UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA
Tema
APLICACIÓN DE FOTOCATALISIS HETEROGENEA Y ELECTROCOAGULACION
EN DEPURACION DE CROMO Y CADMIO EN AGUA RESIDUAL PROVENIENTE
DE UNA INDUSTRIA METALMECANICA.
Autores
BERMUDEZ ERRAZURIZ MICHELLE DOLORES
SALAZAR CUELLAR SULY ANDREA
Tutor
TUTOR: MARTHA MIRELLA BERMEO GARAY
Guayaquil, Septiembre 2019
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROYECTO PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OPTAR POR EL TÌTULO DE
INGENÍERO QUÌMICO
TITULO
¨Aplicación de fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación en depuración de cromo y
cadmio en agua residual proveniente de una industria metalmecánica¨
AUTOR(ES):
Bermúdez Errázuriz Michelle Dolores
Salazar Cuellar Suly Andrea
DIRECTOR DE TRABAJO DE TITULACION
Dra. Martha Mirella Bermeo Garay
Guayaquil Ecuador
2019_ 2020
ii
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN TÍTULO Y SUBTÍTULO: Aplicación de fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación en
depuración de cromo y cadmio en agua residual proveniente de una
industria metalmecánica AUTOR(ES)
(Apellidos/Nombres): Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz y Suly Andrea Salazar Cuellar
REVISOR(ES)/TUTOR(ES)
(Apellidos/Nombres) Tutor: Dra. Martha Mirella Bermeo Garay
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil UNIDAD/FACULTAD: Ingeniería Química
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD: Ingeniería Química
GRADO OBTENIDO: Ingeniero(a) Químico (a)
FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE
PÁGINAS: 145
ÁREAS TEMÁTICAS: Tratamiento de las aguas residuales
PALABRAS CLAVES/
KEYWORDS: Palabras clave: electrocoagulación, fotocatálisis, efluente metalmecánica,
depuración de cromo y cadmio.
RESUMEN/ABSTRACT: En la presente investigación se analizan los procesos de electrocoagulación y
fotocatálisis heterogénea para observar el comportamiento de los metales pesados en agua residual que
proviene de una industria metalmecánica ubicada en la ciudad de Guayaquil, con el objetivo de reducir los
contaminantes cadmio y cromo hasta los límites permisibles estipulados en la normativa Ecuatoriana de
descargas de efluentes a alcantarillado. El trabajo experimental se realizó en el laboratorio de aguas de la
Universidad de Guayaquil donde se diseñó dos prototipos de reactor para los dos procesos, un reactor tipo
batch con capacidad de 6 litros, el otro reactor con el mismo volumen y diseño de recirculación, además se
construyó un conjunto de 10 placas bipolares de hierro, por otro lado se dimensionó el uso de radiación UV
artificial central por medio de una lámpara de cuarzo, con cubierta concéntrica de PVC, se trabajó
sumergiendo las placas de hierro en 5 litros de agua cruda a temperatura ambiente, pH = 4.58, voltaje,
(15, 18, 20), intensidad variada según voltaje (Amperios), y tiempo de trabajo (3,4 y 5 min), añadiendo en
fotocatálisis UV/ TiO2,/ H2O2 .Obteniendo así la reducción de cromo hexavalente en un 99. 7 % y cadmio
99.5 % en 15 voltios y 4.5 amperios durante 5 min en temperatura ambiente.
ADJUNTO PDF: Si No
CONTACTO
CON AUTOR/ES:
Teléfonos:
Michelle Bermúdez : 0939262725
Suly Salazar: 0982603656
E-mail:
[email protected] CONTACTO CON LA
INSTITUCIÓN: Nombre: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
Teléfono: (04) 228-7072, 228-7258, 222-8695, 228-4505
E-mail: [email protected]
iii
CERTIFICADO DE PORCENTAJE DE SIMILITUD
iv
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR
v
LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL
USO NO COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS.
vi
AGRADECIMIENTOS
Decir gracias es una simple palabra a todo lo que siento y deseo declarar, el haber llegado a
este punto es muy satisfactorio y una meta más cumplida.
