BIOSORCIÓN DE COLORANTES EN AGUAS TEXTILES RESIDUALES
MEDIANTE OPUNTIA SP / AGAVE TEQUILANA
Clave: CIN2018A10118
Centro Universitario México
Cadena Garrido, Georgina Cassandra; Ibarra Rojas, Yaretzet Amiyatzin; Pereda
Díaz, Alejandra de los Ángeles y Ángeles Bolaños Frida.
Asesor: Domínguez Flores, Orlando
Área de conocimiento: Ciencias biológicas y de la salud
Disciplinas: Medio ambiente
Tipo de investigación: Experimental
Ciudad de México, Agosto 2017- Febrero 2018
Indice
Resumen ejecutivo 2
Introducción 4
Fundamentación teórica 5
Metodología 9
Resultados 10
Conclusiones 13
Aparato critico 13
Resumen
1
El proyecto a continuación busca solucionar una problemática internacional con
gran impacto ecológico, la industria textil es una de las más importantes de
nuestro país y la contaminación del agua producida por estas industrias genera
cambios muy grandes en el medio ambiente, estas industrias desechan grandes
cantidades de aguas residuales, que contienen altas concentraciones de
colorantes tipo “azo”, los cuales para ser eliminados del agua requieren procesos
químicos costosos por lo que algunas fábricas prefieren evitar este proceso . Se
propuso una alternativa de tratamiento de biosorción, utilizando opuntia y agave
tequilana, que son considerados comunes en México; se logró un tratamiento que
genera una biosorción del colorante suspendido en el agua residual. Nuestro
objetivo es degradar el colorante del agua residual para así poder utilizarla
posteriormente en más procesos de tinción de ropa. Se utilizará un
Espectrofotómetro de UV HACH para medir la efectividad del tratamiento en
diversas formas de aplicación, comprobando la precipitación del colorante,
eliminando esta forma de contaminación del agua. La metodología que
empleamos fue la obtención de colorantes (Azul mezclilla (659), Rojo escarlata
(604), Castaño Oscuro (626) y Rosa Mexicano (613)), y después escalamos a 6 gr
por litro cada colorante para después hacer el prototipo de agua residual textil.
En cuanto a la opuntia sp y el agave tequilana hicimos una comparación entre el
agave y el opuntia crudos y hervidos para saber si al hervirlos o al ponerlos crudos
tenían mayor eficacia lo cual que arrojo resultados en que al hervirlos son más
eficientes. El proceso se emplea cortándolos en trozos, poniéndolos a hervir y
después licuarlos y así escalar las muestras de opuntia sp y agave tequilana a 20,
25, 30, 35, y 40 gr según corresponda en 100 ml de agua en diferentes tubos de
ensaye. Una vez hecho esto, las muestras previamente preparadas se
almacenaban en un cuarto aislado para evitar el contacto con la luz solar por un
tiempo de 3 semanas para la biosorción del colorante, como proceso final se
analizaron las muestras utilizando el espectrofotómetro UV/VIS Modelo HACH
Lambda 40 Marca PerkinElmer de Docencia del departamento de Ciencias
Básicas e Ingeniería (CBI) de la UAM-I. Para obtener resultados realizamos
distintas concentraciones, ocupamos una simulación de agua residual, elaboramos
2
grupos con diferentes concentraciones de nopal y agave que permanecieron 3
semanas para la biosorción del colorante. Comprobamos que la biosorción más
eficiente fue los 25g/100 ml de opuntia, y 53g/100 m de agave tequilana de
simulación, ya que, al someterlas al espectrofotómetro de UV, éste dio resultados
negativos, lo cual quiere decir que en efecto, hubo degradación de colorante por
parte de opuntia y agave tequilana.
Eventualmente analizaremos la biosorción con diferente materia orgánica como el
rábano, papa y chayote
Abstract
The project later seeks to solve an international problematics with great ecological
impact, the pollution of the water produced by the textile industries,important
industries in Mexico and all over the world that there reject big quantities of waste
of water, which contains high concentrations of colourings type "azo", which to be
eliminated of the water need chemical costly processes. One purpose of an
alternative of treatment of biosorción, is using opuntia and agave tequilana, that
are considered to be common in Mexico; there was achieved a treatment that
generates a biosorción of the colouring suspended in the residual water. A
Spectrophotometer of UV HACH will be in use for measure the efficiency of the
treatment in many ways of application, verifying the rainfall of the colouring,
eliminating this form of pollution of the water.
Palabras clave:
Problemática, impacto ecológico, industrias textiles, aguas residuales, biosorción,
opuntia, agave tequilana, Espectrofotómetro de UV HACH, efectividad,
precipitación.
