Universidad Nacional del Centro del Perú

Universidad Nacional del Centro del Perú

Facultad de Ingeniería Química

Influencia de la densidad de corriente y del tiempo de residencia en la remoción de fosfatos de una solución sintética por electrocoagulación, utilizando electrodos

de aluminio a nivel laboratorio

Aguilar Coronación, Flor de María Palian Azabamba, Joel Marcial

Huancayo 2020

Esta obra está bajo licencia https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Repositorio Institucional - UNCP

“INFLUENCIA DE LA DENSIDAD DE CORRIENTE Y DEL TIEMPO DE RESIDENCIA EN LA REMOCIÓN DE FOSFATOS DE

UNA SOLUCIÓN SINTÉTICA POR ELECTROCOAGULACIÓN, UTILIZANDO ELECTRODOS DE ALUMINIO A NIVEL

LABORATORIO”

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

TESIS

PRESENTADO POR LOS BACHILLERES:

AGUILAR CORONACIÓN, Flor de María

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERA QUÍMICO AMBIENTAL

PALIAN AZABAMBA, Joel Marcial

PARA OBTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO QUÍMICO DEL GAS NATURAL Y ENERGÍA

HUANCAYO-PERÚ 2020

ii

______________________________________________________________

ASESOR:

Dr. LUIS FERNADO RICCIO YAURI

_____________________________________________________

iii

DEDICATORIA Dedico este trabajo a Dios. A mis padres

Fernando y Juliana, por ser mi motivación para hacer mis sueños realidad y por su apoyo incondicional. A mis hermanos Miguel, José, Daniel y Rafael. Y a todos los que confiaron en mí.

Flor de María Aguilar Coronación

Dedico este trabajo a mis padres, en especial a mi Madre Máxima por enseñarme el valor de la perseverancia. A mis dos Amores Miriam y Luna Isabela que me alientan a cumplir todas mis metas.

Joel Marcial Palian Azabamba

iv

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a Dios quien guía nuestros pasos y tiene una gran razón en nuestras vidas.

Agradecemos a nuestra residencia de estudios, que nos formó con una comprensión estable. A los docentes de la Facultad de Ingeniería Química que han dedicado tiempo e información en estos años, principalmente a nuestro asesor de tesis, Dr. Luis Fernando Riccio Yauri, por su contribución y dedicación en esta misión de investigación.

Flor- Joel

v RESUMEN

La presente investigación tiene como objetivo “Determinar la Influencia de la densidad de

corriente y del tiempo de residencia en la remoción de fosfatos de una solución sintética por electrocoagulación, utilizando electrodos de aluminio a nivel laboratorio”.

Electrocoagulación, sistema que utiliza conceptos de coagulación (reactor electrolítico).

Recipiente equipado con un suministro de corriente y electrodos, las placas de metal utilizadas en la investigación están hechas de aluminio, es quien imparte iones desestabilizadores en partículas contaminantes suspendidas, emulsionadas o disueltas en medio acuoso.

Para el desarrollo experimental, utilizó una celda electrolítica (13 cm de longitud, 7 cm de profundidad y 8.6 cm de altura), electrodos de aluminio con separación de 1 cm entre electrodos (10 electrodos). Las variables independientes en la investigación las variables son: Densidad de corriente, tiempo de residencia, y sus niveles 1,32 mA/cm² 3,97 mA/cm² y6,61 mA/cm², y 10, 35 y 60 minutos.

se adicionó 300 ml de solución sintética por muestra en la celda electrolítica y se manipuló usando el método de electrocoagulación, siendo la mejor condición 1,32 mA/cm² y 10 min respectivamente. Se logró un 68,65 % de eliminación total de fosfato en nuestra investigación.

Por último, se concluyó que tiempo de residencia y densidad de corriente influyen significativamente en remoción de fosfatos.

vi

INTRODUCCIÓN

Actualmente uno de los problemas globales más preponderantes es la contaminación del agua, debido a, residuos mineros, textiles, hospitalarios, urbanos, etc.; además la población aumenta de manera exponencial y por tanto la contaminación.

El fosfato en la industria es causante de crecimiento excesivo de algas en depósitos y tubería de agua provocando así atascos en las tuberías y formando una capa de algas en la superficie del agua que tiene que ser retirada cada cierto tiempo, esto hace que la remoción de fosfatos del agua sea indispensable en los procesos industriales y tratamiento de aguas residuales en que intervengan almacenamiento y transporte de agua con contenido de fosfatos para prevenir los problemas mencionados.

Nuestra investigación se dividió en cuatro capítulos, capítulo uno menciona la revisión bibliográfica, se da a conocer los antecedentes de la investigación, bases teóricas y conceptuales que sustentan el diseño. Forja un breve estudio de Electrolisis, fosfatos y los tipos de reactores, coexistiendo el reactor Bacht el más insuperable para nuestro trabajo de exploración. En el capítulo 2 en la parte práctica se establece el diseño práctico, diseño de indagación, se define los horizontes e inconstantes, así como disposición de equipos y operaciones para el proceso de electrocoagulación. Capítulo tres menciona Sistema de datos, disputa de resultados y observación de la varianza para el porcentaje de remoción, siendo densidad de corriente el factor más significativo. Capítulo cuatro en el tema de Resultados se estima que el porcentaje (%) de remoción reside del material, muestra de agua a tratar y las variables autónomas en el proceso de electrocoagulación. Por último, se indican las conclusiones, recomendaciones, referencia bibliográfica y anexos.

vii OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL

• Determinar la Influencia de la densidad de corriente y tiempo de residencia en la remoción de fosfatos de una solución sintética por electrocoagulación, utilizando electrodos de aluminio a nivel laboratorio.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Determinar la mejor condición de la densidad de corriente y del tiempo de residencia en la remoción de fosfatos de una solución sintética por electrocoagulación, utilizando electrodos de aluminio a nivel laboratorio.

• Determinar el porcentaje de remoción a la mejor condición de operación en la remoción de fosfatos de una solución sintética por electrocoagulación, utilizando electrodos de aluminio a nivel laboratorio.

viii SIMBOLOGÍA ClNa = Cloruro de Sodio

°C = Grados Centígrados

L = Litros

mg/L = Miligramos por Litro

m² = Metros Cuadrados ppm = Partes por millón P = Potencia (watts)

µs = Micro siemens V = Voltaje

ABREVIATURAS SDT = Sólidos Totales Disueltos

ST = Sólidos Totales

SST = Sólidos Totales Suspendidos G = Gramos

J = Densidad superficial de corriente (A/m2) I = Intensidad de corriente (A)

IT = Intensidad de corriente total (A)

ix OMS = Organismo mundial de salud

MO = Materia Orgánica OD = Oxígeno Disuelto

CA = Corriente Alterna, (V) CD = Corriente Directa, (V)

DBO = Demanda Bioquímica de Oxigeno DQO = Demanda Química de Oxigeno EC = Electrocoagulación

FV = Fotovoltaico

x ÍNDICE

ASESOR: ... ii

DEDICATORIA ... iii

AGRADECIMIENTO... iv

RESUMEN ... v

INTRODUCCIÓN ... vi

OBJETIVOS ... vii

SIMBOLOGÍA ... viii

ABREVIATURAS ... viii

ÍNDICE ... x

ÍNDICE DE TABLAS ... xiii

ÍNDICE DE FIGURAS ... xiii

CAPÍTULO I 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ... 15

1.1. ANTECEDENTES ... 15

1.1.1. A NIVEL LOCAL ... 15

1.1.2. A NIVEL NACIONAL: ... 16

1.1.3. A NIVEL INTERNACIONAL: ... 17

1.2. BASES TEÓRICAS ... 18

1.2.1. AGUA: ... 18

1.2.2. AGUAS RESIDUALES:... 20

1.2.3. FOSFATOS: ... 21

xi

1.2.4. ELECTROQUÍMICA ... 26

1.2.5. ELECTROLISIS ... 28

1.2.6. ELECTROCOAGULACIÓN... 28

1.2.8. LEY DE FARADAY ... 38

1.2.9. APLICACIONES ... 39

CAPITULO II 2. PARTE EXPERIMENTAL ... 41

2.1. REACTIVOS, EQUIPOS Y MATERIALES ... 41

2.1.1. MATERIALES... 41

2.1.2. REACTIVOS: ... 41

2.1.3. EQUIPOS ... 42

2.2. DISEÑO EXPERIMENTAL ... 45

2.3. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ... 45

2.4. IDENTIFICACION DE VARIABLES Y CONSTANTES ... 45

2.4.1. VARIABLES INDEPENDIENTES ... 45

2.4.2. VARIABLE DEPENDIENTE ... 46

2.5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ... 47

2.5.1. PASOS PARA LA PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN SINTÉTICA DE FOSFATOS: ... 47

2.5.2. PASOS PARA LA INSTALACIÓN DE EQUIPOS: ... 48

xii

2.5.3. ARMADO DE CELDA ELECTROLÍTICA PARA LA

ELECTROCOAGULACION: ... 50

2.5.4. PROCEDIMIENTO PARA EL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN . 51 CAPITULO III 3. TRATAMIENTO DE DATOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 52