Es para mí un honor agradecer a Dios por darme vida y salud y por escuchar mis oraciones
cuando sentí que nada estaba bien.
A mis padres por hacer posible este sueño, por su trabajo, constancia, por sus deseos de
superación y por sus consejos que siempre estuvieron presentes a lo largo de mi carrera.
A mis hermanas y a mi sobrinita que constantemente estuvieron dispuestas a arrimar el
hombro en tiempos de apuro y problemas.
A mi novio que ha estado presente desde antes que empezara toda esta travesía siempre con
su cariño y paciencia.
A todos mis amigos y compañeros que de una u otra forma estuvieron conmigo a lo largo de
mi carrera, en especial a mi compañera de tesis que estuvo en toda circunstancia siendo
parte primordial para poder ultimar esta investigación.
Finalmente agradecer a mis profesores por compartir sus conocimientos en estos 5 años,
personalmente a mi tutora de tesis la Dra. Mirella Bermeo por sus consejos y experiencias
para poder lograr este trabajo, y a todos aquellos que participaron en este trabajo de
investigación.
GRACIAS PERDURABLES A TODOS.
Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz
vii
DEDICATORIA
Con mucho cariño y satisfacción dedico este trabajo de investigación a mi familia que es
muy pequeñita pero llena de amor.
Dedico este trabajo a mi papá el Sr. Gastón Bermúdez y mi mamá la Sra. Mónica Errázuriz
por todo el apoyo incondicional que me brindan esperando que este proyecto sea motivo de
orgullo y alegría para ellos.
A mis hermanas Ruddy Bermúdez, Mayra Bermúdez y a mi sobrinita Sofía Cedeño por
brindarme sus sonrisas, buenos deseos, y, saber que puedo ser un modelo a seguir para ellas
es que llega a tener valor tanto esfuerzo.
A mi novio Christian Falcones por ser quien llena mi corazón de amor y por siempre creer
en mí hasta cuando yo misma dudaba.
Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz
viii
AGRADECIMIENTOS
Doy gracias infinitas a Dios por la recompensa maravillosa de la vida, por bendecirme
continuamente y permitirme alcanzar una meta más en mí vida.
Agradezco a mis padres por ser la fuerza impulsadora, mí guía en cada paso dado, por su
constancia, apoyo emocional y financiero, ya que sin ellos nada de esto sería factible.
A mis seres queridos y al amor, por ser un aliciente diario que contribuyeron a lograr mis
metas personales y académicas, también doy gracias a mis amigos y compañeros de clases
por momentos de complicidad y alegrías.
Agradezco además a mis Docentes y amigos por las enseñanzas impartidas durante el
transcurso de mis estudios universitarios, en especial a mi tutora de tesis la Dra. Mirella
Bermeo Garay por contribuir en mis conocimientos, por los consejos y augurarme éxito en
mi vida profesional.
Por todo esto muchas gracias.
Suly Andrea Salazar Cuellar
ix
DEDICATORIA
Con alegría y humildad dedico este trabajo a Dios mi guía y guardián espiritual, por llenarme
de endereza y fortaleza para alcanzar mis metas.
También dedicó este gran logro a mi familia, por su amor infinito, respaldo y confianza en
todas las decisiones de mí vida. Además, por ser la motivación diaria de mis triunfos y hacer
de mi un reflejo de sus enseñanzas y valores.
A mis maestros, amigos y compañeros que estuvieron a mi lado, al brindarme su compañía,
consejos y amistad durante estos años.
