1 ALTERNATIVAS PARA LA REMOCIÓN DE METALES PESADOS EN AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE RECUBRIMIENTOS METÁLICOS JACIPT ALEXANDER RAMON V. Msc, Ph. D. ING. QUÍMICA DOCENTE UNIVERSIDAD DE PAMPLONA UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARUITECTURA PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL PAMPLONA
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ALTERNATIVAS PARA LA REMOCIÓN DE METALES PESADOS EN AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE RECUBRIMIENTOS METÁLICOS
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ALTERNATIVAS PARA LA REMOCIÓN DE METALES PESADOS EN AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE RECUBRIMIENTOS METÁLICOS
JACIPT ALEXANDER RAMON V. Msc, Ph. D. ING. QUÍMICA DOCENTE UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARUITECTURA
PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL PAMPLONA
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INDICE DE CONTENIDOS
I ..................................................................................................................................................... 2
3.2.1 Determinación de alcalinidad, acidez (métodos titulométricos), oxígeno disuelto, conductividad y pH (métodos potenciométricos) ........ 24
3.2.2 Determinación de sólidos sedimentables (método del cono Imhoff), suspendidos (método gravimétrico) y totales (método gravimétrico) ........................................................................................................ 24
3.2.3 Determinación de la demanda teórica de oxígeno, DQO (método reflujo cerrado) y la demanda bioquímica de oxígeno, DBO5 (Método manométrico) ....................................................................................................... 24
3.2.4 Análisis de sales inorgánicas ............................................................. 25
3.2.4.1 Nitratos NO3-, sulfatos, SO4
= (métodos colorimétricos) y cloruros, Cl- (método argentométrico) ........................................................ 25
3.2.4.2 Análisis de cianuros, CN- (método titulométrico) ................... 25
3.2.5 Determinación de metales pesados ................................................... 25
3.3 Planteamiento de una estrategia ambiental que permita disminuir la
contaminación en la plata de galvanoplastia de Argentis Collection´s Ltda .......... 25
3.4 Estudio de alternativas viables de reducción de contaminantes ................... 26
3.4.1 Oxidación química de cianuros .......................................................... 26
3.4.2 Precipitación química seguida de Coagulación .............................. 27
3.4.3 Adsorción sobre carbón activado ...................................................... 27
4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS .............................................................. 28
4.1 Realización del diagnostico técnico preliminar de los procesos de
elaboración y transformación de la materia prima, así como el análisis de los
contaminantes presentes en las aguas residuales industriales de la empresa
4.3.1 Utilización de reactivos en concentraciones exactas .................... 35
4.3.2 Sustitución de materiales como el agua del acueducto por agua purificada .............................................................................................................. 35
4
4.3.3 No mezclar los residuos industriales peligrosos con los no peligrosos y procesar corrientes por separado ........................................... 35
4.3.4 Eliminación de impurezas suspendidas y sedimentadas en los baños mediante filtración .................................................................................. 36
4.3.5 Recirculación de aguas de enjuague ................................................. 36
4.3.6 Incrementar el tiempo de contacto entre las piezas y el agua de enjuague y retirar las gancheras (objeto donde se colocan las piezas a recubrir) lentamente de los baños recubrimiento. ....................................... 36
4.3.7 Mantenimiento de los baños de recubrimiento ............................... 36
4.4 Estudio de alternativas viables de reducción de contaminantes. .................. 38
4.4.1 Remoción de cianuros (CN-) ................................................................ 38
4.4.2 Tratamiento fisicoquímico mediante precipitación química seguida de coagulación/coagulación ............................................................................. 41
4.4.3 Remoción de contaminantes en muestras reales ............................... 43
4.4.3.1 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del tanque de almacenamiento ........................................................................... 43
4.4.3.2 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague cobre pH alcalino ........................................................................... 45
4.4.3.3 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague cobre pH ácido ............................................................................... 46
4.4.3.4 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague paladio/estaño ................................................................................ 47
4.4.3.5 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague pre-plata........................................................................................... 48
4.4.3.6 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague de plata ............................................................................................ 49
4.4.3.7 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague de barniz .......................................................................................... 50
4.4.3.8 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague de desengrasante químico .......................................................... 51
E. pre-plata 4084 198 2904,56 4750 4498,6 N.D 10,15
E. plata 4288,2 236 80900 6250 5373,35 N.D 11,75
E. Barniz químico 200 959 593,637 N.D 124,95 N.D 12,20
Estos resultados muestran que la concentración de contaminantes varia en gran medida
de un punto de vertimiento a otro y comprueba la importancia de establecer un sistema de
remoción de contaminantes para cada punto ya que la cantidad de contaminantes
presente en cada enjuague hace que dichas aguas residuales sean complejas.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
51,94 599,25
7391,05
998,82097,45
12984,3
9987,9
15980,7co
ncen
trac
ión
(mg/
L)
Enjuague
Concentración de CN- en cada punto de vertimiento
CN-
35
4.3 Presentación de alternativas integradas a los procesos productivos para
prevenir contaminación
A continuación se expone un resumen de las disposiciones recomendadas a la empresa,
que permiten minimizar la producción de aguas residuales que contengan altas
concentraciones de residuos. Estas medidas se proporcionaron, ya que no representan
costo para la empresa y sus beneficios se pueden ver a largo plazo; se sugirió la
reducción de contaminantes generados gracias a la reducción en el consumo de agua, la
reducción en el consumo de energía y la optimización en el desarrollo de los procesos.