3.1. RESULTADOS ... 52

3.1.1. RESULTADOS DE LA PRUEBA INICIAL Y DEMAS DE ACUERDO A LAS VARIABLES ... 52

3.1.2. GRAFICOS ... 53

3.1.3. ANALISIS DE LA VARIANZA PARA EL PORCENTAJE DE REMOCION 55 3.1.4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 56

4. CONCLUSIONES ... 59

5. RECOMENDACIONES ... 60

6. BIBLIOGRAFÍA ... 61

7. ANEXOS ... 64

7.2. PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN SINTÉTICA: ... 69

7.3. EQUIPO ARMADO ... 70

7.4. FILTRACIÓN DE MUESTRAS: ... 71

7.5. MUESTRAS LISTAS PARA SER ANALIZADAS ... 72

7.6. ANALISIS DE MUESTRAS ... 73

7.7. INFORME DE ENSAYO – ANÁLISIS QUÍMICO ... 75

xiii

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1. NIVELES DE LAS VARIABLES ... 46

TABLA 2. NÚMERO DE EXPERIMENTOS ... 47

TABLA 3. RESULTADO DE LOS ANÁLISIS ... 52

TABLA 4. ANÁLISIS DE LA VARIANZA PARA EL PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE FOSFATOS CON LAS VARIABLES TIEMPO DE RESIDENCIA Y DENSIDAD DE CORRIENTE... 56

ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1. CLASIFICACIÓN DE TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS ... 28

FIGURA 2. SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN CON ÁNODO Y CÁTODO ... 29

FIGURA 3. REACTORES PARA A ELECTROCOAGULACIÓN TIPO BACH. A) REACTOR CON EM CONECTADOS EN PARALELO, B) REACTOR CON EM CONECTADOS EN SERIE. ... 31

FIGURA 4. REACTOR TIPO PRENSA ... 31

FIGURA 5. REACTOR DE ELECTRODO CILÍNDRICO ROTATIVO... 32

FIGURA 6. REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO ... 33

FIGURA 7. RECTIFICADOR DE CORRIENTE PHYWE 7430 ... 42

FIGURA 8. VOLTÍMETRO PHYWE 7440 ... 42

FIGURA 9: AMPERÍMETRO PHYWE 7430 ... 43

FIGURA 10. CELDA ELECTROLÍTICA: ... 43

FIGURA 11. PH METRO ... 44

FIGURA 12. BALANZA ANALÍTICA ... 44

xiv

FIGURA 13. CELDA DE MATERIAL ACRÍLICO TRANSPARENTE... 48

FIGURA 14. ELECTRODOS DE ALUMINIO ... 49

FIGURA 15: ÁREA MOJADA DE ELECTRODOS ... 49

FIGURA 16. SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN A ESCALA LABORATORIO .. 50

FIGURA 17. DENSIDAD DE CORRIENTE - % REMOCIÓN DE FOSFATOS A 10 MINUTOS DE TIEMPO DE RESIDENCIA ... 53

FIGURA 18. DENSIDAD DE CORRIENTE - % REMOCIÓN DE FOSFATOS A 35 MINUTOS DE TIEMPO DE RESIDENCIA ... 54

FIGURA 19. DENSIDAD DE CORRIENTE - % REMOCIÓN DE FOSFATOS A 60 MINUTOS DE TIEMPO DE RESIDENCIA ... 55

FIGURA 20. BALANZA ... 64

FIGURA 21. PAPEL FILTRO ... 64

FIGURA 22. AFORADO DE LA MUESTRA SINTÉTICA ... 65

FIGURA 23. PIPETA Y PROPIPETA ... 65

FIGURA 24. LUNA DE RELOJ ... 66

FIGURA 25. EMBUDO DE VIDRIO ... 66

FIGURA 26:.MATRACES ... 67

FIGURA 27. PAPEL TOALLA ... 67

FIGURA 28. AGUA DESTILADA EN PICETA ... 68

FIGURA 29. PROBETA ... 68

FIGURA 30. 10 FRASCOS PARA LAS MUESTRAS ... 69

FIGURA 31. PREPARANDO LA SOLUCIÓN SINTÉTICA ... 69

FIGURA 32. DISOLUCIÓN DE NAOH ... 70

xv

FIGURA 33. REACTOR BATCH Y RECTIFICADOR DE CORRIENTE ... 70 FIGURA 34. FILTRACIÓN DE LAS MUESTRAS ... 71 FIGURA 35. FILTRACIÓN DE LAS 9 MUESTRAS ... 71 FIGURA 36. MUESTRA INICIAL, 1, 2 Y 3 FILTRADAS Y LISTAS PARA SER ANALIZADAS ... 72 FIGURA 37. MUESTRAS 4, 5, 6, 7 FILTRADAS Y LISTAS PARA SER ANALIZADAS 72 FIGURA 38. MUESTRAS 8 Y 9 FILTRADAS LISTAS PARA SER ANALIZADAS ... 73 FIGURA 39. REACTIVOS PARA EL ANÁLISIS DE FOSFATOS ... 73 FIGURA 40. MUESTRAS ANALIZADAS ... 74

15 CAPÍTULO I

1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1.1. ANTECEDENTES

En casi todas las investigaciones que hemos revisado, gran parte de ellas no se enfocan a la remoción de fosfatos del agua infectada por electrocoagulación con electrodos de aluminio.

1.1.1. A NIVEL LOCAL

Según Poma, Johana & Quispe, Pamela (2016) investigaron la remoción de aguas urbanas contaminadas de la Universidad Nacional del Centro del Perú, modificando el tiempo de residencia y la densidad de corriente mediante el uso de la técnica de electrocoagulación en el grado de laboratorio. Por último, los efectos recibidos habían sido comparados con el Decreto Supremo 003-2015-MINAN, que corrobora como una alternativa visible el sistema de electrocoagulación.

Se utilizó 40L de agua por muestra. El área de contacto total es 0.08253 m2 y 2,7 A, con 1 cm de separación entre electrodos, el tiempo de residencia excelente en el proceso es de 20 minutos y densidad de corriente a 32,72 A/ m2. Siendo los porcentajes de remoción: DQO 93,8%, DBO 75,3%, Conductividad Eléctrica 79,6%, aceites y grasas 89,5%, Solidos suspendidos 91,3%, solidos disueltos 70,3%, Sólidos Totales 91,0%, turbiedad 95,3%, Cloruros 100,0%, escherichia coli 98,9%, coliformes totales 98,9%, dureza cálcica 91,9% y dureza total 91,3%.

Según cueva, Rucely & Huaroc, Anais (2015) Su objetivo fue la eliminación de la contaminación de las aguas residuales de la planta láctea Mantaro Concepción Junín a través de la técnica de electrocoagulación a través de la fuerza del viento, aprovechando dicha fuerza como una ayuda inagotable y renovable, la tecnología limpia de energía eléctrica se usa en electrocoagulación de aguas residuales. El propósito de este proyecto es darle solución a aguas contaminadas por las industrias lácteas dado que muchos no tienen un procedimiento primero de

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descarga. Obtuvieron óptima densidad de corriente y tiempo de residencia a 44,2 A/m2 y 25 minutos respectivamente, las remociones excelentes son: Turbiedad 98,77%, BBO 80,0%, DQO 81,32%, Solidos totales 83,11%, Conductividad 56,11%, dureza total 79,09%, dureza cálcica 86,82%, óleos y lípidos 99,29%, macizos integrales pasmados (SST) 98,91%, consistentes sistémicos licuados (TDS) 58,68%.