Suly Andrea Salazar Cuellar
x
INDICE
CERTIFICADO DE PORCENTAJE DE SIMILITUD ........................................................... iii
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR ........................................................................... iv
LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO
COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS. .......................................... v
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................ vi
DEDICATORIA ...................................................................................................................... vii
AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... viii
DEDICATORIA ....................................................................................................................... ix
INDICE DE FIGURAS ........................................................................................................... xiv
INDICE DE TABLAS ............................................................................................................. xv
RESUMEN ............................................................................................................................. xvii
ABSTRACT ......................................................................................................................... xviii
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1
CAPÍTULO I .............................................................................................................................. 2
1. Tema ............................................................................................................................... 2
1.1 planteamiento o diseño del problema ........................................................................... 2
1.2 Sistematización y formulación de la investigación .......................................................... 3
1.2.1 Sistematización del problema de investigación ........................................................ 3
1.3 Formulación del problema de indagación ........................................................................ 3
1.4 justificación de la investigación ....................................................................................... 3
1.4.1 Justificación Teórica ................................................................................................. 3
1.4.2 Justificación Metodológica ....................................................................................... 4
1.4.3 Justificación práctica ................................................................................................. 5
1.5 Objetivos de la investigación ........................................................................................... 5
1.5.1 Objetivo general ........................................................................................................ 5
1.5.2 Objetivos específicos ........................................................................................... 5
1.6 Delimitación de la investigación ...................................................................................... 6
1.6.1. Delimitación Espacial .............................................................................................. 6
1.6.2 Delimitación Temporal ............................................................................................. 7
1.6.3 Delimitación de contenido ........................................................................................ 7
1.8 Variables del proyecto ..................................................................................................... 8
1.8.1 Variable Independiente: ............................................................................................ 8
1.8.2 Variable Dependiente: ............................................................................................... 8
1.9 Cuadro de operacionalización .......................................................................................... 9
xi
CAPITULO II .......................................................................................................................... 10
2 Marco Referencial ......................................................................................................... 10
2.1 Antecedentes .............................................................................................................. 10
2.1.1 Antecedentes de electrocoagulación ....................................................................... 11
2.1.2 Antecedentes de fotocatálisis heterogénea: ............................................................. 11
2.5 Marco teórico ............................................................................................................ 12
2.2.1 Industrias metalmecánicas ...................................................................................... 12
2.2.2 Recubrimientos metálicos ....................................................................................... 13
2.2.3 Proceso de recubrimientos metálicos. ..................................................................... 13
Diagrama de flujo del proceso de recubrimientos metálicos ................................................... 14
2.2.4 Metales pesados ...................................................................................................... 16
2.2.5 Cadmio .................................................................................................................... 18
2.2.6 Aplicaciones del cadmio ....................................................................................... 18
2.2.7 Afectaciones a la salud y al medio ambiente de cadmio ......................................... 19
2.2.8 Cromo .................................................................................................................... 20
2.2.9 Aplicaciones del cromo ........................................................................................... 21
2.2.10 Afectaciones en salud y en el medio ambiente del cromo .................................... 22
2.2.11 Procesos de oxidación avanzada ........................................................................... 24
2.2.12 Electrocoagulación ................................................................................................ 27
2.2.13 Reacciones involucradas en la electrocoagulación ............................................... 29
2.2.14 Procesos que conforman la electrocoagulación .................................................... 31
2.2.15 Configuración de los electrodos ............................................................................ 33
2.2.16 Ley de Faraday ...................................................................................................... 34
2.2.17 Fotocatálisis homogénea ....................................................................................... 35
2.2.18 Fenton: .................................................................................................................. 36
2.2.19 Fenton Like ........................................................................................................... 37
2.2.19 Electro-Fenton ....................................................................................................... 39