Introducción:
Planteamiento del problema:
3
La contaminación industrial a menudo puede significar productos químicos
peligrosos fuera de control. Las descargas o emisiones provienen de fugas de
fabricación de los procesos de producción, se escapan mientras se usa el
producto, o se emiten después de tirar el producto como basura. Muchos de los
productos químicos que se producen cuando se fabrican productos tienen
propiedades peligrosas intrínsecas. Podrían hacerse a propósito o
involuntariamente, pero la mayoría nunca ocurriría naturalmente. Los productos
químicos peligrosos no pueden manejarse lo suficientemente bien con técnicas de
"fin de tubería", incluidas las plantas de tratamiento de aguas residuales
comunes. Y muchos pueden hacer daño durante mucho tiempo y lejos de su
origen. Pueden viajar largas distancias y acumularse a lo largo de las cadenas
alimentarias, lo que finalmente envenena nuestro propio suministro de alimentos.
Se creó un tratamiento de remoción del colorante en aguas residuales de la
industria textil a base de nopal y agave previamente hervido (opuntia y agave
tequilana); comparamos cuál tiene mayor eficacia. ¿Cómo lograr remover
colorantes textiles en el agua? ¿El agave es mejor removedor de colorante que el
nopal? Conocemos las propiedades del opuntia y agave tequilana, los cuales
tienen fibras solubles e insolubles, por lo que podemos usar como biosorbente;
para remover el colorante en el agua residual textil.
Objetivos
1. Identificar si el opuntia y el agave tequilana tiene las propiedades para
precipitar el colorante de las aguas residuales de las industrias textiles
mexicanas.2. Absorber el colorante del agua usando opuntia y agave tequilana3. Comparar la eficacia para degradar el colorante entre el opuntia y agave
tequilana.4. Analizar la efectividad del tratamiento mediante el uso de un
espectrofotómetro, para medir la absorbancia del agua tratada.
Fundamentación teórica:
4
Marco Teórico:
Industrias textiles mexicanas
La industria textil es una de las más importantes de nuestro país. Sin embargo, es
una de las industrias con mayor consumo de agua y las aguas residuales que se
generan contienen un gran número de contaminantes de diferente naturaleza.
Entre los contaminantes se destacan los colorantes. Estos compuestos se diseñan
para ser altamente resistentes, incluso a la degradación microbiana, por lo que
son difíciles de eliminar en las plantas de tratamiento convencionales.
En términos de población, el consumo medio en el mundo de colorantes por
persona al año es de alrededor de 200 gramos.
En los países desarrollados puede llegar hasta 600 o 700 g/persona, teniendo un
uso por aplicación del 60% en la industria textil, 25% en pinturas y tintas
(pigmentos), y el resto en el teñido de papel, cuero, alimentos y otros.
INDUSTRIACANTIDAD DE AGUAGENERADA (M3/TON)
CONCENTRACIÓN DE COLOR (UNIDADESHAZEN)
AZUCARERA 0.4 M3/TON CAÑA TRITURADA 150-200
CERVECERÍA 0.25 M3/TON CERVEZA PRODUCIDA 200-300
DESTILERÍA 12 M3/TON DE ALCOHOL PRODUCIDO 200-300
CURTIDO 28 M3/TON DE PIEL 400-500
PULPA Y PAPEL 175 M3/TON DE PAPEL 100-600
TEXTIL 120 M3/TON DE FIBRA 1100-1300
Tabla 1. Mostrando la cantidad de agua y concentración de color generadas por
las diversas industrias.
Aguas residuales de las industrias textiles mexicanas
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Están presentes concentraciones significativas de metales pesados, como cromo,
cobre, zinc, níquel o plomo. En el proceso de fabricación de la fibra natural, el
agua residual puede contener pesticidas y contaminantes microbiológicos, como
bacterias, hongos y otros patógenos. Así como colorante. Estos metales pueden
acumularse en el cuerpo a lo largo del tiempo y son altamente tóxicos, con efectos
irreversibles, incluyendo lesiones del sistema nervioso (plomo y mercurio) o los
riñones (cadmio). El cadmio también está asociado a enfermedades
cancerígenas...
CLASE DE COLORANTE METALES
Directo CobreReactivo Cobre y níquelÁcidos Cobre, cromo, cobaltoPremetalizados Cobre, cromo, cobaltoMordante Cromo
Tabla 2. Metales típicos encontrados en colorantes (Bae et al., 2006).
Tabla 2 con datos de pH, sólidos suspendidos, sólidos totales, oxígeno disuelto,
DBO, DQO en el agua residuales de la industria textil.