Adoptar estas medidas es necesario, ya que como se muestra en los resultados de la
caracterización (ítem 4.2), las muestras de agua procedentes de los enjuagues contienen
concentraciones muy altas de la mayoría de las sustancias analizadas, que representa
gran consumo de químicos en caso de remover los residuos por métodos fisicoquímicos;
las disposiciones mencionadas son:
4.3.1 Utilización de reactivos en concentraciones exactas
Por lo general se trabaja con la concentración de químicos que sugiere el proveedor, sin
embargo, guías ambientales para el manejo de la galvanoplastia indican que estas
cantidades se pueden disminuir sin reducir la calidad del recubrimiento. Se recomienda
realizar pruebas disminuyendo la concentración de las sustancias químicas en la solución
del proceso hasta obtener los resultados óptimos para el tipo de acabado metálico en
particular.
4.3.2 Sustitución de materiales como el agua del acueducto por agua purificada
El uso de agua purificada (desmineralizada, desionizada o destilada) en la elaboración de
los baños y en los enjuagues, es una buena opción, ya que las sustancias que
generalmente contiene el agua potable, como calcio, hierro, magnesio, manganeso, cloro,
carbonatos y fosfatos, reducen la eficiencia del enjuague, incrementa la necesidad de
mantenimiento de los baños y contribuyen al volumen de lodo cuando son removidos del
agua residual durante el tratamiento.
4.3.3 No mezclar los residuos industriales peligrosos con los no peligrosos y
procesar corrientes por separado
Tratar separadamente efluentes da la posibilidad de obtener residuos o lodos menos
complejos en los cuales se puede iniciar un procesos de recuperación de metales,
además se debe evitar mezclar enjuagues procedentes de baños de recubrimiento que
contienen CN- y los efluentes ácidos para evitar la formación de ácido cianhídrico, gas
altamente tóxico, que representa un riesgo bastante alto para el personal de operación
de la planta (según la caracterización realizada todas enjuagues inclusive los que
36
presentan un pH ácido contienen CN-, aún cuando todos los baños de los procesos no
contienen este ión).
4.3.4 Eliminación de impurezas suspendidas y sedimentadas en los baños
mediante filtración
Dicha eliminación se puede realizar generalmente empleados fibras sintéticas o naturales
y carbón activado.
4.3.5 Recirculación de aguas de enjuague
La regeneración interna de aguas de enjuague se puede lograr a través de métodos
clásicos de precipitación química o procedimientos físicos de remoción de contaminantes
como se mostrara en las alternativas de tratamiento. También puede utilizarse el agua de
enjuague de una fase del proceso como agua de enjuague en otro proceso, siempre y
cuando la calidad requerida lo permita.
4.3.6 Incrementar el tiempo de contacto entre las piezas y el agua de enjuague y
retirar las gancheras (objeto donde se colocan las piezas a recubrir)
lentamente de los baños recubrimiento.
4.3.7 Mantenimiento de los baños de recubrimiento
Estos deben ser sometidos a mantenimiento periódico para incrementar su tiempo de vida
útil y la eficiencia del proceso. Aun cuando en esta empresa ya se ha implementado el
mantenimiento de los baños, se debe efectuar un control analítico adecuado de la
composición de los mismos para que la dosificación de materiales para regenerar los
baños de recubrimiento sea correcta.
4.3.8 Aislamiento de baños de recubrimiento y control de la temperatura óptima de
los mismos
A los tanques de los baños de recubrimiento que son operados a una temperatura mayor
que la del ambiente se les puede incorporar un material aislante a su alrededor para evitar
pérdidas innecesarias de energía. El control de la temperatura se encuentra entre las
medidas más importantes del control operativo ya que los baños electrolíticos en caliente
son muy sensibles a temperaturas dadas.
4.3.9 Recuperación y reciclaje de sustancias contenidas en el baño y en
enjuagues
37
La separación de los puntos de vertimiento para la respectiva separación de residuos es
esencial para facilitar el reciclaje de los mismos. Por ejemplo para recuperar químicos
valiosos.
4.3.10 Minimización de arrastre de sustancias contenidas en los baños
En diversos estudios se ha determinado que al incrementar el tiempo de escurrimiento de
las piezas a recubrir por 10 segundos, puede obtenerse una reducción importante hasta
del 50% del volumen arrastrado. Sin embargo, el tiempo no debe alargarse demasiado ya
que pueden generarse efectos de pasivación sobre las piezas. Además los escurrimientos
son mayores dentro de los primeros 10 segundos y después de este tiempo la velocidad
de escurrimiento disminuye notablemente, por lo que se considera que este tiempo es
suficiente para reducir los arrastres.
4.3.11 Capacitación y supervisión de los operarios
Educación y capacitación de los trabajadores, ya que cualquier persona que trabaje con o
cerca a una sustancia peligrosa deberá contar con información acerca de los riesgos,
formas de su uso, manejo y almacenamiento.
De esta manera en parte se disminuye la generación de residuos y aunque las medidas
mencionadas anteriormente están relacionadas directamente con los procesos de
recubrimiento metálico, más no con el tratamiento de los contaminantes, son significativas
para esta investigación, ya que con medidas de prevención si bien, no es posible lograr
una generación de residuos igual a cero, con buenas prácticas se puede lograr la
reducción del volumen y/o la peligrosidad de los residuos en la fuente de sus generación.
