RESULTADOS - Universidad de las Américas Puebla

61

4. RESULTADOS

4.1 Determinación de concentración de metales a utilizar

Las concentraciones de los metales utilizados para realizar los experimentos de esta tesis

se muestran en la tabla 4.1. Estos valores fueron determinados con los valores promedio

de las descargas (ya sea al final del proceso o a final de tanques [58]) de las industrias

antes mencionadas en el capítulo de revisión bibliográfica.

Tabla 4. 1 Concentraciones de los metales para la experimentación.

Metal mg/LCromo 100Cobre 80Niquel 120Zinc 50

EFLUENTE ARTIFICIAL

Para los valores anteriores de la tabla 4.1 se tomaron en cuenta los valores límite

de las normas oficiales mexicanas: NOM-001-SEMARNAT-1996 [62], NOM-002-

SEMARNAT-1996 [63], NOM-052-SEMARNAT-1993 [64].

You can get help from teachers, but you are going to have to learn a lot by yourself, sitting alone in a room.

Dr. Seuss

62

4.2 Curvas de neutralización

4.2.1 Ca(OH)2

4.2.1.1 Cobre

La curva de neutralización para el metal cobre se muestra en la figura 4.1. La

concentración de cobre utilizada para realizar este experimento fue de 94 ppm. La

manera en la que se realizó esta determinación fue con una alícuota de 200 ml. El agente

neutralizante (en este caso el hidróxido de calcio) se encontraba a una concentración de

1% m/v. Cabe mencionar que esta concentración de Ca(OH)2 se tuvo que manejar como

una suspensión, y en todo momento se encontraba en agitación.

Tabla 4. 2 Tabla de la curva de calibración para el Cobre con Ca(OH)2

ml añadidos de Ca(OH)2

mg añadidos de

Ca(OH)2

pH

0 0 4.940.5 5 5.41 10 5.62

1.5 15 7.242 20 10.66

2.5 25 10.963 30 11.14

3.5 35 11.44 40 11.47

4.5 45 11.555.1 51 11.695.5 55 11.746.1 61 11.766.4 64 11.87 70 11.89

7.9 79 11.958.2 82 11.978.5 85 11.998.8 88 12.02

Curva de neutralización con Ca(OH)2 1% m/v

63

Curva de neutralizacion Cobrecon Ca(OH)2 @ 1%

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0 20 40 60 80 100

mg de Ca(OH)2 anadidos

pH

Figura 4. 1 Curva de neutralización del Cobre con Ca(OH)2 al 1% m/v

4.2.1.2Cromo

Para poder realizar la curva de neutralización del cromo, se llevo a cabo la reducción de

Cr6+ a Cr3+ teniendo una concentración inicial de 100 ppm de cromo. La alícuota que se

utilizo fue de 250 ml y el Ca(OH)2 se encontraba a una concentración de 1% m/v. Esta

curva de neutralización requirió más tiempo y cantidad de Ca(OH)2 de lo esperado dado a

que el pH inicial de la solución estaba cercano a 2. La curva de neutralización de este

metal se muestra en la figura 4.2

64

Tabla 4. 3 Tabla con los valores de la curva de neutralización de Cromo


mg añadidos de

Ca(OH)2

pH

0 0 1.541.2 12 2.072.1 21 2.15

3 30 2.43.5 35 2.6

4 40 2.884.5 45 3.4

5 50 4.55.5 55 5.42

6 60 5.916.6 66 6.59

7 70 6.927.5 75 7.8

8 80 8.988.5 85 10.2

9 90 11.089.5 95 11.7210 100 11.94

10.2 102 12.02


Curva de neutralizacion de cromocon Ca(OH)2 @ 1%

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100 120


pH

Figura 4. 2Curva de neutralización del Cromo con Ca(OH)2 al 1% m/v

65

4.2.1.3 Níquel

El níquel es el metal que se encuentra en mayor concentración en el estudio. La cantidad

de hidróxido de calcio requerida no fue demasiada dado a que su pH inicial era cercano al

7.

Tabla 4. 4 Tabla con los valores de la curva de neutralización de níquel


mg añadidos de

Ca(OH)2

pH

0 0 6.240.5 5 8.431 10 8.56

1.5 15 8.682.1 21 8.862.5 25 9.123 30 10.06

3.5 35 11.054 40 11.465 50 11.85

5.6 56 11.985.8 58 12.01


66

Curva de neutralizacion Nicon Ca(OH)2 @ 1%

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70


pH

Figura 4. 3Curva de neutralización del Níquel con Ca(OH)2 al 1% m/v

4.2.1.4 Zinc

La curva de neutralización del zinc se muestra en la figura 4.4 y los valores para la misma

están en la tabla 4.5 fue realizada con una alícuota de 250 ml. La concentración del

hidróxido de calcio fue de 1% m/v. Se observa que la curva tiene una tendencia normal,

a pesar de que es difícil obtener el valor de pH exacto como los valores entre pH 8.0 y

9.0. Esta curva de neutralización ayudará a saber la cantidad necesaria para agregar a las

alícuotas y obtener el pH establecido.