1.1.2. A NIVEL NACIONAL:

Según Aguilar, Edwar (2015), evaluó el rendimiento de eliminación de DQO (Demanda Química de Oxigeno) del agua residual en empresas de pintura para ello construyó un reactor de electrocoagulación, así como hallar los parámetros eficientes de conductividad, tiempo de tratamiento, intensidad de corriente y pH, que cumplan con los estándares medio ambientales. Otro problema vital encontrado en el análisis es calidad alta en tratamiento del lodo producido, que parece muy compacto. Se obtuvo un 87% de eliminación optima de DQO. Intensidad optima de corriente 5 A, tiempo óptimo en el proceso es de 15 minutos y un pH oriundo del efluente es de 7,12.

Según Saavedra, Liseth, desarrollo un procedimiento numérico fiable usando la formulación de volumen de control que ha construido para predecir el proceso de generación de hidrógeno. Donde la producción de hidrógeno se debe a la onda de un electrolito entre el cátodo y el ánodo a densidades de corriente exclusivas. Describe un proceso de flujo de dos fases burbujeante, ha trabajado un modelo matemático basado en Euler dos fluidos. Sus ecuaciones de transporte han sido resueltas por las dos fases y con estimación de la transferencia interfacial de la masa y el momento. Sus ecuaciones de conservación se han discretizado utilizando un método de volumen finito y resuelto por el algoritmo simple. Sus mediciones se han realizado a diferentes densidades de corriente para la visualización del proceso de generación de hidrógeno. Finalmente, indica que

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el modelo numérico evolucionado predice con precisión el método de producción de hidrógeno.

El estudio también indica que la técnica de fabricación satisfactoria se realiza bajando la marcha primaria con carga de flujo. Acrecentar densidad de corriente, disminuir distancia de separación del cátodo y el ánodo del móvil electroquímico permite mejorar el proceso de fabricación de hidrógeno. La formulación de burbuja, diámetro del gas hidrógeno dispersa influye considerablemente en las características locales y globales de corriente de dos fases. Se eliminó 72,49 % de Fósforo, DQO 91,30%, SST 82,50, NTU 80%, Ce 66,66%. Demostrando así que los porcentajes en los parámetros indicados para ambos son similares.

1.1.3. A NIVEL INTERNACIONAL:

Según Pantoja (2012) Apreció emplear el mixto de floculación, electrocoagulación exactamente remedio en drenajes ácidos de mina. Se meditó factores que incluyen cargamento realizado, pH, densidad de corriente en floculación y la cuantía de floculante. Las consecuencias cuantificaron los parámetros que incluyen turbidez, pH y sulfatos. Además, las mediciones han sido producto de la cantidad de metales eliminados, la necesidad de oxígeno químico, los sólidos generales, la conductividad y el color. Se recibió 99 % de eliminación de turbidez, 99 % de Fe, 94 % de Zn, 96

% de Mn y 36 % de sulfatos.

Según Hernández, Daniela (2016) propone procedimientos únicos: electrocoagulación y aceleración sintética, que favorecen la eliminación de elemento somático (MO. Tomo prototipos del efluente municipal Toluca, México. Primero se analizaron cuantificaciones materiales, biológicos, químicos, su intención fue realizar estructura del líquido mediante indagación, luego se procedió a encontrar las situaciones estándar de varios remedios, para poder realizar el proceso articulado. Y finalmente se hizo la cuantificación y caracterización del lodo generado. Se determinó una remoción óptima de 61% de DQO por electrocoagulación con 0,5 A, se usó como

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electrolito soporte NaCl 5 g/L, pH 4, tiempo 6 minutos y electrodos de cobre. El tratamiento que generó la mayor cantidad de lodo cambió al dispositivo articulado, observado mediante precipitación química y tarde o temprano electrocoagulación.

1.2. BASES TEÓRICAS 1.2.1. AGUA:

(𝐻₂o) La vida de nuestro planeta tierra dispone del agua que es uno de los recursos más preciados. Es un recurso primordial, restringida y con riegos de agotarse, cuya disponibilidad se está convirtiendo en un número cada vez mayor de conflictos cruciales que conducen a modificaciones geopolíticas o modificaciones en la producción interna y las regulaciones de cambio en muchas naciones, ya que representa la cuantificación de sus reservas y el uso, abuso y contaminantes de ellos como resultado de actividades humanas (Parada, 2012).

TIPOS DE AGUA

• Agua Potable: Recurso fundamental tratado, adecuado para el consumo de personas y animales.

• Agua salada: Tiene sales que superan los 10 000 mg/l.

• Agua salobre: contienen sales disueltas que comprenden entre 1000- 10000 mg/l.

Contiene equilibrio elocuentemente de sal mínimo al líquido litoral.

• Agua dulce: considerada comúnmente apropiada, previo proceso de tratamiento, para tener agua de consumo humano.

• Agua dura: contiene mayor número de iones positivos, esto es por la presencia de átomos de magnesio y calcio presentes.

• Agua blanda: Elemento sin rigidez elocuente.

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• Aguas negras: Elemento almacenado por una población luego que haya sido afectada por varios usos. como mixtura acuosa- desechos, patrón familiar, comunal o manufacturado.

• Aguas grises: Elemento residual formado por los derivados del lavado de cocinas, baños, lavaderos y fregaderos.

• Agua bruta: no ha obtenido procedimiento alguno, ingresa a estación a su proceso.

• Aguas muertas: Elemento de fase exiguo, sin tránsito, frecuentemente falta oxígeno.

• Agua alcalina: Elemento con pH mayor a 7

• Agua capilar: Elemento existente por encima del nivel freático preciso a la capilaridad en la corteza terrestre.

• Agua de adhesión: Es aquella que se encuentra retenida en la tierra por atracción molecular, esto produce una formación de película en las partículas de la tierra o paredes de la roca.

• Agua de desborde: aquella que es inyectada por hendidura de un encubridor de hielo.

• Agua de formación: Es aquel fluido que fue capturada en los resquicios del peñasco sedimenta.

• Agua de gravedad: No está saturada que está bajo influencia del peso.

• Agua de suelo: elemento ubicado encima del suelo o zona de aireación, dicho elemento cumple el ciclo del agua.

• Agua disfórica: aquella que contiene elevados porcentajes de ácido húmico por ende es un agua pobre en nutrientes.

• Agua estancada: elemento sin movimiento que se encuentran en determinadas partes del afluente, albuhera, lago.

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• Agua fósil: Almacenada durante tiempo geológico antiguo en condiciones de clima y morfología diferentes a las de ahora.

• Agua freática: Elemento con superficie libre y subterránea que está en la zona de saturación.

• Agua primitiva: surge en profundidad del dominio, nunca subsiste a la superficie.

• Agua magmática: Se encuentra en la profundidad de la tierra y es impulsada a la superficie, influye inclinación empinada de vetas ardientes.

• Agua metamórfica: Elemento formado a lo largo del avance metamórfico.

• Agua vadosa: Todo tipo de fluido que se encuentre sin ahíta.

• Agua subterránea: inversa en franjas saturadas en territorio, región donde consiste especialmente en agua.

• Agua superficial: Toda agua expuesta al plano en lagos, charcas, riachuelos, mares y humedales (CATHALAC,2007).

1.2.2. AGUAS RESIDUALES:

Son aquellas aguas que fueron modificados mediante el uso de actividades de las personas y que, debido a su excepcionalidad, requieren tratamiento previo, para luego ser reutilizados.

CLASIFICACIÓN DE AGUAS RESIDUALES:

➢ Aguas Residuales Domésticas: Los de las áreas de vivienda y servicios producidos generalmente a través de las actividades de las personas y la digestión humana (Gómez, 2014).