El resumen se muestra en la figura 4.2.
38
Figura 4.2 Diagrama de alternativas viables de reducción de contaminantes en la
planta de galvanoplastia de Argentis collection´s Ltda.
4.4 Estudio de alternativas viables de reducción de contaminantes.
A partir de ensayos a escala de laboratorio se buscaron las condiciones de tratamiento
óptimas con el fin de eliminar o reducir la contaminación procedente de CN-, Cu, Ag, Pb, y
Ni, principalmente. Los iones CN- causan interferencias por formar complejos muy
estables con los metales, que no hace posible la precipitación de estos últimos de forma
adecuada, por lo cual el tratamiento consecutivo de las muestras inició con la eliminación
de estos.
4.4.1 Remoción de cianuros (CN-)
El estudio de alternativas para la destrucción de CN- mediante oxidación química con
H2O2 al 30% y NaClO se realizó con muestras de agua sintética, con una concentración
39
inicial de CN- de 1325 mg/L. Para los ensayos se utilizaron 300 mL de muestra, los
experimentos 1, 2 y 3 se realizaron con H2O2 y los 4 y 5 con NaClO. Los parámetros se
muestran en la tabla 4.3
Tabla 4.3 Parámetros de estudio para eliminación de cianuros en muestras de agua
sintética
Exp nº mL H2O2/g CN- o
mL NaClO/g CN-
pH inicial pH final
1 1,788 11,45 9,57
2 2,68 11,45 9,08
3 3,13 11,45 9,24
4 10,33 11,45 9,36
5 12,40 11,45 9,56
La grafica 4.5 muestra la tendencia de concentración de CN- con respecto al tiempo al
utilizar como oxidantes de este ion el H2O2 y NaOCl. Se observa que la concentración de
CN- disminuye bruscamente por la acción de los oxidantes después de una hora de
reacción para todos los experimentos, no obstante solo cuando se completa 5 horas de
reacción para los ensayos 1 - 3 y 12 horas para los ensayos 4 y 5 se logran alcanzar
concentraciones relativamente aceptables del ión, que aun cuando no caen en la norma
se pueden remover con tratamientos posteriores.
La eliminación del ion CN- se dio por la reacción del CN- con los oxidantes en donde se
forma del ión cianato. Las reacciones procedieron de acuerdo a la ecuación 1 para los
ensayos correspondientes a la gráfica 4.5 (a) y de acuerdo a las ecuaciones 2 y 3 para los
ensayos de la gráfica 4.5 (b) como se muestra a continuación:
CN- + H2O2 → OCN- + H2O (1)
NaCl + Cl2 → CNCl + NaCl (2)
CNCl + 2NaOH → NaCNO + NaCl + H2O (3)
40
(a) (b)
Grafica 4.5 Tendencias de eliminación de CN- en (a) muestras tratadas con H2O2 y (b)
muestras tratadas con NaClO
El objetivo de esta parte del tratamiento de la eliminación de cianuros, pero el pH utilizado
de acuerdo a la teoría presenta ventajas por la posible precipitación de metales, por lo
cual, también la concentración de Cu y Ag se analizó después de la oxidación, teniendo
en cuenta que durante el tratamiento con los oxidantes se observó en todos los ensayos
formación de precipitado y además el agua sintética contenía inicialmente AgNO3 y Cu
metálico. Así la concentración inicial de Cu y Ag fue 6,811 y 6538,76 mg/L y posterior a
los ensayos la remoción de Cu estuvo en un rango de 91 a 100%, mientras que para Ag la
remoción más alta se dio en el experimento 1 con un 33% e incluso el experimento 5
presentó igual concentración de Ag antes y después del tratamiento. De acuerdo a esto la
oxidación de CN- también contribuye a remover metales, pero esto depende no solo del
oxidante utilizado, también de las características de los iones metálicos y/o de la
concentración de los mismos.
Los experimentos 3 y 5 reportaron los mejores resultados en cuanto a porcentaje de
remoción de CN-, 98,33 y 96,071 %, respectivamente, se puede decir que el ensayo 3
hasta el momento debería ser la alternativa más viable para eliminación de cianuros
adjunto a que el volumen de hipoclorito usado para el ensayo 5 (tabla 4.3) es 4 veces
mayor que la cantidad de H2O2 usado para una remoción de 98,33%, además también se
necesita mayor tiempo de reacción y el compuesto intermedio formado al pasar de CN- a
CNO- (CNCl) es altamente tóxico, lo que representa desventajas en cuanto a su uso, sin
embargo el tratamiento es consecutivo y se debía descartar posibles interferencias entre
41
los oxidantes utilizados y los reactivos de precipitación química seguida de coagulación,
por tanto, con los parámetros de estos dos ensayos, es decir con muestras previamente
tratadas con adición de 3,13 mL de H2O2 al 30% / g de CN- a un pH de 11,45 y un tiempo
de 5 horas de reacción y también con muestras tratadas con adición de 12,40 mL
NaClO/g CN- al mismo pH, pero con un tiempo de reacción de 12 horas se realizaron
consecutivamente la precipitación química de las muestras seguida de coagulación para
el agua sintética.