67

Tabla 4. 5 Tabla con los valores de la curva de neutralización de Zinc


mg añadidos de

Ca(OH)2

pH

0 0 6.330.5 5 7.52

1 10 10.361.5 15 10.99

2 20 11.32.5 25 11.49

3 30 11.584 40 11.72

5.2 52 11.886.1 61 11.956.4 64 12.01


Curva de neutralizacion de Zinccon Ca(OH)2 @ 1%

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70


pH

Figura 4. 4Curva de neutralización del Zinc con Ca(OH)2 al 1% m/v

68

4.3 Precipitación Alcalina

La precipitación alcalina es el método utilizado en esta tesis gracias a las características y

las ventajas que presenta sobre otros métodos (capítulo de Revisión Bibliográfica). Los

compuestos químicos que se utilizan como agentes precipitantes (hidróxidos) son el

hidróxido de calcio (Ca(OH)2 ) y el hidróxido de sodio (NaOH).

4.3.1 Generación de lodos

El aspecto de los lodos obtenidos fue de partículas muy pequeñas, con color poco intenso,

y en muy poca cantidad. A continuación en la figura 4.5 se observan los colores y el

aspecto de los lodos obtenidos con las alícuotas de 250 ml.

Figura 4. 5 Aspecto de los lodos provenientes de la precipitación alcalina

4.3.1.1 Ca(OH)2

Como en la figura 4.5 se muestra la generación de lodos por litro de agua residual tratada

a los diferentes pH. Cabe hacer notar que la cantidad de lodos obtenidos a partir de la

69

solución con cromo fue mayor ya que se utilizó mayor cantidad de hidróxido de calcio

debido a que su pH inicial era de 2.0 como se mencionó anteriormente.

Tabla 4. 6 Valores de la generación de lodos por litro de agua residual con Ca(OH)2

Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 0.2148 0.3140 0.1704 0.13489.5 0.3048 0.3588 0.2692 0.091610.0 0.3032 0.3784 0.2148 0.062810.5 0.2892 0.3324 0.2260 0.075611.0 0.2708 0.4488 0.2216 0.088411.5 0.2012 0.4084 0.2216 0.1092

pH Generación de lodos [g lodo/L agua residual]

lodos generadosCa(OH)2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12

pH

mas

a lo

dos

[g]/

agua

re

sidu

al [L

] cobreniquelzinccromo

Figura 4. 6 Generación de lodos a partir de la precipitación alcalina con Ca(OH)2

4.3.1.2 NaOH

La cantidad de lodos generados con el hidróxido de sodio fue muy parecida entre los

metales. Hay una gran diferencia de la generación de lodos del zinc al níquel dado a las

concentraciones iniciales de los metales en nuestra solución.

70

Tabla 4. 7 Valores de la generación de lodos por litro de agua residual tratada con NaOH


pH Generación de lodos [g lodo/L agua residual]

lodos generadosNaOH

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12

pH

mas

a lo

dos

[g]/A

gua

resi

dual

[L] cobre

niquelzinccromo

Figura 4. 7 Generación de lodos a partir de la precipitación alcalina con NaOH

4.4 Resultados de absorción atómica

El método de determinación de la concentración de metales fue llevado a cabo mediante

la prueba de absorción atómica. Se utilizaron los estándares de calibración mencionados

en el capítulo de Materiales y Métodos para realizar las lecturas y poder obtener los

valores de concentración de metal en el sobrenadante.

71

4.4.1 Ca(OH)2

Se observa en la tabla 4.8 los niveles de concentración de metales en los sobrenadantes

según el pH de la condición de operación. En esta misma tabla, se puede observar que la

remoción del níquel a valores de pH bajos no es satisfactoria. Lo mismo sucede con el

cromo, pero este sólo tiene el primer nivel de pH. El cobre y el zinc tienen una

concentración muy baja, y se mantiene a lo largo de las condiciones de operación.

Tabla 4. 8 Valores de la concentración de metales en ppm después de la precipitación alcalina con Ca(OH)2


Concentracion de metal [ppm]pH

Concentracion metales vs pHCa(OH)2

0

1

2

3

4

5

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12

pH

Con

cent

raci

on p

pm

CobreNiquelZincCromo

Figura 4. 8 Concentración final de metales después de la precipitación alcalina con

Ca(OH)2

72

4.4.2 NaOH

En la remoción de metales con hidróxido de sodio, el níquel muestra concentraciones

elevadas de metales en las dos primeras condiciones de operación (que corresponden a

los niveles más bajos de pH). Los otros metales se conservan con una baja concentración

de metales a lo largo de las condiciones de operación.

