN

Los agentes oxidantes más comúnmente usadas además del oxígeno son: cloro, ozono, peróxido de hidrógeno y permanganato de potasio. Estas sustancias oxidan contaminantes para transformarlos en otros más biodegradables y /o de más fácil remoción o adsorción. La oxidación puede ser mejorada, con control de pH, y el uso de catalizadores.

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2.2.1 Oxidación por Ozono.Oxidación por Ozono.Oxidación por Ozono.Oxidación por Ozono. El ozono descompone gran parte de los tensoactivos biodegradables y no biodegradables, transformándolos en estructuras más simples de biodegradación.

Estudios realizados sobre concentraciones de tensoactivos de alta concentración (hasta 50 mg/L, expresadas como SRAO¹) han demostrado su alta efectividad y rápida acción en tasas que variaban entre 1 a 2,5 g de O3 / g SRAO según el pH de la solución. Así, su aplicabilidad dependerá del tipo de vertimiento a tratar, entendiendo que siempre debe emplearse en combinación con otro proceso (físico- químico y/o biológico), necesarios para reducir el resto de los contaminantes presentes en un vertimiento.

Según el caso puede emplearse tanto en una etapa de preozonización como de postozonización.

2.3 ADSORCIÓN

Se usa comúnmente sobre la remoción de compuestos orgánicos presentes en efluentes industriales. Estos compuestos son de difícil remoción por procesos convencionales como tratamientos biológicos. Es también usual la remoción de metales pesados por adsorción.

El adsorbente más usado es el carbón activado.

Como se observa en la figura 5 el carbón activado es altamente poroso, contiene gran número de canales de interconexión, un desbalance de las fuerzas moleculares en sus

1Sustancias reactivas al ozono

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paredes atrae muchas sustancias, las cuales son retenidas físicamente sobre la superficie del carbón.

Figura 5. Sistema de adsorción por carbón activado

El carbón activado puede ser producido por un material orgánico. Los carbones activados tienen propiedades específicas que dependen del material de origen y el modo de activación.

La capacidad de adsorción es la eficacia del carbón que remover contaminantes indeseados como DQO, color, fenoles y tensoactivos entre otros.

La regeneración de carbón se realiza por razones económicas. En este proceso, el objetivo es eliminar los materiales que se encuentran adsorbidos en los poros del carbón.

2. 4 COAGULACIÓN

Los residuos removidos por este proceso, están clasificados como material suspendido o coloidal. Los agentes coagulantes, reducen el efecto de las cargas eléctricas que mantienen las partículas contaminantes separadas unas de otras. Como se observa en la figura 6 las partículas se unen para formar una masa llamada floc. Estos flocs suben a