4.4.2 Tratamiento fisicoquímico mediante precipitación química seguida de
coagulación/coagulación
En los procesos de coagulación/floculación los coagulantes más comunes son las sales
de hierro Fe+3 y el sulfato de aluminio, Al2(SO4)3, sin embargo este último es más usado
para el tratamiento de agua potable, por lo cual se escogieron las sales, FeCl3 y Fe2(SO4)3
para la prueba de jarras.
En muestras de agua sintética sin previa eliminación de CN- se realizaron ensayos con los
dos floculantes. Se encontró que en los experimentos la velocidad de agitación más
conveniente era 135 rpm por 3 minutos para mezclar adecuadamente los reactivos y la
muestra de agua residual y luego una velocidad de 20 rpm hasta completar 20 minutos
para formación de los flóculos. La remoción de metales con las dos sales de hierro es
similar, sin embargo con FeCl3 la sedimentación de los flóculos era más lenta y
concentraciones de hierro residual del orden de 36,55 mg/L se encontraron en las
muestras de aguas tratadas con este reactivo en comparación con 0,654 mg/L que fue la
concentración de hierro residual al utilizar Fe2(SO4)3, por lo cual para experimentos
posteriores el coagulante usado simultáneamente con el proceso de precipitación química
con NaOH fue Fe2(SO4)3.
Los parámetros del tratamiento de muestras de agua sintética con previa eliminación de
CN- se muestra en la tabla 4.4 El pH óptimo para precipitación química se busco dentro
de un rango restringido de 9,5 a 12, ya que dentro de este rango se encuentra la mayor
posibilidad de precipitación química de metales pesados. Además la disminución de pH
en las muestras se ocasiona por el uso del ión Fe3+ que aporta acidez a las muestras.
42
Tabla 4.4 Parámetros de estudio para precipitación- coagulación/ floculación en muestras
de agua sintética
Exp nº Tratamiento
previo pH inicial (P.Q)
V(mL) Fe2(SO4)3 1000 ppm
pH final (P.Q-C/F)
1 H2O2 9,46 60 6,33
2 NaClO 9,5 60 6,42
3 H2O2 10,6 120 6,62
4 NaClO 10,5 120 6,42
5 H2O2 11,03 180 6,57
6 NaClO 11 180 6,2
7 H2O2 11,56 240 8,87
8 NaClO 11,49 240 6,32
9 H2O2 11,99 300 9,97
10 NaClO 12,0 300 9,3
Los resultados de remoción de contaminantes para los experimentos que presentaron
mejores resultados se dan a conocer en la tabla 4.5 en donde se observa el porcentaje de
remoción de contaminantes presentes en el agua sintética.
Los experimentos 7,9 y 10 corresponden a los descritos en la tabla 4.4. Los ensayos 1-6 y
8 no presentaron buenos resultados de remoción de contaminantes y además el ion Fe3+
no sedimentó correctamente por lo cual al final del tratamiento se encontraron
concentraciones altas de hierro residual observándose así la coloración de dicho ion en
las muestras, por el contrario en los ensayos mostrados en la tabla 4.5 se logró aumentar
el porcentaje de remoción de los contaminantes principales del agua sintética estudiada,
siendo el ensayo 9 el mejor, ya que presenta los porcentajes de remoción más altos para
CN-, Ag y Cu. Este ensayo se realizó con previa oxidación de CN- con H2O2 de acuerdo al
mejor resultado reportado para el estudio de remoción de CN-, lo cual confirma que la
alternativa más viable de remoción de dicho ion es mediante este oxidante, ya que
además remover efectivamente este contaminante, no interfiere con los procesos de
precipitación química seguida de coagulación bajo las condiciones a las cuales se trabajó.
Tabla 4.5 Remoción de contaminantes después de oxidación de cianuros y posterior
tratamiento de precipitación química – coagulación para muestras de agua sintética
Exp nº % remoción CN- final % remoción Ag final % remoción Cu final mg/L Fe final
7 98,62 76,13 100 0,560
9 99,30 79,80 100 0,001
10 96,85 24,76 95.10 1,971
43
4.4.3 Remoción de contaminantes en muestras reales
Aunque cabe destacar que las muestras de aguas reales procedentes de la planta de
galvanoplastia son más complejas y además de contener CN-, Ag y Cu también contienen
otros residuos, los resultados del tratamiento de agua sintética dieron una aproximación
de la remoción de contaminantes en aguas residuales reales, por lo cual que se
implementaron los parámetros que reportaron mejor resultados en los estudios con agua
sintética, con excepción del volumen de coagulante que depende de la concentración de
los contaminantes. Adicional a esto, para la mayoría de las muestras reales se
implementó un proceso de adsorción como es descrito en el ítem 3.4.3 debido a que
después del proceso de coagulación/ floculación aun se encontraban en las muestras
concentraciones considerables de sustancias peligrosas.
Como se mencionó en la caracterización preliminar en los puntos de vertimientos de
residuos líquidos (ítem 4.2), la concentración de los contaminantes en muestras reales
puede variar y dicha variación depende del tiempo de vida útil que se da a los enjuague o
vertidos discontinuos y a la cantidad de piezas a recubrir (arrastre de químico por piezas),
así a medida que se implementan los procesos de recubrimiento aumenta la
concentración de contaminantes hasta que se renueva estas aguas. De esta manera el
tratamiento inició con muestras tomadas poco después de que se realizara limpieza de los
baños de recubrimiento y se renovaran los enjuagues en la planta de galvanoplastia. La
concentración de la mayoría de los contaminantes en dichas muestras no superaban los
1000 mg/L y aunque el tratamiento implementado funcionó de forma positiva (datos no
reportados), se realizó de nuevo el tratamiento en muestras con un control más
aproximado de la periodicidad con la cual se desechan los vertidos discontinuos en la
planta, así los datos reportados a continuación corresponden a muestras tomados
después de que se procesaron 2 kg de mercancía, cantidad después de la cual
generalmente la concentración de contaminantes es alta y se deben desechar los
enjuagues, por lo cual vale la pena plantear el tratamiento.