Tabla 4. 9 Valores de la concentración de metales en ppm después de la precipitación alcalina con NaOH


pH Concentracion de metal [ppm]

Concentracion metales vs pHNaOH

0

1

2

3

4

5

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12

pH

Con

cent

raci

on p

pm


Figura 4. 9 Concentración final de metales de la precipitación alcalina con NaOH

73

4.5 Eficiencia de remoción de metales

La eficiencia de remoción de los metales se calculó con la ecuación:

100% ×−

=Ci

CfCi

Ecuación 4. 1 Fórmula para calcular la eficiencia del proceso de remoción de metales

Donde:

Ci= concentración inicial del metal en el agua

Cf= concentración final del metal en el agua después de la precipitación alcalina

4.5.1 Ca(OH)2

Como se puede observar en la tabla 4.10, la mayoría de las eficiencias de remoción

sobrepasan el 90%. Hay ciertos valores como los dos primeros del níquel que son muy

bajos, y esto es dado a que la concentración del sobrenadante es muy alta. Lo mismo

ocurre con el cromo en la primera condición de operación, su eficiencia de remoción es

menor a la del 90% pero aún se puede considerar como un alto nivel de remoción.

Tabla 4. 10 Valores de eficiencia de remoción de metales con Ca(OH)2


pH Eficiencia de remoción de metales [%]

74

Eficiencia de remocion de metalesCa(OH)2

85

90

95

100

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12

pH

% d

e re

moc

ion


Figura 4. 10 Eficiencia de remoción de metales con Ca(OH)2

4.5.2 NaOH

La eficiencia de remoción de los metales con el hidróxido de sodio es muy buena. Los

niveles no bajan del 88% de eficiencia, llegando hasta el 100%.

Tabla 4. 11 Valores de la eficiencia de remoción de metales con NaOH


pH Eficiencia de remoción de metales [%]

75

Eficiencia de remocion de metalesNaOH

85

90

95

100

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12

pH

% d

e re

moc

ion


Figura 4. 11 Eficiencia de remoción de metales con NaOH

En general se puede decir que la eficiencia de remoción con ambos hidróxidos es

muy buena y sólo a pH bajos es cuando puede haber una eficiencia no óptima.

4.6 Cantidad de metal en lodos

La cantidad de metales que se encuentran en los lodos está íntimamente relacionada con

la concentración inicial del metal y con la cantidad de hidróxido añadido a la solución

para llevar a cabo la precipitación. Para poder cuantificar el contenido de metales en los

lodos se realizó el cálculo en términos de gramos de metal por kilogramo de lodo

producido por la precipitación.

4.6.1 Ca(OH)2

El contenido metálico en los lodos provenientes de la precipitación alcalina con Ca(OH)2

varían entre los 200 gramos y los 800 gramos por kilogramo de lodo. El zinc tiene un

76

valor elevado de contenido de metal por kilogramo de lodo en el valor de pH de 10.0 y el

cromo tiene el valor mas bajo de contenido de metal en el pH de 11.0.

Tabla 4. 12 Valores del contenido metálico en los lodos generados con Ca(OH)2


pH Contenido Metalico en lodos [g metal/kg lodo]

Cantidad de metal por kg de lodoCa(OH)2

0

200

400

600

800

1000

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12

pH

g m

etal

/kg

lodo CobreNiquelZincCromo

Figura 4. 12 Cantidad de metal en el lodo resultado de la precipitación alcalina con

Ca(OH)2

4.6.2 NaOH

El cromo muestra la mayor cantidad de metal por kilogramo de lodo, siendo el punto mas

alto en el valor de pH de 10.0. Para el valor mas bajo de contenido de metal por

kilogramo de lodo es de zinc a un pH de 11.0.

77

Tabla 4. 13 Valores con el contenido metálico en los lodos generados con NaOH


pH Contenido Metalico en lodos [g metal/kg lodo]

Cantidad de metal por kg de lodoNaOH

0

500

1000

1500

2000

8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12

pH

g m

etal

/kg

lodo Cobre

NiquelZincCromo

Figura 4. 13 Cantidad de metal en el lodo resultado de la precipitación alcalina con

NaOH

4.7 Corridas a 10 L

Se realizaron corridas de remoción de metales con un volumen de 10 litros. Las

concentraciones de los metales eran las mismas de las corridas a 250 ml, lo único

diferente fue que en lugar de utilizar agua destilada para realizar las soluciones, se utilizó

agua normal (de la llave) para poder simular una situación más real dentro de un

escenario industrial. El agua de Puebla es un agua dura. Ésta contiene de 350 a 800 ppm

de carbonatos; dentro de las instalaciones de la UDLAP van de 600 a 800 ppm.

78

Esta dureza del agua tuvo un impacto en el desarrollo de este trabajo ya que por

ejemplo, el cobre al momento de estar en contacto con el agua de la llave se precipitaba

formando carbonatos de cobre.