Colorantes utilizados en las industrias textiles mexicanas
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Los colorantes son sustancias orgánicas fluorescentes o de color intenso que
imparten color a una sustancia incolora o bien, a un sustrato por medio de una
absorción selectiva de luz.
Los colorantes están formados por un grupo de átomos responsables del color
(cromóforos). Los grupos cromóforos más comunes son los azo (-N=N-), carbonilo
( C=O), metilo (-CH3), nitro y grupos quinoides.
Sus moléculas están constituidas por tres grupos funcionales, el cromóforo, que es
el grupo responsable de la absorción de la luz, dándole la propiedad del color a la
molécula; los auxocromos, que le dan afinidad por la fibra e intensifican el color, y
por último, el solubilizado, que le da afinidad a solventes diversos y está dado por
la presencia de iones como: -SO3 –Na+, -NH3+Cl-, -SO2-NH2+,-O+Na+. Los
colorantes también se clasifican de acuerdo a su aplicación: directos, reactivos,
dispersos, entre otros (Christie, 2001 y Días et al., 2007).
Sustancias nocivas en el colorante para el agua
Alquifenoles (Se utilizan en la industria textil para procesos de lavado y teñido.
Son tóxicos para la vida acuática, persistentes en el medioambiente y
biocumulativos en los tejidos corporales. Son similares a las hormonas naturales
como el estrógeno, es decir, son disrupciones hormonales de carácter sexual en
algunos organismos (por ejemplo, la feminización de peces))
Ftalatos, Retardantes de llama bromados y clorados, Perfluorados, Parafinas
cloradas de cadena corta (PCCC), Clorofenoles, Clorobencenos, Colorantes
azoicos (son uno de los principales tipos de tintes utilizados por la industria
textil.Efectos: Algunos tintes azoicos al degradarse durante el uso liberan
sustancias químicas conocidas como aminas aromáticas, algunas de las cuales
pueden causar cáncer al entrar en contacto con la piel. La Unión Europea ha
prohibido el uso de estos colorantes azoicos), principalmente.
7
Biosorción
Un método para la remoción del color de efluentes en varios materiales como:
aserrín, carbón activado, arcillas, suelos, composta, lodos activados, comunidades
vegetales, polímeros sintéticos o sales inorgánicas coagulantes (Chandran et al.
2002). Al proceso que utiliza a la biomasa, se le conoce como biosorción; en este
proceso la decoloración se alcanza por la saturación y posterior biosorción del
colorante sobre las células, ocurriendo esto con o sin biodegradación del
contaminante.
El espectrofotómetro es un aparato que mide en función de la longitud de onda la
absorbancia de una muestra, cuyo resultado puede ser utilizado para determinar la
cantidad de colorante presente en una muestra.
Imagen 3. Espectrofotómetro UV/VIS Modelo Lambda 40 Marca PerkinElmer de
Docencia del departamento de Ciencias Básicas e Ingeniería (CBI) de la UAM-XI
Imagen 4. Funcionamiento del espectrofotómetro
Colores de la luz visible
Longitud de ondade máxima
Color absorbido Color observado
8
absorción (nm)
380-420 Violeta Amarillo-verde
420-440 Azul-violeta Amarillo
440-470 Azul Anaranjado
470-500 Verde-azul Rojo
500-520 Verde Purpura
520-575 Amarillo-verde Violeta
Tabla 3. Color observado y absorbido en función de la longitud de concentración
Hipótesis
Si conocemos las propiedades de un agua residual de industria textil, donde tienen
colorantes tipo azo, entonces podemos ocupar un método para degradar el
colorante de manera orgánica.
Metodología
1. Obtención de colorantes
· Azul mezclilla (659)
· Rojo escarlata (604)
· Castaño Oscuro (626)
· Rosa Mexicano (613)
2. Pesar 6 gr de cada colorante textil (mariposa)
3. Mezclar los 4 colorantes con 1000 ml de agua destilada para generar la
simulación de agua residual.
4. Obtención de opuntia sp y agave tequilana.
5. Reducción de opuntia sp y agave tequilana.
6. Calentar la materia orgánica con 500 ml de agua destilada
9
7. Establecer unas series de muestras donde se mantiene una simulación de 100
ml y variar las cantidades de materia orgánica de 10gr, empezando en 3gr (con
agave) y de 5 gr empezando en 25 gr (con opuntia)