2.2.20 Fotocatálisis heterogénea ...................................................................................... 40
2.2.21 Mecanismo de acción ............................................................................................ 40
2.2.22 Semiconductores ................................................................................................... 41
2.2.23 Dióxido de Titanio ................................................................................................ 43
2.2.24 Carbón activado .................................................................................................... 46
2.2.25 Rayos ultravioletas ................................................................................................ 47
2.3 Marco conceptual ........................................................................................................... 49
2.3.1 Metal pesado: .......................................................................................................... 49
xii
2.3.2 Electrocoagulación: ................................................................................................. 49
2.3.3 Electrodos ................................................................................................................ 49
2.3.4 Fotocatálisis heterogénea ........................................................................................ 50
2.3.5 Semiconductores: .................................................................................................... 50
2.3.6 Descargas permisibles ............................................................................................. 50
2.3.7 Marco contextual ..................................................................................................... 50
2.3.8 Marco legal ............................................................................................................. 51
2.3.9 Legislación sobre los metales pesados .................................................................... 51
2.3.10 Normas de descargas de efluentes al sistema de alcantarillado público ............... 51
2.3.11 Normas de descargas de efluentes a un cuerpo de agua o receptor: Agua dulce. . 52
2.3.12 Normas de descargas de efluentes a un cuerpo de agua marina ........................... 53
2.3.13 Permisos y sanciones ............................................................................................ 53
2.4 MARCO CONTEXTUAL ............................................................................................. 54
CAPÌTULO III ......................................................................................................................... 55
3. Marco metodológico ..................................................................................................... 55
3.1 Diseño de la investigación ......................................................................................... 55
3.2 Parámetros según las variables ...................................................................................... 55
3.3 Factores experimentales ................................................................................................. 56
3.3.1 Materiales utilizados en el proceso ......................................................................... 57
3.3.2 Técnica .................................................................................................................... 58
3.4 Dimensionamiento del equipo ....................................................................................... 58
3.5 Experimentación con el equipo de electrocoagulación. .............................................. 61
3.6 Experimentación con el equipo de fotocatálisis heterogénea ........................................ 61
3.7 Diseño de los procesos de electrocoagulación y fotocatálisis heterogénea. .................. 62
3.7.1 Reactor foto catalítico a escala piloto ..................................................................... 62
3.7.2 Solución dióxido de Titanio, Peróxido de Hidrogeno y carbón activado ............... 64
3.8 Proceso electrocoagulación y fotocatálisis heterogénea. ............................................... 65
3.9 Ingeniería de Procesos ................................................................................................... 67
CAPÍTULO IV ......................................................................................................................... 69
4. Análisis de los resultados .............................................................................................. 69
4.1 Determinación de la eficiencia ................................................................................... 70
4.2 Cálculos ...................................................................................................................... 71
4.3 Características físico químico del agua metalmecánica. ............................................ 74
4.4 Resultados de la experimentación con electrocoagulación. ........................................... 77
4.5 Resultados de la experimentación con fotocatálisis heterogénea. ................................. 78
xiii
4.6 Análisis de resultados ..................................................................................................... 89
CAPTITULO V ........................................................................................................................ 91
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIÓN ................................................................ 91
5.1 RECOMENDACIÓN ................................................................................................. 92
5.2 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 93
NOMENCLATURA .......................................................................................................... 101
ANEXOS ............................................................................................................................... 102
ANEXO I ............................................................................................................................... 103
ANEXO II .............................................................................................................................. 115
ANEXO III ............................................................................................................................. 118
xiv
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química ................................................. 6
Figura 2: Mecanismo de electrocoagulación con metal ...................................................... 28
Figura 3: Procesos involucrados en un reactor de electrocoagulación ............................. 31
Figura 4: Reactor tipo batch con el proceso de electro-fenton .......................................... 39
Figura 5: Energía de banda gaps de diferentes materiales vs NHE .................................. 43
Figura 6: Estructuras cristalinas de las Fases de Dióxido de titanio. ............................... 44
Figura 7: Procesos fotocatalítico en el TiO2 con luz UV .................................................... 44
Figura 8: Paquetes de electrodo............................................................................................ 59
Figura 9: Diseño del reactor con radiación UV................................................................... 63