Los valores de pH a los que se hicieron las diferentes precipitaciones fueron 10.2

unidades con NaOH (hidróxido de sodio) y 11.0 unidades con Ca(OH)2 (hidróxido de

calcio). Estos dos valores de pH se propusieron como resultado de todas las pruebas

anteriores, y en especial con el porcentaje de remoción de metales.

Figura 4. 14 Imagen de las corridas a 10 L

4.7.1 Generación de lodos

La generación de lodos es proporcional al volumen a tratar. La generación de lodos se

vio como resultado de la precipitación alcalina y la acción de los carbonatos del agua de

la llave de la UDLAP. Estos lodos serán utilizados para la prueba PECT y determinar la

toxicidad de los mismos después de la misma.

79

4.7.1.1 Apariencia de los lodos después de la precipitación alcalina

Los lodos provenientes del tratamiento de la alícuota de 10 litros son más consistentes,

hay mayor cantidad de metal precipitado, hay mayor cantidad de hidróxido. Sin embargo

debido a la presencia de carbonatos disueltos en el agua hicieron que los lodos

adquirieran otra apariencia a la que tenían cuando se tenía una alícuota de 250 ml.

80

Lodos con hidróxido de sodio provenientes de la precipitación alcalina

Lodos con hidróxido de calcio provenientes de la precipitación alcalina

Níquel

Níquel

Zinc

Zinc

Cobre

Cobre

Cromo

Cromo

Mezcla

Mezcla

Figura 4. 15 Apariencia de los lodos obtenidos de la precipitación alcalina de los

metales y las mezclas

81

4.7.2 Remoción de metales

A continuación se muestran los porcentajes de remoción de cada metal en los

experimentos de 10 L. Es necesario conocer las eficiencias de remoción cuando se hacen

corridas más grandes para poder determinar las interferencias que existen entre la

relación de volúmenes.

4.7.2.1 Cobre

La figura 4.16 muestra los porcentajes de remoción de cobre con los dos diferentes

hidróxidos (cada uno a su condición de operación óptima). Se puede observar que los

dos hidróxidos llegan a un 99 por ciento de eficiencia, dando esto un muy buen

desempeño en general.

90

92

94

96

98

100

%

Porcentaje de remoción de Cobre

NaOH 99.9646

Ca(OH)2 99.9963

Hidróxido

Figura 4. 16 Porcentaje de remoción de cobre con hidróxidos

82

La comparación entre las eficiencias de remoción se muestra en la tabla 4.14 a

continuación. Se puede notar que no hay gran diferencia entre las eficiencias de

remoción según el volumen a tratar. En la figura 4.17 se ve gráficamente las eficiencias

de remoción dando como resultado una mayor eficiencia cuando se tiene un pH de 11.0

no importando el volumen.

Tabla 4. 14 Valores de remoción de metales de 250 ml y 10 L

pH Hidróxido% de

remoción de metales

pH Hidróxido% de


Diferencia entre % de remoción

10.2 NaOH 99.9646 10.0 NaOH 99.8167 0.1479211.0 Ca(OH)2 99.9963 11.0 Ca(OH)2 99.9968 0.00056

250 mlCobre

10 L

Porcentaje de remoción de cobre

99.8000

99.8500

99.9000

99.9500

100.0000

9.5 10.0 10.5 11.0 11.5

pH

Efic

ienc

ia d

e re

moc

ión

NaOH 10 LCa(OH)2 10 LNaOH 250 mlCa(OH)2 250 ml

Figura 4. 17 Gráfica comparativa entre los porcentajes de remoción de cobre a

diferentes volúmenes

83

4.7.2.2 Cromo

La remoción de cromo en los experimentos con volúmenes de 10 litros está en el 98% de

eficiencia. Es un buen nivel de eficiencia. Se puede observar que con el hidróxido de

calcio se obtiene una mayor eficiencia, del 98.55%, pero aun así, es muy poca la

diferencia con el hidróxido de sodio por lo que se podría utilizar indistintamente los dos

hidróxidos como agente precipitante de metales.

9092949698

100

%

Porcentaje de remoción de Cromo

NaOH 98.2778

Ca(OH)2 98.5556

Hidróxido

Figura 4. 18 Gráfica de porcentaje de remoción de cromo con hidróxidos

En la tabla 4.15 se muestran los valores de eficiencia de remoción a volumen de

250 ml y a 10 litros. Se observa que la mayor diferencia entre porcentajes de remoción se

da en el pH de 10.0 (volumen 250 ml) y pH de 10.2 (volumen de 10 L), dando una mejor

remoción la que tiene el volumen bajo a tratar. En cuanto a la remoción en pH 11.0 no

hay gran diferencia entre sus eficiencias. En la figura 4.19 se muestra la comparación

entre las eficiencias a diferentes volúmenes.