➢ Aguas Residuales Industriales: Son aquellas que son descargadas de las instalaciones utilizadas para llevar a cabo cualquier actividad industrial o comercial,

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aparte de humedades fraccionarias hogareñas o la escorrentía en matices pluviales (Gómez, 2014).

➢ Aguas Residuales Urbanas: Es la mezcla de aguas tanto domesticas como industriales. Generalmente se acumulan en un dispositivo acumulador y se envían mediante el uso de un emisario terrestre a una PTAR (Gómez, 2014).

1.2.3. FOSFATOS:

En las excreciones (humanas y animales), fertilizantes eliminados de viento, suelo o agua, purificadores, bienes para lavado están los fosfatos

El peso total en fosfato está integrado por: ortofosfato + polifosfato + agregados en fósforo somático (componen el fosfato total). generalmente la proporción de ortofosfato la más elevada.

Los fosfatos en su forma natural de encuentran disueltas, sólidas o coloidales. Es indispensable saber el tipo de fosfato para su previo tratamiento antes de analizarlo. Por ejemplo, para comprobar ortofosfato (vigilancia en apremio de fósforo), únicamente destilar el espécimen luego examinarla. Para establecer el nivel del fósforo total (monitoreo de estimación final), inicialmente tenemos que igualar el prototipo para posteriormente realizar hidrolisis (Castro &Melgar, 2016).

EL FOSFATO EN AGUAS RESIDUALES:

Líquidos comedidos con frecuencia dominan entre 5 a 20 mg/L de fósforo integral, la mayoría no somático, pero 1-5 mg/l biológico. El tributo particular del fósforo se modifica de 0.65 a 4.80 g/habitante por día con un peso 2.18 g. El fósforo es componente primordial en desinfectantes sintetizados por ello es apoyo característico y estimulante. (Pütz, 2010).

22 En medios mojadas el Fósforo está localizado en:

• Polifosfatos:2 a más átomos por partícula, oxígeno. Otros presentan átomos de hidrógeno mezclados confusamente por molécula. Regularmente polifosfatos perciben una metamorfosis de ortofosfato en el desarrollo de hidrólisis. El avance generalmente es tardo. (Pütz, 2010)7.

• Ortofosfatos: Disponible para el metabolismo biológico sin posteriores disociaciones. (Pütz, 2010).

La expulsión de fósforo en líquidos excedentes involucra afiliación de fosfatos en los SST así como la invariable separación en compactos. El fósforo se integra en compactos orgánicos (microbios) o para inconsiderados sintéticos. (Elsevier, 2005).

PRECIPITACIÓN DE FOSFATOS: La expulsión en convenciones inorgánicas del fosfato por añadidura del condensador brusquedad artificial, endurecedor y composición del elemento excedente. Asiduamente calcio, aluminio y hierro son utilizados como iones por ser metales multivalentes. (Pütz, 2010)

• CALCIO:

Una forma común del calcio es la caliza Ca(OH)2 quien es añadido con frecuencia.

Reanuda con la alcalinidad natural del agua residual para producir carbonato cálcico, quien es responsable primordial del progreso de expulsión de fósforo.

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 à 2CaCO3 ↓+ 2H2O

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Acrecienta inclusive a 10 la cuantía del pH del elemento secundario que se reactiva con el fosfato quien se acelera formando hidroxiapatito en demasía de iones calcio:

10Ca²⁺ + 6PO43- + 2OH^- ↔ Ca10(PO4)*6(OH)2

Pretenderá la neutralización para comprimir el pH precedentemente al ulterior procedimiento o degradación. La dosificación de calcáreo solicitada es al tanteo 1.5 sucesiones de alcalinidad como CaCO3. Se emplea recarbonatación con dióxido de carbono (CO2) reduciendo así la cuantía del pH. (Pütz, 2010).

• ALUMINIO Y HIERRO:

El sulfato de aluminio conocido como alúmina es hidratado continuamente y empleado como aceleración de sulfatos y fosfatos de aluminio (AlPO4). Siendo la reacción:

Al³⁺ + HnPO43-n ↔ AlPO4 + nH⁺

Se instituye la cantidad de pruebas de apoyo en pequeña escala para cualquier argumento a través de tesis a nivel colosal, principalmente al emplear elastómeros. El fosforo al reducir su acumulación la eficiencia de la congelación empequeñece. Consiguen influir denegadamente a la urbe bacteriana de fangos eficaces los condensadores de Aluminio, esencialmente protozoarios y rotíferos con porciones aventajados de 150 mg/L. No obstante, la eficiencia es escasa en obliteración de DBO o SST, porque el empleo para filtrado de los bacilos y rotíferos está colosalmente proporcionada al restablecimiento la supresión de SS por intermedio de celeridad química. (Pütz, 2010).

El cloruro o el sulfato férrico y el sulfato ferroso son frecuentemente usados para la eliminación del fósforo. La reacción de base es:

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Fe³⁺ + HnPO43-n ↔ FePO4 + nH⁺

El fosfato férrico se sitúa avanzado por composición de iones hierro. La caliza como endurecedor realza buenamente el pH y agiliza la condensación consiguiendo una parsimoniosa resistencia con alcalinidad originario. (Pütz, 2010).

PROCESOS PRINCIPALES DEL FÓSFORO Y SU ELIMINACIÓN:

❖ Procedimiento para líquido primordial.

❖ Método en la última etapa del efluente para vegetaciones biológicas (postprecipitación).

❖ Sistema simultáneo para la aceleración biológica substituta (coprecipitación).

PROCEDIMIENTO PARA LÍQUIDO PRIMORDIAL

90 % es la eliminación infalible del fósforo y la acumulación conclusivo de P esta debajo de 0.5 mg/L. Para la expulsión de fósforo, DQO y de SS la cantidad química es equivalente para todas. Queda comprendido en la condición ordinario de desarrollo de apremio químico (Pütz, 2010).

LA POSTPRECIPITACIÓN

Apropiadamente utilizan exclusivamente sustancias metálicas en el procedimiento patrón en efluentes suplementarios. La eficiencia de eliminación de fotóforo es 95%, y la concentración de fósforo inferior menor es 0.5 mg/L. Alrededor de 1.5-2.5 iones para cada unidad de ion fósforo (10-30 g/mc promedio de líquido) es equivalente a la cantidad de iones metálicos. La postprecipitación suministra bienhechores grados para expulsión de SS impidiendo así la sedimentación finita del desarrollo subsidiario, (Pütz, 2010).

25 DESARROLLO COPRECIPITACIÓN

El transito incesante de fango adyacente de congelación- floculación y la impregnación y sus procesos, condescienden la disminución del agotamiento en sustancias químicas. Para este avance los intermediarios exclusivos químicos utilizados son hierro y aluminio, para realizar únicamente modificaciones en pH se agrega caliza.

En las subsiguientes fases no se consigue emplear disyuntivamente el lodo biológico y químico puesto que están combinados. Los legamos mixtos precisan de depósitos sedimentarios magnánimos superiores al proporcionado para los lodos activos. Este proceso es apropiado en floras de lodos activos, porque los intermediarios químicos se mantienen verdaderamente en el depósito de aireación o antes de él. (Pütz, 2010).

• AVANCES BIOLÓGICOS

la acumulación de fósforo en colectividades (PAO) suministra el repartimiento eficaz del reactor por lo cual el PAO es aventajado en la evolución y en el consumo de fósforo. La disposición del reactor comprende de lodos activos y demás un estanque anaeróbico. El influente del elemento secundario que se adjunta a la cavidad de biomasa es el fosforo, quien razonablemente se excluye del avance obteniendo consecuencias en la degradación del lodo en el progreso de expulsión del fosforo. El implícito se combina suministrando así la conexión con el lodo activo originario del influente del elemento excedente, la duración de conservación en la cisterna anaeróbico esta entre 0.50 o 1.00 hora, (Pütz, 2010).

Región anaeróbica: El incluido de PHB en el PAO acrecienta mientras a la vez que el polifosfato se reduce. En circunstancias inferiores anaerobias, los PAO captan las mercancías de fermentación (acedos untuosos sutiles) en mercados de acaparamiento de

26

huecos de emancipación del fósforo ya que proviene de la acumulación de polifosfatos.