4.4.3.1 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del tanque de
almacenamiento
La dosis óptima de Fe2(SO4) con una concentración de 4000 ppm fue 75 mL para volúmenes de muestra de 300 mL.
La conductividad reportada inicialmente por las muestras fue 1877 µs/seg y disminuyó en
un 60% después de todo el tratamiento, así mismo como dicho tratamiento se realizó en
un medio alcalino y se observaron cambios de pH después de cada etapa, como punto
final del proceso se ajustó el pH a 7 con lo cual disminuyó la alcalinidad de las muestras.
De otro lado se logró remover en su totalidad la concentración de iones Cl - y aunque la
44
remoción de sulfatos no representó un porcentaje considerable (19%), esto se explica por
el sulfato residual después del proceso de coagulación/floculación.
La concentración de Cu, Ni, Pb, Ag, CN- (contaminantes más importantes debido a su toxicidad) y Fe residual se muestra a continuación:
El hierro fue determinado en las muestras solo después de los tratamientos de P-C/F y en
A, de acuerdo al resultado se puede decir que el hierro adicionado en las muestras en
forma de Fe2(SO4)3 sedimentó totalmente durante el proceso (ver tabla 4.6).
Tabla 4.6 Concentración de contaminantes en muestra de tanque de almacenamiento
durante el tratamiento consecutivo de las muestras.
Parámetro SN
(mg/L) H2O2
(mg/L) P-C/F (mg/L)
A (mg/L)
CN- 10,406 2,322 N.D -
Cu 474,54 345,9 68,640 3,304
Ag 153,456 15,234 N.D -
Ni 4, 354 2,150 N.D -
Pb 1,141 1,140 1,134 N.D
Fe - - 6,293 0,834
SN: Sin tratamiento. H2O2: previa oxidación de cianuros en la muestra con peróxido P-C/F: precipitación química seguida de coagulación/floculación. A: Adsorción sobre carbón activado. -: Análisis no realizado. N.D: no detectable El porcentaje de remoción de Cu después de P-C/F (85,53%) no fue suficientemente efectivo para que las muestras cayeran dentro de la norma establecida por legislación colombiana (decreto 1584/94, art 74) para este metal, dicho propósito se logró con la implementación del proceso de adsorción sobre carbón activado en el cual se obtuvo una remoción del 99,3% de Cu presente en la muestra (ver grafica 4.6).
Por el contrario de Ag se presentó una remoción del 90,1 % en la oxidación de CN - con H2O2, aun cuando se pretendía oxidar solo el ión CN- presente en las muestras, pero al ajustar el pH en el proceso de oxidación se facilita la precipitación de metales, en el caso del metal mencionado y a diferencia de la remoción del mismo en las muestra de agua sintética con un alto porcentaje de remoción, que se complementó con la P-C/F.
45
Grafica 4.6 Disminución de los contaminantes más importantes presentes en el tanque de
almacenamiento
4.4.3.2 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague cobre
pH alcalino
La dosis óptima de Fe2(SO4) con una concentración de 4000 ppm fue 100 mL para
volúmenes de muestra de 300 mL.
Como se puede observar en la grafica 4.7 la concentración de CN- y Ag es baja
comparara con la concentración reportada en la caracterización preliminar de estos
contaminantes en el enjuague de cobre pH alcalino, esto se debe a limpieza realizada a
los baños de recubrimiento metálico en la planta de galvanoplastia de donde proceden las
muestras. Aun cuando el enjuague procede del baño de recubrimiento de cobre pH
alcalino, el metal con mayor concentración en la muestra es Ag. Por otra parte los
porcentajes de remoción alcanzados para estos después de todo el tratamiento fueron
para CN- y Ag el 100% y para Cu el 98,11%, sin necesidad de adsorción sobre carbón
activado.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
CN- Cu Ag Ni Pb
SN (mg/L) 10,406 474,5 153,456 0 1,141
H2O2 (mg/L) 2,322 345,9 15,234 2,15 1,14
P-C/F (mg/L) 0 68,64 0 0 1,134
A (mg/L) 3,304 0
Normatividad (mg/L) 1 3 0,5 2 0,5
CO
NC
ENTR
AC
IÓN
(m
g/L)
CONTAMINANTES
Tanque
46
Grafica 4.7 Disminución de los contaminantes más importantes presentes en el enjuague
de cobre pH alcalino
4.4.3.3 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague cobre
pH ácido
La dosis óptima de Fe2(SO4) con una concentración de 4000 ppm fue 75 mL para
volúmenes de muestra de 300 mL.