84

Tabla 4. 15 Valores de remoción de metales de cromo a diferentes volúmenes

pH Hidróxido% de


pH Hidróxido% de




Cromo10 L 250 ml

Porcentaje de remoción de Cromo

98.0000

98.5000

99.0000

99.5000

100.0000

9.5 10.0 10.5 11.0 11.5

pH

Efic

ienc

ia d

e re

moc

ión


Figura 4. 19 Gráfica comparativa entre los porcentajes de remoción de cromo a

diferentes volúmenes

4.7.2.3 Níquel

En ambos escenarios, el porcentaje de remoción del níquel de las soluciones acuosas que

se estudiaron fue mayor al 95%. El porcentaje de remoción del níquel es mayor cuando

se utiliza Ca(OH)2 como agente precipitante.

85

9092949698

100

%

Porcentaje de remoción de Níquel

NaOH 98.9975

Ca(OH)2 99.7853

Hidróxido

Figura 4. 20 Porcentaje de remoción de níquel con hidróxidos

A continuación en la tabla 4.16 se muestran los valores de la eficiencia de

remoción del níquel a volumen de 250 ml y de 10 L. Se hace notar que a pH de 10.2 con

NaOH (volumen de 10 L) se obtiene la menor eficiencia con un valor de 98.99%. En

contraste, la eficiencia más alta se tiene a pH de 11.0 con Ca(OH)2. En la figura 4.21 se

puede ver los datos de la remoción de metales comparados entre ellos.

Tabla 4. 16 Valores de porcentajes de remoción de níquel a diferentes volúmenes

pH Hidróxido% de


pH Hidróxido% de




Níquel10 L 250 ml

86

Porcentaje de remoción de Níquel

98.8000

99.000099.2000

99.4000

99.600099.8000

100.0000

9.5 10.0 10.5 11.0 11.5

pH

Efic

ienc

ia d

e re

moc

ión


Figura 4. 21 Gráfica comparativa de la remoción de níquel a diferentes volúmenes

4.7.2.4 Zinc

La remoción del zinc a un volumen de 10 L es muy efectiva. Los valores del porcentaje

de remoción son de arriba del 99% en ambos casos. El hidróxido de calcio fue el agente

precipitante que arroja el porcentaje de remoción más elevado con un valor del 99.99%.

87

90

92

94

96

98

100

%

Porcentaje de remoción de zinc

NaOH 99.8876

Ca(OH)2 99.9980

Hidróxidos

Figura 4. 22 Porcentaje de remoción de zinc con hidróxidos

En la tabla 4.17 se muestran los valores de la remoción de metales en los dos

escenarios de los diferentes volúmenes. Se puede ver que hay una diferencia significante

entre la eficiencia de remoción del zinc de Ca(OH)2 a pH de 11.0 siendo mayor cuando se

tiene un mayor volumen. En la figura 4.23 se observan las eficiencias de remoción del

zinc a los diferentes pH´s y a los diferentes volúmenes. Cabe mencionar que la eficiencia

de remoción más alta se registra con un valor de 99.99% siendo el agente precipitante el

Ca(OH)2 a un pH de 11.0 y con un volumen de 10 L.

Tabla 4. 17 Valores de la remoción de zinc a diferentes volúmenes

pH Hidróxido% de


pH Hidróxido% de




10 L 250 mlZinc

88

Porcentaje de remoción de Zinc

98.600098.800099.000099.200099.400099.600099.8000

100.0000

9.5 10.0 10.5 11.0 11.5

pH

Efic

ienc

ia d

e re

moc

ión


Figura 4. 23 Gráfica comparativa de la remoción de zinc a diferentes volúmenes

4.7.2.5 Comparación de la eficiencia de remoción de metales entre los dos hidróxidos

En la figura 4.24 se observan las eficiencias de remoción comparadas entre metales

(pruebas individuales) con ambos hidróxidos utilizados en la experimentación. Los

porcentajes de remoción están por arriba del 98% de eficiencia, siendo esto bueno dado a

que se tiene una gran remoción de metal durante la precipitación alcalina.

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

Porcentaje %

1 2Hidróxidos

Eficiencia de remoción de metales con diferentes hidróxidos

Cobre Cromo Niquel Zinc

NaOH Ca(OH)2

99.7899.99

99.99

98.2798.99

99.88

99.9698.55

Figura 4. 24 Comparación entre las eficiencias de remoción de metales con ambos

hidróxidos

4.7.2.6 Mezcla de metales con NaOH

La eficiencia de remoción de metales cuando se tiene la mezcla de los mismos puede

tener ciertas interferencias. En el caso de la mezcla de metales con hidróxido de sodio

como agente precipitante, la eficiencia de remoción de los metales es superior al 97%.