(Pütz, 2010).

Región aeróbica: El PHB almacenado es metabolizado, suministrando fuerza de enmohecimiento y carbono en el progreso de las células recientes. La energía emancipada en la oxidación de PHB es aprovechada para establecer conexiones del polifosfato en la acumulación celulosa. Es expulsada de la mezcla el ortofosfato asequible para incluirse con los polifosfatos en lo íntimo de las cavidades bactéricas. El manejo del PHB beneficia el perfeccionamiento de células y este acontecimiento reciente de biomasa con sublime provisión de polifosfato prueba la separación del fósforo. Entre tanto un fragmento de biomasa es separado, el fósforo acopiado se excluye del biorreactor para una expulsión terminante con el lodo secundario. Por oxidación de los bienes acaudalados se genera el arrojo y por acaparamiento de polifosfatos en el interno de las células. (Pütz, 2010).

El fósforo es suprimido por la cuantía de aglutinación biológica que se aprecia fácilmente por el importe de bsCOD y es aprovechable en el influente del líquido excedente. (Pütz, 2010).

1.2.4. ELECTROQUÍMICA

La electroquímica analítica puede describirse porque se examinan las tácticas de respuesta que surgen dentro de la interfaz de disolución del conductor, generadas espontáneamente o a través de una perturbación externa, con el objetivo de solucionar un problema químico (Baeza & García, 2011).

Al forzar una perturbación eléctrica ocurre procesos de reacción que son conjunto de actividades que se da antes, durante y después de dicha perturbación. De todos los

27

procesos de reacción, el principal es la reacción electroquímica y el valor de su respuesta dependerá de las otras ocasiones que lo acompañen. Estos ocurren en algún momento en la imposición de la perturbación y dependen de la forma y tiempo en que se mantiene. Cuando cesa la perturbación, se logra un nuevo equilibrio (Baeza &

García, 2011).

Según el tipo de perturbación que se impondrá, será la forma de respuesta en un esfuerzo por manifestarse y el tipo de información con la intención de obtener para simbolizar las moléculas, las reacciones al electrodo, la cantidad de analito y la forma en que dependerá el evento declarado dependerá de ello. Transformación. Si se impone una diferencia de capacidad, se puede recibir una electrólisis actual; alternativamente, si se impone una corriente regular, la reacción puede manifestarse a través de un intercambio de habilidades dentro de la interfaz de disolución del conductor.

Las estrategias electroquímicas se pueden dividir en pasos con la forma en que realizan las mediciones y la perturbación del dispositivo de acuerdo con el siguiente diagrama: (Baeza & García, 2011).

28 Figura 1. Clasificación de técnicas electroquímicas Fuente: (Baeza & García, 2011, pág. 69)

1.2.5. ELECTROLISIS

Es la descomposición del electrolito al producto de la corriente eléctrica, mientras que los electrodos se administran en una solución electrolítica o en un producto iónico fundido y se implementa una distinción de capacidad sin parar entre ellos (Maya, 2001)

Las reacciones electroquímicas son el motivo de las diferencias químicas que atraviesan los materiales mientras se ejecutan de manera electrolítica. Estas reacciones se basan en la ganancia o pérdida de electrones debido a la presencia de los electrodos (Maya, 2001).

1.2.6. ELECTROCOAGULACIÓN

La electrocoagulación es una forma en que los restos de contaminantes que están suspendidos, disueltos o emulsionados en un medio acuoso se desestabilizan, lo que induce

29

fluido automatizado del líquido mediante planchas metálicas análogas de diferentes materiales, el aluminio y hierro son los más accesibles. Quien provoca reacciones químicas que desequilibran las partículas de contaminantes suspendidas, emulsionadas o disueltas en un medio acuoso es la presión electromotriz. Por lo tanto, los contaminantes se donan en los agregados acuosos de forma media, generando partículas fuertes que podrían ser mucho menos coloidales y mucho menos emulsionantes que dentro del país regular. Estas partículas sólidas de hidróxidos insolubles en los que se retienen los contaminantes, y los hidrocomplejos catiónicos o aniónicos, que desestabilizan las fuerzas de repulsión electrostática presentes en coloidal se cuentan con la ayuda de la neutralización de carga (Arango & Restrepo & Garcés, 2006).

La electrocoagulación se define como un proceso efectivo para desestabilizar fragmentos de contaminantes enajenadas, disgregadas o diluidas del líquido natural o residual (barrera, 2014).

Figura 2. Método de electrocoagulación con ánodo- cátodo Fuente: (Arango & Restrepo & Garcés, 2006, pág. 45)

30

1.2.5. REACTORES DE ELECTROCOAGULACIÓN

Hay muy pocas formas de reactores utilizados en aplicaciones de restauración metálica y eliminación de contaminantes. Los diseños simples máximos son tanques de celdas, placa y celdas de marco, celdas rotativas, celda de lecho empacado o móvil empacado, reactores de colchón fluidizado con carbón poroso. Los reactores de electrocoagulación pueden clasificarse en aparatos de tipo Bach o conservador de dispositivos sin parar. El escogimiento del reactor depende rotundamente por sus características en la contaminación y su atención, además de la cantidad de agua a tratar.

REACTOR TIPO BATCH

Se forma con la ayuda de una celda electroquímica con un cátodo y un ánodo organizados verticalmente y unidos a una fuente de energía externa. El cátodo permanece pasivo, al mismo tiempo que el elemento anódico se deteriora eléctricamente por medio de oxidación. El diseño está conformado por un par de electrodos no es el más óptimo en el momento de la manera considerando el hecho de que para lograr una buena disolución del acero se requieren electrodos de gran superficie, por ello se usa electrodos monopolares (EM) tanto en serie como en paralelo.

El dispositivo de electrocoagulación requiere un suministro directo moderno, moderador de consistencia estándar y un multímetro que permite examinar datos actuales (Arango, 2005).

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Figura 3. Reactores para a electrocoagulación tipo Bach. A) Reactor con EM conectados en paralelo, b) Reactor con EM conectados en serie.

Fuente: (Arango, 2005, pág. 38)

REACTORES PROTOTIPO FILTRO PRENSA

Fabricado de cubierta con diseño semejante al cofre, constituido por marcos simultáneos.

Estos marcos soportan un ánodo, un cátodo y una membrana. Este dispositivo hace que su operación y renovación sean especialmente fáciles (Arango, 2005).

Figura 4. Reactor tipo Prensa

Fuente: (Arango, 2005, pág. 39)

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REACTOR DE ELECTRODO CILÍNDRICO ROTATIVO

Este reactor es empleado como expulsor de metales. El ánodo es constante y el cátodo gira dentro del medio del móvil. Accede a acrecentar esta disposición por la transmisión de masa en los electrodos y eliminar las partículas metálicas del cátodo.

Figura 5. Reactor de electrodo cilíndrico rotativo

Fuente: (Arango, 2005, pág. 42)

REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO

Este reactor también se utiliza en la eliminación de metales. Dicho reactor permite hacer crecer el área específica de la superficie mejorando la eficacia del procedimiento (Arango, 2005).

33 Figura 6. Reactor de lecho Fluidizado

Fuente: (Arango, 2005, pág. 45)

1.2.6. PROCESOS INVOLUCRADOS EN LA ELECTROCOAGULACIÓN

Para que el proceso de electrocoagulación se necesita básicamente un depósito, electrodos (placas metálicas) y una fuente de alimentación que son conectados a los electrodos. Las placas de metal, que consisten en aluminio o hierro, se usan como placa de consumo o electrodos de sacrificio que ofrece iones que neutralizan las tasas de partículas a través de sistemas de suspensión de contaminantes desestabilizadores, comenzando la coagulación (Arango &

Restrepo & Garcés, 2006).

El procedimiento de electrocoagulación comienza por sumergir los 2 electrodos (electrodo inerte o cátodo, y electrodo de trabajo o ánodo) mediante el uso de corriente eléctrica. La formación de iones metálicos ocurre dentro del ánodo mediante el uso de oxidación electrolítica (generando el ión 𝐹𝑒³⁺, o el ión 𝐴𝑙³⁺) dando lugar a materiales químicos que actúan como coagulantes, mientras que ese hidrógeno se genera dentro del cátodo mediante la conversión de protones de agua (Arango & Restrepo & Garcés, 2006).