En este enjuague se encontraron concentraciones de Ni y Pb del orden de 3,275 y 2,167 mg/L respectivamente. No se encontró CN- en las muestras procedentes de este enjuague como se aprecia en la grafica 4.8, hecho razonable puesto que la muestra proviene de un enjuague a donde llega el arrastre de químicos procedente del baño de cobre pH ácido que no contiene en su formulación sales de cianuro. Sin embargo al comparar este último dato con los resultados de la caracterización preliminar en donde se encontró una concentración de CN- correspondiente a este enjuague de 998,8 mg/L (grafica 4.4), se confirma que los baños y por ende los enjuagues estaban contaminados con sustancias de otros baños cuando se tomó el muestreo correspondiente a la caracterización (mezcla de contaminantes durante los procesos de recubrimiento sin un control adecuado). Para el tratamiento de este enjuague tampoco fue necesario el proceso de adsorción, la remoción fue altamente efectiva desde el H2O2 hasta la P-C/F. Se removió el 99.86% de Cu y completamente Ag.
0
100
200
300
400
500
600
CN- Ag Cu Pb
SN (mg/L) 26,017 535,55 119,99 1,275
H2O2 (mg/L) 10,406 37,48 118,26 1,275
P-C/F (mg/L) 0 0 2,256 1,105
Normatividad (mg/L) 1 0,5 3 0,5
CON
CEN
TRA
CIÓ
N (m
g/L)
CONTAMINANTES
COBRE pH ALCALINO
47
Grafica 4.8 Disminución de los contaminantes más importantes presentes en el enjuague
de cobre pH ácido
4.4.3.4 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague
paladio/estaño
La dosis óptima de Fe2(SO4) con una concentración de 4000 ppm fue 50 mL para
volúmenes de muestra de 300 mL.
La grafica 4.9 muestra que al igual que los enjuagues anteriores, para esta muestra el
metal con mayor concentración es Ag (1036mg/L). Se vio la necesidad de implementar el
proceso de adsorción después P-C/F ya que la concentración de Cu después de este
tratamiento no caía dentro del límite permisible para vertimientos (3 mg/L), además
gracias al proceso de adsorción se logró remover la concentración de Fe residual (18,41
mg/L) encontrado después del proceso de coagulación.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Cu Ag Ni Pb
SN (mg/L) 3118,42 1178,5 3,275 2,167
H2O2 (mg/L) 156,34 34,48 2,275 1,131
P-C/F (mg/L) 3,191 0 0 0
Normatividad (mg/L) 3 0,5 2 0,5
CO
NC
ENTR
AC
IÓN
(m
g/L)
CONTAMINANTES
COBRE pH ÁCIDO
48
Grafica 4.9 Disminución de los contaminantes más importantes presentes en el enjuague
de paladio/estaño
4.4.3.5 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague pre-
plata
La dosis óptima de Fe2(SO4) con una concentración de 4000 ppm fue 75 mL para
volúmenes de muestra de 234 mL.
La concentración Pb en la muestra es despreciable y en comparación al CN- y Ag la concentración de Cu es relativamente baja (102,57 mg/L). De otro lado se encontró que la concentración inicial de Ag fue muy alta 14674,4 mg/L, hecho que se debe a que la muestra proviene de un enjuague a donde llega el arrastre de químicos procedente de un baño compuesto básicamente de sales de Ag. Adicional a esto la contracción inicial de CN- (2081,36 mg/L) es la concentración más alta encontrada en todas las muestras de lo diferentes enjuagues, no obstante se obtuvieron buenos porcentajes de remoción, 100% para CN-, 100% para Ag, 97,66% en Cu y aunque se detectó Pb, este metal también se logró remover (grafica 4.10).
0
200
400
600
800
1000
1200
CN- Ag Cu Pb Fe
SN (mg/L) 52,034 1036 110,52 1,083
H2O2 (mg/L) 4,161 6,365 109,31 1,084
P-C/F (mg/L) 0 0 10,354 0,605 18,41
A (mg/L) 2,304 1,811
Normatividad (mg/L) 1 0,5 3 0,5
CON
CEN
TRA
CIÓ
N (m
g/L)
CONTAMINANTES
PALADIO / ESTAÑO
49
Grafica 4.10 Disminución de los contaminantes más importantes presentes en el
enjuague de pre-plata
4.4.3.6 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague de plata
La dosis óptima de Fe2(SO4) con una concentración de 4000 ppm fue 60 mL para
volúmenes de muestra de 150 mL.
Este enjuague presentó una concentración de 18761 mg/L de Ag que se removió completamente después P-C/F y tan solo 1068 mg/L de Cu, del cual se removió el 92% con P-C/F, pero el 8% restante correspondía a concentración de Cu de 76,52 g/L, por lo cual se implementó el proceso de adsorción como se muestra en la grafica 4.11. El proceso de remoción fue uno de los más fáciles al no poseer la interferencia que proveen otros metales para que el proceso de precipitación se llevara a cabo.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
CN- Ag Cu Pb
SN (mg/L) 2081,36 14674,4 102,57 4,295
H2O2 (mg/L) 156,102 5282,78 99,4178 2,097
P-C/F (mg/L) 0 71,62 54,16 0,564
A (mg/L) 0 2,399
Normatividad (mg/L) 1 0,5 3 0,5
CON
CEN
TRAC
IÓN
(mg/
L)
CONTAMINANTES
PRE-PLATA
50
Grafica 4.11 Disminución de los contaminantes más importantes presentes en el
enjuague de plata
4.4.3.7 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague de
barniz
La dosis óptima de Fe2(SO4) con una concentración de 4000 ppm fue 65 mL para
volúmenes de muestra de 230 mL.