En el caso del cromo, la eficiencia de remoción es la menor en comparación de todos los

metales, teniendo un valor de 97.77%, pero aún así, cumpliendo con la norma. El zinc

fue el metal que obtuvo una mayor remoción con un valor de 99.96%, seguido del cobre

(99.91%) y por último el níquel (99.09%).

90

9092949698

100

%

Porcentaje de remoción de metales con NaOH en una mezcla

Cobre 99.9183Zinc 99.9629Niquel 99.0914Cromo 97.7778

Metales

Figura 4. 25 Gráfica de remoción de metales de una mezcla con NaOH

4.7.2.7 Mezcla de metales con Ca(OH)2

La eficiencia de remoción de metales cuando se encuentran mezclados y el agente

precipitante es el hidróxido de calcio se encuentra arriba del 98%. En orden ascendente,

los valores de eficiencia de remoción son: cromo 98.07%, níquel 99.75%, zinc 99.95% y

por último con el valor más elevado cobre con 99.96%. En la figura 4.26 se muestran los

porcentajes de la eficiencia de remoción comparados entre los cuatro metales para la

mezcla.

91

9092949698

100

%

Porcentaje de remoción de metales en mezcla con Ca(OH)2

Cobre 99.9600Zinc 99.9511Niquel 99.7589Cromo 98.0741

Metales

Figura 4. 26 Remoción de metales de una mezcla con Ca(OH)2

4.7.2.8 Comparación entre los porcentajes de remoción entre pruebas individuales y

pruebas con mezclas

Las pruebas individuales de metales y las pruebas de mezclas tienen un comportamiento

un poco diferente. La prueba individual tiene una mayor eficiencia de remoción que la

prueba de mezcla, pero la diferencia entre estos porcentajes de eficiencia de remoción son

mínimos.

Con el hidróxido de calcio, figura 4.27, se puede notar que la mayor diferencia

entre eficiencias de remoción son con el metal cromo, siendo mayor la eficiencia cuando

se trata de una prueba individual.

92

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

remoción [%]

1 2 3 4Metales

Porcentaje de Remoción de metales con Ca(OH)2

Mezcla Individual

Cobre NíquelCromo Zinc

99.9699.99

99.9599.78

99.7598.5698.07

99.99

Figura 4. 27 Comparación entre los porcentajes de remoción de pruebas

individuales y mezclas

La figura 4.28 muestra la comparación de l as eficiencias de remoción entre los metales y

por las pruebas individuales y las de mezcla. Se puede notar que hay un decremento de

eficiencia de remoción cuando se remueve el cromo y se encuentra en la prueba de

mezcla de metales. Los demás comportamientos de eficiencia de remoción con los otros

metales se encuentran muy parecidos entre las pruebas.

93

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

remoción [%]

1 2 3 4Metales

Porcentajes de remoción de los metales con NaOH

Mezcla Individual

Cobre Cromo Níquel Zinc

99.9199.96

97.7798.27 99.09

98.9999.96

99.96

Figura 4. 28 Comparación entre los porcentajes de remoción de pruebas

individuales y mezclas

4.7.3 Pruebas PECT

En la figura 4.29 se observan los matraces Erlenmeyer que contienen los lodos

provenientes de la precipitación alcalina con los dos agentes precipitantes (NaOH y

Ca(OH)2). Se adicionó un volumen conocido de reactivo de extracción 1. Es importante

cerciorarse de que el reactivo cubra la totalidad del lodo.

94

Prueba

PECT: lodos

con Ca(OH)2

Prueba

PECT: lodos

con NaOH

Figura 4. 29 Matraces con lodos y reactivo de extracción para realizar la prueba PECT

4.7.3.1 Metales

En la siguiente tabla 4.18 se muestran los valores de la concentración de metal en el

lixiviado después de la prueba PECT. Cabe mencionar que se cumple con la NOM-052.

Tabla 4. 18 Valores de las concentraciones de los metales del lixiviado de la prueba PECT

Hidroxido mg/L

0.830666672.2962963

1.491869924.63603896

0.891.851851850.354333330.62987013

NiquelZinc

Metal

NaO

HC

a(O

H) 2

CobreCromoNiquelZinc

CobreCromo

95

4.7.3.1.1 Metales con NaOH

La retención de los metales en los lodos provenientes de la precipitación alcalina con el

hidróxido de sodio se da por arriba del 99%. En orden descendiente, los valores de la

retención de metales de estos lodos son: cobre, níquel cromo y zinc.

90%

92%

94%

96%

98%

100%

Porcentaje de retención de metales con NaOH

Cromo 0.9999

Cobre 1.0000

Zinc 0.9996

Niquel 0.9999

Metal

Figura 4. 30 Porcentaje de retención de metales con NaOH después de la prueba

PECT

4.7.3.1.2 Metales con Ca(OH)2

La retención de los metales está dada en un porcentaje mayor al 99%. Dando los metales

en orden ascendente: cromo, zinc, cobre y níquel.