34

A continuación, se produce una secuencia de niveles interrelacionados en tantos hidróxidos incomprensibles del metal, en donde se retienen edificadores, que incluye complejos saturados, negativo o positivamente, que aprueban esta congelación por neutralización de carga. La formación de iones de hidrógeno (𝐻 +) en el ánodo por medio de la oxidación del agua es atraída hacia el cátodo. En el cátodo, el descuento de agua para dar forma a los resultados de hidrógeno dentro de la formación de iones hidroxilo (𝑂𝐻−) que son atraídos hacia el ánodo. Como resultado, se forma un perfil de pH entre el cátodo y el ánodo, lo que favorece la llegada de varias especies químicas al interior del reactor simultáneamente (Arango & Restrepo & Garcés, 2006).

En el proceso de electrocoagulación, la dosificación de coagulante se puede gestionar sin dificultad mediante la mejora de la intensidad de corriente que se lleva a cabo en la celda. Dentro de la celda, la velocidad de los coloides permite su movimiento a través del sujeto eléctrico generado a través de los electrodos. Como resultado, se prefiere la colisión entre coloides y, por lo tanto, su flotación sin necesidad de agitación mecánica. Del mismo modo, los gases generados dentro de los electrodos pueden adherirse al piso de los flóculos, lo que reduce la densidad del conjunto y hace que sea viable dividirlos por flotación (Arango & Restrepo &

Garcés, 2006).

Además, como el agua contiene desechos coloidales, aceites o diferentes contaminantes, que circulan a través del campo eléctrico accionado y pueden ionizarse, para pasar por reacciones de electrólisis o hidrólisis o formar radicales sueltos que alteran los depósitos corporales y químicos del agua. Contaminantes, lo que resulta en un reino reactivo y excitado que es la causa de la liberación, destrucción o insolubilidad de los contaminantes (Arango & Restrepo &

Garcés, 2006).

35

Los parámetros como el pH anterior, dentro de la manera de electrocoagulación se llevan a cabo 3 etapas:

• Primeramente, el coagulante se forma a través de la oxidación electrolítica del metal anódico.

• El potencial de reducción de óxido y la conductividad deben ajustarse según el tipo de contaminante (Arango & Restrepo & Garcés, 2006).

1.2.7. FACTORES QUE AFECTAN LA ELECTROCOAGULACIÓN DENSIDAD DE CORRIENTE

La efectividad de la expulsión y la utilización de energía aumentan con la expansión de la densidad de corriente. Para la utilización de alta energía, ocurren desgracias debido al cambio de la electricidad en vitalidad calórica, lo que provoca una expansión de temperie en franja fluido.

La alimentación de fuente a la moldura de electrocoagulación decide el tamaño de partículas de aluminio (A𝑙⁺³) o hierro (𝐹𝑒⁺²) descargadas mediante terminales individuales. Generalmente, una expansión en la densidad de corriente produce incremento de evacuación en contaminantes.

Una densidad de corriente excesivamente magno provocaría gran disminución de efectividad.

El escogimiento de densidad de fuerza debería ser posible considerando otros parámetros de trabajo, por ejemplo, temperatura y pH. La energía eléctrica proporcionada a la celda electroquímica se puede aplicar sustituyendo el flujo de corriente o como flujo inmediato. Los atributos de la sección de cada uno de los flujos a través del medio fluido crean reacciones electroquímicas distintivas entre las placas y las aguas residuales tratadas. En el momento en que se proporciona flujo y reflujo directo, se produce una impermeabilización en el cátodo, lo que provoca una pequeña efectividad de expulsión (Restrepo, 2009).

36 CONDUCTIVIDAD

Una expansión en la conductividad eléctrica crea electricidad, conservando inquebrantable el voltaje sostenido hacia la cámara de electrocoagulación; Además, la conductividad que acrecienta se mantiene estable al espesor del flujo que produce una disminución en el voltaje aplicado (Restrepo, 2009).

TEMPERATURA

La electrocoagulación y los impactos de temperatura todavía han examinado en gran mesura, sin embargo, se ha descubierto que la productividad en la corriente en los primeros incrementos a 60 ℃ si surgiera un ánodo de aluminio. En el momento en que se utilizan cátodos de aluminio, la expansión en el dominio de la temperatura imputa a la expansión por acción de pulverización por película del moho de alumbre para el espacio del electrodo (Restrepo, 2009).

pH

La garantía de corriente para el tiempo de emulsión del metal es trastornada por pH logrando establecer hidróxido. Después de varias investigaciones se determinó que el pH difiere en el procedimiento de electrocoagulación; este cambio depende exclusivamente de los cátodos utilizados, pH subyacente del líquido a emplear. En el procedimiento de líquidos fraccionarios ácidos, el pH, logra propagarse contribuyendo un impacto al hidrógeno subatómico que comienza desde el cátodo; los matices excedentes solubles el pH alcanza disminuir; por lo que el proceso del pH realmente impacta. La efectividad de ciertas aguas residuales vale para evacuar sus contaminantes mediante la aplicación de electrocoagulación a pH básico, o pH ácido. Se ha resuelto, de vez en cuando, que la mejor productividad en la evacuación de un contaminante ocurre dentro de un pH en particular; incluso esta categoría consigue ser extenso.

37

Cuando todo está dicho en términos generales, se han obtenido las mejores evacuaciones para estimados de pH cercanos a 7 (Restrepo, 2009).

MATERIAL DE LOS ELECTRODOS

A causa de la EC y ánodos de inmolación, los electrodos que se usaran estribarán del origen y similitud del contaminante escogido para ser expulsado conjuntamente con el congelador suministrado, en otras palabras, en caso de que necesite evacuar el objeto colgante, tendrá que avanzar el frigorífico para inestabilización en coloides logrando así la aislación por precipitación. Con respecto a los ánodos latentes, por ejemplo, acero tratado, platino, grafito, níquel, titanio, etc., el sistema de evacuación se debe a la forma en que hay una disminución electroquímica de cátodo para el líquido, lo que aumenta para progreso del pH. Las sales esenciales dispuestas inadecuadamente solventes e hidróxidos para latones multivalentes que lanzan. Sea como fuere, Mohammad en su investigación presume que, como lo indican las pruebas de los efectos de diferentes creadores, los electrodos de Al son más productivas que las de Fe para la evacuación de contaminantes aceitosos (Restrepo, 2009).

TIEMPO

Mas tiempo superior la cuantía de compactos desarrollados, obligado el hecho que apetecen las investigaciones en electrodo, floculación y arrebato en concretos. Un pequeño intercambio en el tiempo representa un excelente efecto sobre la cantidad de sólidos logrados (Restrepo, 2009).

IONES PRESENTES

La presencia o aditamento de algunos electrolíticos junto con 𝑁𝑎𝐶𝑙 o 𝐶𝑎𝐶𝑙2 forma un incremento dentro de la conductividad de las aguas residuales; Asimismo conseguimos que iones de cloruro alcanzan disminuir las consecuencias dañinas de los iones que incluyen sulfatos

38

(𝑆𝑂42−) y carbonatos (𝐻𝐶𝑂³⁻) ya que su presencia puede provocar la precipitación de 𝐶𝑎²⁺ o 𝑀𝑔²⁺, formando una película aislante e insoluble que son depositados en el área de los electrodos que los pasivos, lo que incrementara la capacidad entre los electrodos y, por lo tanto, disminuirá la eficiencia de la corriente. La presencia de 𝑁𝑎𝐶𝑙 también permite reducir la ingesta de electricidad mediante el incremento de la conductividad, además, si bien hay cloruros en el agua, las siguientes reacciones pueden ocurrir en presencia de un presente eléctrico, lo que favorece la desinfección (Restrepo, 2009).