8. Se almaceno en un cuarto aislado para evitar contacto con la luz solar.
9. Se proporcionó un tiempo de 3 semanas para la biosorción del colorante.
10. Se analizaron las muestras utilizando el espectrofotómetro UV/VIS Modelo
Lambda 40 Marca PerkinElmer de Docencia del departamento de Ciencias
Básicas
e Ingeniería (CBI) de la UAM-I
11. Se filtró agua sin colorante y los lodos orgánicos con olor tipo azo.
13. El agua residual se ocupa para teñir nuevas telas.
Resultados
En los resultados obtenidos realizamos distintas concentraciones, ocupando una
simulación de agua residual (agua destilada-colorante), elaborando grupos con
diferentes concentraciones de nopal y agave (previamente hervidos),
permaneciendo en 100 ml de agua residual con 33gr, 43 gr, 53 gr y 63 gr agave
tequilana. 25 gr, 30 gr, 35 gr, y 40 gr de opuntia sp. Comprobando que la
biosorción más eficiente fue los 25g/100 ml de opuntia, y 53g/100 m de agave de
simulación.
Colorante (ml)
%V/V
Opuntia (gr)
%V/V
una semana después
2 semanas
3 semanas
100 100 25 0.25 sin cambios Al filtrar,se obtuvieron cambios positivos pues la absorción
10
aparentemente fue positiva.
100 100 30 0.3 sin cambios100 100 35 0.35 sin cambios 100 100 40 0.4 sin cambios
Figura 1. Primera semana chayote / nopal
Colorante (ml)
%V/V
Agave tequilana (gr)
%V/V
1 semanadespués
2 semanas
3 semanas
4 semanas
100 100 33 0.33 sin cambios
sin cambios
morado
100 100 43 0.43 sin cambios
sin cambios
morado
100 100 53 0.53 sin cambios
sin cambios
amarillo obscuro
100 100 63 0.63 sin cambios
morado color amarillo
11
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Semana 1, maguey Semana 2, maguey Semana 3, maguey
Gráfica 1. Absorbancia de las muestras de los grupos experimentales en función de la concentración C (g/ml)
Conclusiones
Aunque todavía se siguen obteniendo resultados decidimos ocupar otro tipo de
materia orgánica (papa, chayote y rábano). Nos dimos cuenta que la proporción
correcta tanto del nopal de 25 g/100 ml y del maguey era de 0.53 gr por 100 ml. Al
incrementar la escala de 750 g por 500 ml respecto a la escala anterior concluimos
que es eficiente dicha proporción. Además tenemos pensado ocupar la materia
orgánica sobrante para producir papel a partir de la celulosa que este genere,
recordando que cualquier cosa orgánica tiene celulosa pero esta podría tener un
incremento de celulosa. El método que utilizamos es eficiente en cuanto a que se
lograron cambios positivos en el agua residual que fabricamos a partir de agua
destilada y colorantes textiles.
Aparato crítico:
FICHAS BIBLIOGRÁFICAS
● Anjaneyulu Y., Sreedhara-Chary N. y Suman-Raj S., 2005. Decolourization
of industrial effluents – available methods and emerging technologies – a
review. Rev. Environ. Sci. Technol., 4, 245–273.● Chung K.T. y Stevens S.E.J., 1993. Decolourisation of azo dyes by
environmental microorganisms and helminthes. Environ. Toxicol. Chem., 12,
2121–2132.● De Moraes S.G., Freire R.S. y Duran N., 2000. Degradation and toxicity
reduction of textile effluent by combined photocatalytic and ozonation
processes. Chemosphere, 40, 369-373.● Dias A.D., Sampaio A. y Bezerra R.M., 2007. Environmental applications of
fungal and plant systems: decolourisation of textile wastewater and related
dyestuffs. En Environmental Bioremediation Technologies (Editores Singh
S.N. yTripathi R.D.) Springer Berlin Heidelberg, 445-463.
13
● Kuhad R.C., Sood N., Tripathi K.K., Singh A. y Ward O.P., 2004.
Developments in microbial methods for the treatment of dye effluents. Adv.
Appl. Microbiol., 56, 185-213.● Vargas Rodríguez, M., Cabañas Vargas, D, Gamboa Marrufo, M.,
Domínguez Benetton, X., Evaluación del proceso de biosorción con
cáscaras de naranja para la eliminación del colorante comercial Lanasol
Navy CE en aguas residuales de la industria textil. Ingeniería [en linea]
2009, 13 (Septiembre-Diciembre) : [Fecha de consulta: 16 de febrero de
2018] Disponible en:<http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=46712187005>
ISSN 1665-529X● Cañizares-Villanueva R. Biosorción de metales pesados mediante el uso de
biomasa microbiana. Revista Latinoamericana de Microbiología (2000).
42:131-143. Recuperado de: http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-
2000/mi003f.pdf● Atkinson, B. W., F. Bux y H. C. Kassan. 1998. Consid- erations for
application of biosorption technology to remediate metal-contaminated
industrial effluents. Wa-ter SA. 24:129-135.
14