96

90%

92%

94%

96%

98%

100%

Pocentaje de retención de metales con Ca(OH)2

Cromo 0.9999

Cobre 0.9999

Zinc 0.9999

Niquel 1.0000

Metales

Figura 4. 31 Porcentaje de retención de metales con Ca(OH)2 después de la prueba

PECT

4.7.3.2 Mezclas de metales

En la tabla 4.19 se muestran los valores de la concentración de metales en el lixiviado. Se

cumple con la NOM-052-SEMARNAT [64].

Tabla 4. 19 Valores de concentración de los metales en el lixiviado de la prueba PECT

Hidroxido mg/L

Cobre 1.088Cromo 2.16666667Niquel 3.20233333Zinc 0.65643333

Cobre 0.574Cromo 3Niquel 2.85531098Zinc 0.6982

Metal

NaO

HC

a(O

H) 2

Mez

cla

Mez

cla

97

4.7.3.2.1. Mezcla de metales con NaOH

Los porcentajes de retención para los metales en la mezcla de los mismos con el agente

precipitante NaOH están por arriba del 99%. Esto se traduce a que no hay lixiviación de

los metales hacia líquidos de los lodos obtenidos en la precipitación alcalina. Los

porcentajes de retención de los metales en orden descendiente son los siguientes: zinc

99.9947%, Cobre 99.9945%, cromo 99.991% y níquel 99.982%.

90

92

94

96

98

100

%

Porcentaje de retención de los metales en la mezcla con NaOH

Cobre 99.9946

Zinc 99.9947

Niquel 99.9892

Cromo 99.9911

Metales

Figura 4. 32 Porcentajes de retención de metales en la mezcla con NaOH después de

la prueba PECT

98

4.7.3.2.2 Mezcla de metales con Ca(OH)2

La cantidad de metales en el lixiviado proveniente de los lodos obtenidos de la

precipitación alcalina de la mezcla de metales con el hidróxido de calcio como agente

precipitante es mínima. Los porcentajes de retención de los metales se encuentran por

arriba del 99.95%. En orden descendente, la retención de metales es cobre, zinc, níquel y

cromo.

90

92

94

96

98

100

%

Porcentaje de retención de metales en la mezcla con Ca(OH)2

Cobre 99.9957

Zinc 99.9916

Niquel 99.9857

Cromo 99.9816

Metales

Figura 4. 33 Porcentajes de retención de metales en la mezcla con Ca(OH)2 después

de la prueba PECT

99

4.7.3.3 Apariencia de lodos después de la prueba PECT

Los lodos después de la prueba PECT se hicieron de una consistencia cremosa, espesa, de

unos colores intensos y más difíciles de filtrar.

Lodos con hidróxido de sodio provenientes de la prueba PECT

Lodos con hidróxido de calcio provenientes de la prueba PECT

Níquel

Níquel

Cromo

Cromo

Zinc

Zinc

Cobre

Cobre

Mezcla de metales

Mezcla de metales

Figura 4. 34 Imágenes de los lodos como resultado del a prueba PECT

100

4.8 Propuesta de planta de tratamiento

Después de que se realizó la experimentación, se propone un diseño de una planta de

tratamiento de aguas residuales industriales. El tratamiento consta de 3 partes: pre-

tratamiento, tratamiento y acondicionamiento de productos. Cada una de estas etapas

hace que la calidad de agua que sale después del tratamiento sea la correspondiente para

descargar a drenaje.

La parte de pre-tratamiento consta de unas barras (screens) para poder retirar la

mayor parte de partículas sólidas grandes que impidan el tratamiento, después es un

decantador, en donde partículas de tamaño mediano y relativamente pequeño se retiran

para poder facilitar el tratamiento de agua. Dentro de la configuración propuesta,

también existe un tanque de igualación, para prever los cambios y fluctuaciones que se

den en el flujo dentro de la planta de tratamiento de aguas.

Ya entrando a la parte del tratamiento en si, éste consta principalmente de dos

partes. Una parte es el almacenamiento del hidróxido y la preparación de la solución a

utilizar, y la otra es el proceso de la precipitación alcalina. Para el almacenamiento se

tiene un silo, y la preparación se lleva a cabo en un tanque agitado de acerco al carbón.

En la etapa de la precipitación alcalina, se tiene a su vez un tanque de agitación en donde

las corrientes de entrada son el agua a tratar y el hidróxido como agente precipitante.

101

Después de llevarse a cabo la precipitación, el resultado pasa a un clarificador, en donde

se separa el agua de los lodos producidos.

Por último, en la etapa de acondicionamiento de productos, se tiene un filtro de

arena para el agua resultante del tratamiento en donde garantiza que no hay residuos de

los lodos metálicos generados. Por otra parte los lodos son almacenados y hacia el final

del día, se pasan ya sea al lecho de secado para lodos, con un tiempo de residencia de al

menos 5 días, o a un filtro prensa, con un tiempo de residencia de 2 horas. Este

acondicionamiento da la oportunidad de mejorar las características de los productos para

poder proponer la venta de los mismos y aumentar las ganancias.