2𝐶𝑙−2𝑒→𝐶𝑙2

𝐶𝑙2+𝐻2𝑂→𝐻𝑂𝐶𝑙+𝐶𝑙−+𝐻+

𝐻𝑂𝐶𝑙→𝑂𝐶𝑙−+𝐻+

1.2.8. LEY DE FARADAY

Explica el fenómeno denominado inducción electromagnética. Dicha ley vincula la fuerza electromotriz provocada con la variante del flujo magnético en un circuito o bobina. En esencia, la inducción electromagnética nos dice que un campo magnético que se modifica en el tiempo origina electricidad. Además, un área eléctrica no estacionaria también procede como fuente de un área magnética. Esta información es una parte crítica del marco de las ecuaciones de Maxwell y las llamadas ondas electromagnéticas que se deben a los campos eléctricos y magnéticos que son volubles a lo largo de los años y que surgen en cada propagación diferente y toleran espacios en los que ya no lo hacen. Es vital que pueda haber un número de conteo.

La regulación de Faraday establece que: La presión electromotriz solicitada (f.e.m,), ε, en un circuito cerrado se da a través del signo derivado modificado del flujo magnético a través del circuito con respecto al tiempo.

39

𝛆=−𝐝ɸ_𝛃 𝐝𝐭

… (1)

El signo negativo que se ve en la ecuación Nº. 1 toma en consideración los medios de la f.e.m a los que se refiere la regulación de Lenz.

Si manejamos una bobina compuesta de N vueltas, la ecuación No. 1 podría escribirla como:

𝜺 = −𝑵(𝒅ɸ_𝜷/𝒅𝒕)…(2)

siendo ɸ_𝛽,el flujo magnético. (Houng, et al, 1986).

1.2.9. APLICACIONES

La electrocoagulación es un procedimiento que se puede aplicar tanto en aguas residuales comerciales y urbanas como también en aguas subterráneas y superficiales.

En los últimos años se ha utilizado para usos específicos: remedio comercial de aguas residuales que contiene metales pesados, industria de metales, industrias de procesamiento de minería y papelería, desperdicio de alimentos, eliminación de desechos suspendidos, eliminación de aceites, se contabilizan productos lácteos naturales, agua de fluoración, colorantes y pinturas, efluentes de detergentes artificiales, respuestas que contienen metales pesados, entre otros (Pantoja, 2012).

Ha demostrado ser un procedimiento muy adecuado la electrocoagulación para la remoción de fósforo en agua debido a que los iones derivados de la disolución anódica de hierro o aluminio, en su caso, forman los compuestos insolubles AlPO4 y FePO4 respectivamente (Pantoja, 2012).

Entre las últimas aplicaciones de la electrocoagulación, destaca el remedio de aguas residuales para la eliminación de micro contaminantes e insecticidas.

40

• Los contaminantes, la descomposición de la emulsión y los desechos suspendidos se desestabilizan.

• Finalmente, los flóculos se producen mediante el agrupamiento de átomos en el edificador o en adhesión del flóculo para sustancias químicas asistentes en dicho medio (Pantoja, 2012).

41 CAPITULO II

2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1. REACTIVOS, EQUIPOS Y MATERIALES

2.1.1. MATERIALES

• Espátula

• Luna reloj

• Varilla de vidrio

• Fiola de 1L

• Fiola de 2L

• Piceta

• Cronómetro

• Probeta

• Embudo de vidrio

• Matraz

• Filtro

• Pipeta 5mL

• Propipeta

2.1.2. REACTIVOS:

• NaOH 0.1M

• K2HPO4

42 2.1.3. EQUIPOS

• RECTIFICADOR DE CORRIENTE:

Este dispositivo transmuta la corriente muda en estereotipado incesante, a una escala entre 0 y 25 V. El enmendador de corriente usado es Phywe Nº. 7430.

Figura 7. Rectificador de Corriente Phywe 7430 Fuente: Elaboración Propia

• VOLTÍMETRO

Este equipo mide el voltaje que sale del rectificador de corriente con el que trabajamos.

El voltímetro utilizado es Phywe Nº 7440 con una escala de medición de 0 a 20 V.

Figura 8. Voltímetro Phywe 7440 Fuente: Elaboración Propia

43

• AMPERÍMETRO

La estampilla del amperímetro es Phywe Nº 7430 con rango de trabajo de 0 – 1 A, 0- 5A y 0 – 25 A.

Figura 9: Amperímetro Phywe 7430 Fuente: Elaboración propia

• CELDA ELECTROLÍTICA:

El sistema de celdas electrolíticas a escala laboratorio, tiene una capacidad de 500mL.

Figura 10. Celda Electrolítica:

Fuente: Elaboración propia

44

• pHMETRO

Figura 11. pH metro Fuente: Elaboración propia

• BALANZA ANALÍTICA HZY – HUAZHY

Figura 12. Balanza Analítica Fuente: Elaboración propia

45 2.2. DISEÑO EXPERIMENTAL

El siguiente trabajo de investigación en el que se analizó la consecuencia del tiempo de residencia y la densidad de corriente en una celda electrolítica para la remoción de iones fosfato utilizando el procedimiento de electrocoagulación con electrodos de Al a nivel laboratorio.

2.3. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

El diseño experimental a utilizar es la factorial: mⁿ Dónde: m = Número de niveles

n = Número de variables independientes

Luego: 3² = 9; haciendo un total de 9 pruebas.

2.4. IDENTIFICACION DE VARIABLES Y CONSTANTES Las variables a evaluar son las siguientes:

2.4.1. VARIABLES INDEPENDIENTES Z1 = Densidad de corriente

• Nivel Inferior = 1,32 mA/cm²

• Nivel Intermedio = 3,97 mA/cm²

• Nivel Superior = 6,61 mA/cm²

Z2 = Tiempo de residencia

• Nivel Inferior = 10 min

• Nivel Intermedio = 35 min

• Nivel Superior = 60 min

46 2.4.2. VARIABLE DEPENDIENTE

Z3 = % de remoción de fosfatos

• P0 = Prueba inicial

• P1 = Prueba 1

• P2 = Prueba 2

• P3 = Prueba 3

• P4 = Prueba 4

• P5 = Prueba 5

• P6 = Prueba 6

• P7 = Prueba 7

• P8 = Prueba 8

• P9 = Prueba 9

Tabla 1.

Niveles de las variables VARIABLE

S

NIVEL INFERIOR

NIVEL INTERMEDIO

NIVEL SUPERIOR

Z1 (densidad de corriente,

mA/cm²) ρ

1,32 3,97 6,61

Z2 (Tiempo, min) t

10 35 60

Fuente: Elaboración propia

47

TABLA DE EXPERIMENTOS

Tabla 2.

Número de Experimentos Nro. de Experimentos

Densidad de Corriente

Tiempo de residencia

1 1,32 10

2 3,97 10

3 6,61 10

4 1,32 35

5 3,97 35

6 6,61 35

7 1,32 60

8 3,97 60

9 6,61 60

Fuente: Elaboración Propia

2.5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

2.5.1. PASOS PARA LA PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN SINTÉTICA DE FOSFATOS:

• Para el preparativo de 1L de composición sintética en fosfatos con una concentración de 306ppm de PO4.

48

• Se pesó 0,5613 g de K2HPO4 (Fosfato mono acido de dipotasio), se diluyo la sal en un vaso de precipitación con agua destilada luego se pasó esta dilución a la fiola de un litro.

• Para que esta solución este en medio básico porque favorece a la conductividad se añadió 4g de NaOH (Hidróxido de Sodio), se agregó a la Fiola con el fosfato de potasio, luego se aforo con agua destilada y se agito para obtener una solución homogénea.

2.5.2. PASOS PARA LA INSTALACIÓN DE EQUIPOS:

Se diseñó la celda de material acrílico transparente con las siguientes medidas:

Figura 13. Celda de Material Acrílico Transparente Fuente: Propia

Los electrodos de aluminio se diseñaron con la siguiente forma y medidas:

8.6

13.5

49 Figura 14. Electrodos de Aluminio

Fuente: Propia

Cálculo del área mojada de los ánodos

Figura 15: Área mojada de electrodos

Fuente: Propia

4.1

7.1 10

4.1

7.1 10

50

2.5.3. ARMADO DE CELDA ELECTROLÍTICA PARA LA ELECTROCOAGULACION:

Los electrodos se han alojado dentro de la celda electrolítica para que estén apartados simultáneamente, alejados 1 cm entre cada electrodo de aluminio.