Para esta muestra no fue necesario aplicar adsorción, ya que en el tratamiento con P-C/F
se removió la concentración de metales y de cianuro como se ve en la grafica 4.12
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
CN- Ag Cu
SN (mg/L) 884,57 18721 1068
H2O2 (mg/L) 1,561 6552,35 980,8
P-C/F (mg/L) 0 61,99 76,52
A (mg/L) 0 8,157
Normatividad (mg/L) 1 0,5 3
CON
CEN
TRA
CIÓ
N (m
g/L)
CONTAMINANTES
PLATA
51
Grafica 4.12 Disminución de los contaminantes más importantes presentes en el
enjuague de barniz químico
4.4.3.8 Remoción de contaminantes en muestras procedentes del enjuague de
desengrasante químico
Las muestras tomadas del tanque de enjuague posterior al desengrasante no presentaron
concentraciones considerables de las sustancias analizadas. El resultado es aceptable, ya
que el baño desengrasante que utilizan dentro de los procesos para limpiar las piezas a
recubrir no está compuesto por ninguno de los contaminantes presentes en los demás
enjuagues analizados. A dichas muestras se les ajusto el pH con lo cual bajo la
alcalinidad de las mismas. Cabe observar que este enjuague de acuerdo a los análisis
realizados es el único que no presenta contaminación por sustancias presentes en otros
baños de recubrimiento.
El pH de las muestras correspondientes a los enjuagues a los cuales se les aplicó
tratamiento consecutivo, también se ajustó entre 6,8 y 7,5 y después de los procesos de
remoción aplicados no se encontró una concentración detectable de iones Cl- en ninguna
de las muestras correspondientes a enjuagues, por el contrario la remoción de SO4= solo
presentó un buen resultado para las muestras del enjuague de cobre pH ácido en donde
se removió el 95,65% de este ion, para los demás enjuagues se removió entre el 3 y el
12% de SO4= al final del tratamiento, probablemente la concentración del ion en las
muestras al final del proceso también sea causa del SO4= residual después de aplicar el
proceso de coagulación/floculación con Fe2(SO4)3. De otro lado la conductividad de las
muestras disminuyó en un 54% para el enjuague cobre pH alcalino, 59% para el enjuague
de paladio/estaño, 83,53 en el enjuague de pre-plata, para el enjuague correspondiente a
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
CN- Ag Cu
SN (mg/L) 10,406 934,5 1,143
H2O2 (mg/L) 0 5,234 0,498
P-C/F (mg/L) 0 0 0
Normatividad (mg/L) 1 0,5 3
CON
CEN
TRA
CIÓ
N (m
g/L)
CONTAMINANTES
BARNIZ QUÍMICO
52
la plata 60,15%, 60,56% en el enjuague de cobre pH ácido, y barniz químico en 71,10%.
Esta diferencia entre los porcentajes de remoción de los contaminantes analizados y la
disminución de la conductividad se debe a la diferencia de la concentración de dichos
contaminantes entre un enjuague y otro y también a la complejidad de las muestras de
aguas residuales objeto de estudio.
Adicional a los ensayos anteriores, también se evaluó la disminución de contaminantes al realizar adsorción sobre carbón activado en algunas muestras sin tratamiento previo: Como se aprecia en las graficas 4.13 y 4.14 se analizaron las aguas residuales del tanque
de almacenamiento, las aguas del enjuague de paladio, pre-plata y plata. Estos se
escogieron para realizar adsorción por ser aquellos enjuagues que necesitaron de este
proceso después del tratamiento con P-C/F para remover hasta porcentajes aceptables
los contaminantes presentes en las muestras.
Se encontró una considerable disminución de iones CN- y de los metales presentes en
mayor concentración en todos los puntos de vertimientos, la remoción de Cu osciló entre
57,23 y 85 %. La Ag en el tanque de almacenamiento se removió en un 55%, 68% en el
enjuague de paladio, 41,23 % en el de pre-plata y 33,40 % en el enjuague
correspondiente a la plata, de otro lado la remoción de CN- mediante adsorción estuvo en
un rango de 40,104 a 62,097%, pero aunque se removió en algunos casos hasta más de
la mitad de los contaminantes más importantes de las muestras (toxicidad y alta
concentración), después del tratamiento con adsorción sobre carbón activado la
concentración de las sustancias de interés todavía es muy alta y supera los límites de
vertimientos para estos según la legislación colombiana.
Grafica 4.13 Remoción de CN- mediante adsorción para diferentes tipos de muestra
0
500
1000
1500
2000
2500
CN- (PLATA) CN- (PRE-PLATA)
CN- (PALADIO) CN- (TANQUE)
SN (mg/L) 884,57 2081,36 52,034 10,406
A (mg/L) 335,27 1245,8 42,267 5,245
CON
CEN
TRA
CIÓ
N (m
g/L)
REMOCIÓN DE CIANUROS MEDIANTE ADSORCIÓN
53
Grafica 4.14 Remoción de Cu y Ag mediante adsorción para diferentes tipos de muestra
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000CO
NCE
NTR
ACI
ÓN
(mg/
L)
METALES
REMOCIÓN DE Ag y Cu MEDIANTE ADSORCIÓN
SN
A
54
5. CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos la mayoría de contaminantes presentes en los
diferentes puntos de vertimientos de la planta de galvanoplastia de Argentis collection´s
Ltda., presentan concentraciones elevadas que no solo constituyen impacto para el
ambiente, también para la salud de los trabajadores, por lo cual adoptar las alternativas
de prevención de la contaminación expuestas en los resultados es estrictamente
necesario.