A continuación, en la figura 4.35 se muestra un diagrama de bloques de lo que es

el tratamiento de agua propuesto. El área en color naranja claro muestra los equipos para

el pre-tratamiento, los equipos de color verde representan a la parte del proceso de

tratamiento, y los equipos en rosa pertenecen al acondicionamiento de productos. Es más

fácil ver las áreas de la planta y asociarlas con una acción característica.

Ya que se tiene el diagrama de flujo (figura 4.35) se procedió a hacer el diagrama

de equipo con sus correspondientes entradas y salidas de materia así como su

instrumentación. En la figura 4.36 se muestra el diagrama por equipos para la propuesta

de la planta de tratamiento. La parte naranja corresponde al pre-tratamiento, la verde a la

precipitación alcalina y la rosa al acondicionamiento de productos.

102

Figura 4. 35 Diagrama de flujo de bloques describiendo la configuración de la planta de tratamiento de agua residual

industrial por el método de precipitación alcalina

103

Figura 4. 36 Diagrama de flujo de equipos del tratamiento de agua residual por la precipitación alcalina

104

4.9 Análisis Económico

Un análisis económico evalúa la viabilidad económica que se puede definir como:

“condición que evalúa la conveniencia de un sistema, proyecto o idea al que califica,

atendiendo a la relación que existe entre los recursos empleados para obtenerlo y aquellos

de los que se dispone” [45]. Para todo proyecto realizado en nuestro tiempo, se debe de

tener un análisis económico para poder tener un indicador de dinero. Este indicador de

dinero se puede entender en este análisis como el flujo de efectivo, tiempo de

recuperación y el valor presente neto de la empresa a los 10 años de vida del proyecto.

Se utilizó un programa para realizar este análisis económico, y tener una forma

automática de calcular los parámetros económicos importantes y evaluar la viabilidad

económica de la planta

A partir de la configuración de la planta propuesta anteriormente, se realiza el

análisis económico teniendo en cuenta tres escenarios principales:

1. Donde se cobra por tratar el agua, el agua ya tratada se descarga al desagüe y el

lodo producido se dispone correctamente a un relleno de residuos peligrosos.

2. Donde se cobra por tratar el agua, el agua tratada se vende y el lodo obtenido se

dispone a un relleno de residuos peligrosos.

3. Donde se cobra por tratar el agua, el agua tratada se vende y el lodo obtenido se

vende.

105

Para realizar un análisis de sensibilidad, se presentaron 4 casos de caudal de

tratamiento de agua por día:

· 10 m3/día

· 25 m3/día

· 50 m3/día

· 100 m3/día

Tomando en cuenta los diferentes escenarios y los caudales especificados, se tiene

que los productos y sub-productos tienen los siguientes precios:

· Precio de agua a tratar: $6.87/m3 de agua.

· Precio de agua tratada $6.35/m3 de agua.

· Precio de lodo $6.2/kg de lodo.

Al hacer todos los cálculos e integrando todas las partes del análisis económico, se

obtiene los siguientes datos acerca del tiempo de recuperación (ver figura 4.37):

· Caudal 10 m3/día:

o En ningún escenario se recupera el dinero invertido (tiempo de

recuperación negativo).


o En ningún escenario se recupera el dinero invertido (tiempo de

recuperación negativo).


106

o En los escenarios 1 y 2 nunca se recupera la inversión hecha al principio

del proyecto.

o En el escenario 3 ya se tiene un periodo de recuperación de 36 años.

· Caudal 100 m3/día

o En los escenarios 1 y 2 no se recupera la inversión inicial del proyecto.

o En el escenario 3 el tiempo de recuperación de la inversión es de 16 años.

Dado a que la vida útil de la empresa y la depreciación del equipo es a 10 años, se

calculó otro caudal al cual se tiene un tiempo de recuperación menor a 10 años, el cual

fue 150 m3/día. Con este caudal, se sigue viendo la tendencia de que en los dos primeros

escenarios, no se recupera la inversión y en el tercero, el tiempo de recuperación es de 7

años.

-40

-20

0

20

40

años

1 2 3 4 5

caudal [m3/día]

Comparación de tiempos de recuperación a diferentes caudales y los diferentes escenarios

escenario 1escenario 2escenario 3

Figura 4. 37 Tiempo de recuperación de inversión a los diferentes caudales y los

diferentes escenarios

107

Si se quiere tener un tiempo de recuperación de 10 años, con un caudal de 50

m3/día, el precio de agua a tratar debería de ser de $18.50/m3, y para 100 m3/día el precio

debería de ser $12.50/m3.

Documents

RESULTADOS - Universidad de las Américas Puebla