Con la ayuda de los cocodrilos, los electrodos se habían conectado al rectificador moderno ya conectado, y es la foto debajo.

Figura 16. Sistema de electrocoagulación a escala laboratorio Fuente: Propia

500 ml de prototipo para manipular dentro de la cámara electrolítica se adicionaron.

El inversor que transmuta la corriente muda a corriente perenne se enciende, conectando el rectificador de corriente a la toma de 220 V.

51

2.5.4. PROCEDIMIENTO PARA EL PROCESO DE ELECTROCOAGULACIÓN El agua a tratar se ubicó dentro de la celda electrolítica donde mediante las placas de aluminio a las que se les aplica una corriente que provoca que el ánodo genere iones de aluminio en al agua. La polaridad en las placas se invierte periódicamente lo que mantiene limpia la superficie e iguala la velocidad de corrosión.

El rectificador corriente se convirtió en conmutador directamente para realizar la técnica de electrocoagulación, debajo de las situaciones montadas en el diseño experimental.

Una vez que se completa el tiempo de configuración (10 min, 30 min y 60 min), para la electrocoagulación, el equipo se apaga.

Los electrodos con los que se trabajó se habían retirado, después de lo cual se eliminaron con la ayuda de una pipeta y se propuso la solución a analizar.

Una vez que el sistema de electrocoagulación se completó, se puso en reposo durante 20 minutos para que los sólidos en suspensión sedimenten.

52 CAPITULO III

3. TRATAMIENTO DE DATOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 3.1. RESULTADOS

3.1.1. RESULTADOS DE LA PRUEBA INICIAL Y DEMAS DE ACUERDO A LAS VARIABLES

La siguiente tabla sugiere los resultados emitidos a través del laboratorio de la Facultad de Ingeniería Química de las muestras analizadas y sus respectivos valores de fosfato presente en la solución tratada.

Tabla 3.

Resultado de los análisis

MUESTRA TIEMPO

(min) DC(mA/cm2) FOSFATOS(mg/L)

0 0 0 303

1 10 1,32196444 95

2 10 3,96589332 148,2

3 10 6,6098222 155,8

4 35 1,32196444 549,1

5 35 3,96589332 150,1

6 35 6,6098222 222,3

7 60 1,32196444 165,3

8 60 3,96589332 209

9 60 6,6098222 312,5

Fuente: Elaboración propia

53 3.1.2. GRÁFICOS

De la figura 17, se desglosa al acrecentar la densidad de corriente, se reduce la proporción de eliminación de Fosfatos, luego, para conseguir valiosos porcentajes de destitución se asume trabajar con densidad de corriente menor; esto quiere decir 1,32 mA/cm² de densidad de corriente.

Figura 17. Densidad de corriente - % Remoción de fosfatos a 10 minutos de tiempo de residencia

Fuente: Elaboración propia

De la figura 18, aseveramos que a 35 minutos de tiempo de residencia el porcentaje de exclusión de Fosfatos es mayor que 3,97 mA/cm², en consecuencia, se ambiciona conseguir altos porcentajes de remoción correspondemos trabajar con densidad de corriente menor.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 1 2 3 4 5 6 7

% REMOCION FOSFATO

Densidad de Corriente

54

Figura 18. Densidad de corriente - % Remoción de fosfatos a 35 minutos de tiempo de residencia

Fuente: Elaboración propia

De la figura 19, atestiguamos que a 60 minutos de tiempo de residencia el porcentaje de remoción de Fosfatos disminuye sin embargo aun así es mayor a 1,32 mA/cm², es decir, si codiciamos adquirir altos porcentajes de remoción tenemos que comprometemos a trabajar con densidad de corriente menor.

0 10 20 30 40 50 60

0 1 2 3 4 5 6 7

% REMOCION FOSFATO

Densidad de Corriente

55

Figura 19. Densidad de corriente - % Remoción de fosfatos a 60 minutos de tiempo de residencia

Fuente: Elaboración propia

3.1.3. ANALISIS DE LA VARIANZA PARA EL PORCENTAJE DE REMOCION Se estima en la tabla 3, el análisis de varianza para el porcentaje de eliminación de Fosfatos, Conforme con la columna para el valor de F, cuyos ingresos son mínimos al F critico (6,94) (95 % de grado de confianza), podemos observar que el dominio de la densidad de corriente y del tiempo de residencia no son demostrativos ni activos. La cuantía de F es apreciado como el efecto más importante (densidad de corriente).

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

% REMOCION FOSFATO

Densidad de Corriente

56 Tabla 4.

Análisis de la varianza para el porcentaje de remoción de fosfatos con las variables tiempo de residencia y densidad de corriente

Origen de las variacione

s

Suma de cuadrados

Grad os de libertad

Promedio de los

cuadrados F

Probabilid ad

Valor crítico para

F Tiempo

1861,975

04 2

930,9875 21

1,84289 88

0,2708582 6

6,944271 91 Densida

d

571,4675

76 2

285,7337 88

0,56561 28

0,6076839 5

6,944271 91 Error

2020,702

4 4 505,1756

Total

4454,145

02 8

Fuente: Propia

3.1.4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Según el propósito habitual, Establecer la Influencia de densidad de corriente y tiempo de residencia en la remoción de fosfatos de una solución sintética por electrocoagulación, utilizando electrodos de aluminio a nivel laboratorio, los resultados obtenidos en la tabla 3 son promedio, datos que al ser comparados con lo encontrado por Poma, Johanna & Quispe, Pamela (2016) que en su informe “Remoción de Contaminantes de aguas residuales Urbanas por el método de electrocoagulación” concluyeron que se obtuvo óptimos resultados siendo la remoción total de contaminantes de 85,9 % se confrontó los datos conseguidos con el Decreto supremo 003-2015-MINAN, quien ratifica a la electrocoagulación como opción de procedimiento en líquidos excedentes.

Barrera (2014) nos dice que la electrocoagulación es un proceso efectivo para desestabilizar átomos edificadores que se hallan enajenadas, diluidas o liquidadas en agua natural o residual.

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Para el objetivo específico, Determinar la mejor condición de la densidad de corriente y del tiempo de residencia para separación de fosfatos en soluciones sintéticas por electrocoagulación, utilizando electrodos de aluminio a nivel laboratorio, los resultados obtenidos en la tabla 3 se evidencia un nivel de correlación positiva ya que se logró determinar la densidad de corriente y tiempo de residencia optima a 1,32 mA/cm² y 10 min respectivamente, datos que al ser comparados con lo encontrado por Aguilar (2015) en exploración “Estimación de la eficacia de una celda de electrocoagulación en el tratamiento de agua a nivel laboratorio”, concluyó que se obtuvo un 87% de eliminación optima de DQO. La intensidad de corriente optima es 5 A, tiempo óptimo en el proceso es de 15 minutos y un pH oriundo del efluente es de 7,12.

(Arango, 2005) nos explica que para lograr una eficaz selección de una celda de electrocoagulación y obtener resultados óptimos se deben considerar las características de la contaminación y su atención, además de la cantidad de agua a tratar.

Para el objetivo específico, Determinar el porcentaje de remoción a la mejor condición de operación en la remoción de fosfatos de una solución sintética por electrocoagulación, utilizando electrodos de aluminio a nivel laboratorio., los resultados obtenidos en la tabla 3 demuestra un nivel de correlación positiva ya que se logró determinar el porcentaje de remoción a la mejor condición de operación a 68,65%, datos que se compararon con lo encontrado por Cueva (2015), en su Indagación “Supresión de contaminantes en aguas residuales en la planta lechera “Mantaro” quien concluyó que se obtuvo una remoción sólidos totales disueltos (TDS) de 58,68%, Su densidad de corriente óptima es 44,2 A/m2 y el tiempo de residencia óptimo de 25 minutos.

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Maya (2001) nos dice Las reacciones electroquímicas son el motivo de las diferencias químicas que atraviesan los materiales mientras se ejecutan de manera electrolítica.