Para el análisis de aguas residuales, existen varios métodos estandarizados, como los
adoptados para la caracterización de contaminantes, sin embargo la sensibilidad y
precisión de dichos métodos varía de acuerdo a la complejidad de las muestras, como se
pudo apreciar en las muestras de aguas residuales industriales que contienen CN-, Pb, Ni,
Cu, Ag, SO4=, NO3
-, Cl- y compuestos orgánicos de concentración desconocida, ya que un
análisis completamente verídico se hace difícil, debido a las interferencias que
representan la mezcla de los anteriores compuestos.
El Ni está presente en las muestras de enjuagues de cobre pH ácido, mientras el Pb en
todos los enjuagues a excepción de los correspondientes a plata y barniz químico, los dos
en bajas concentraciones, por tanto se concluye que el Ni y el Pb encontrado en las
muestras del tanque de almacenamiento de residuos provienen específicamente de los
baños de recubrimiento previos a los enjuagues contaminados con estos y además dichos
metales no deben ser usados en la planta de donde provienen las muestras como
agentes de recubrimientos específicos como si lo son el Cu y la Ag, precisamente por su
baja concentración en comparación a la concentración reportada por estos últimos.
La eficacia que tiene la adsorción sobre carbón activado para la remoción de metales
pesados en aguas residuales industriales quedó demostrada en esta investigación, no
obstante, la aplicación simultánea de tratamientos como la oxidación de CN-, precipitación
química seguida de coagulación/floculación y posterior adsorción, es más efectivo a
escala de laboratorio, para remover completamente contaminantes como Pb, Ni, Ag, Cu,
CN- y algunas sales inorgánicas de menor peligrosidad en muestras de aguas residuales
derivadas de una industria de galvanoplastia, por lo cual se concluye que el uso
consecutivo de dichos procesos fisicoquímicos bajo los siguientes parámetros: adición de
3,13mL de H2O2 al 30% / g de CN-, precipitación química con NaOH a un pH de 12,
seguida de coagulación/floculación con Fe2(SO4)3 a una velocidad de 135 rpm por 3
minutos y 20 rpm hasta completar 20 minutos y finalmente la adición a las muestras de
1,000 g de adsorbente previamente activado a 700ºC es la mejor opción de tratamiento
para las aguas residuales de Argentis collection´s Ltda.
Implementar varios procesos consecutivos para eliminación de contaminantes representa
costos de operación elevados, pero, para el tratamiento de aguas residuales como las
55
estudiadas aquí, es necesario, ya que no todos los contaminantes se remueven con un
solo proceso o por lo menos hasta concentraciones mínimas como para ser descargados
al ambiente, debido a la variación de contaminantes y a la aplicación de varios procesos
de recubrimiento que hace el tratamiento de aguas residuales más complejo.
El tratamiento sugerido remueve concentraciones altas de contaminantes, sin embargo,
para su correcto funcionamiento a nivel industrial se deberá tener un control adecuado de
la variación de contaminantes en los diferentes puntos de vertimiento y seguir la
recomendación de no mezclar estos para evitar la formación de sustancias aun más
tóxicas y/o peligrosas para el ambiente, además como se puede apreciar en los
resultados, el metal presente en mayor concentración en el tanque de almacenamiento al
igual que en la mayoría de los enjuagues es la plata, se presenta en concentraciones de
hasta 18721mg/L, por tanto de acuerdo al estudio realizado, queda abierta la posibilidad
de recuperar este metal de alto interés económico de los enjuagues posteriores a cada
baño de recubrimiento o del lodo obtenidos como residuo del tratamiento de estos, en vez
de mezclar las aguas residuales provenientes de cada enjuague con el resto de
contaminantes procedentes de los procesos, en cuyo caso sería mucho más complejo el
tratamiento y la recuperación del metal mencionado.
56
6. RECOMENDACIONES
Esta investigación se encargó de buscar alternativas viables para remover contaminantes
de una industria de recubrimientos metálicos, sin embargo se recomienda que en trabajos
similares se estudie la remoción de contaminantes con varios adsorbentes y se prueben
coagulantes/floculantes nuevos, para tener mayores opciones de remoción de
contaminantes de una forma viable.
Para el análisis de metales pesados se recomienda usar espectrometría de absorción
atómica, ya que es la técnica que mejor cuantifica estos contaminantes y aunque algunos
métodos titulométricos se pueden usar con el mismo fin (en este estudio para
determinación de Ag), las interferencias se hacen muchos más evidentes y el método es
menos sensible.
57
7. BIBLIOGRAFÍA
AKAL SOLMAZ, Seval; ÜSTÜN, Gökhan Ekrem y BIRGÜL, Askın. Treatability studies with
chemical precipitation and ion exchange for an organized industrial district (OID) effluent in
Bursa, Turkey. Desalination 217. 2007
ALOUI, Fathi; KCHAOU, Sonia y SAYADI, Sami. Physicochemical treatments of anionic
surfactants wastewater: Effect on aerobic biodegradability.Journal of Hazardous Materials
164. 2009
AMUDA, O. S. y AMOO I. A. Coagulation/flocculation process and sludge conditioning in