Figura 10: Diseño experimental en electrocoagulación ...................................................... 65
Figura 11: Diseño experimental en fotocatálisis heterogénea ............................................ 66
Figura 12: Diagrama de flujo de procesos electrocoagulación y fotocatálisis .................. 67
Figura 13: Diagrama de equipo de electrocoagulación. ..................................................... 68
Figura 14: Diagrama de equipo de fotocatálisis heterogénea. ........................................... 68
Figura 15: Determinación del % remoción para electrocoagulación. .............................. 74
Figura 16: Determinación del % remoción, fotocatálisis heterogénea. ........................... 75
Figura 17: Determinación del % remoción de la caracterización final del proceso. ...... 76
Figura 18: Normativa Ecuatoriana De Descargas De Efluentes ..................................... 112
Figura 19: Límites de descarga a un cuerpo dulce ........................................................... 113
Figura 20: Límites de descarga a un cuerpo de agua marina .......................................... 114
Figura 21: Pruebas del trabajo de investigación ............................................................... 115
Figura 22: Caracterización de la muestra inicial del agua residual proveniente de una
industria metalmecánica ............................................................................................. 118
Figura 23: Caracterización de la muestra inicial del agua residual proveniente de una
industria metalmecánica para cadmio. ...................................................................... 119
Figura 24: Caracterización de la muestra intermedia del agua residual proveniente de
una industria metalmecánica para cadmio. (Antes del tratamiento con carbón
activado) ........................................................................................................................ 119
Figura 25: Caracterización de la muestra final del agua residual proveniente de una
industria metalmecánica. ............................................................................................ 119
file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817708file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817709file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817710file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817711file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817712file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817713file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817714file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817715file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817716file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817717file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817718file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817719file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817720file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817721file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817722file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817722file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817723file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817723file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817724file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817724file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817724file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817725file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817725
xv
Figura 26: Caracterización de la muestra final del agua residual proveniente de una
industria metalmecánica para cadmio. ...................................................................... 119
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Operacionalización de variables dependientes e independientes ......................... 9
Tabla 2: Características de Baños de Recubrimientos metálicos ...................................... 14
Tabla 3: Actividades industriales que generan residuos de metales pesados ................... 17
Tabla 4: Potenciales de acción de las diferentes especies que se utilizan como agentes
AOP ................................................................................................................................. 26
Tabla 5: Semiconductores minerales con contenido de Hierro ......................................... 42
Tabla 6: Tipos de luz.............................................................................................................. 48
Tabla 7: Límites de descarga al sistema de alcantarillado público ................................... 52
Tabla 8: Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce ................................................... 52
Tabla 9: Límites de descarga a un cuerpo de agua marina ............................................... 53
Tabla 10: Parámetros del proceso ........................................................................................ 56
Tabla 11: Factores respuestas de experimentación ............................................................ 56
Tabla 12: Reactivos ................................................................................................................ 57
Tabla 13: Materiales .............................................................................................................. 57
Tabla 14: Equipos .................................................................................................................. 58
Tabla 15: dimensiones de las placas para electrocoagulación y fotocatálisis ................... 58
Tabla 16: Dimensiones de reactores para el proceso de electrocoagulación .................... 59
Tabla 17: Dimensiones de reactores para el proceso de fotocatálisis ................................ 60
Tabla 18: Dimensiones del revestimiento concéntrico y lámpara UV. ............................. 60
Tabla 19: Caracterización inicial del agua residual proveniente de una industria
metalmecánica. ............................................................................................................... 69
Tabla 20: Prueba 1 ................................................................................................................. 77
Tabla 21: Prueba 2 ................................................................................................................. 78
Tabla 22: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de cromo. . 79
Tabla 23: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de Cadmio 83
Tabla 24: Potencial de hidrogeno ......................................................................................... 87
file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817726file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817726
xvi
Tabla 25: Resultados de caracterización final del agua residual proveniente de una
industria metalmecánica. .............................................................................................. 88
Tabla 26: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de color ... 103
Tabla 27: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de dureza 106
Tabla 28: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de turbidez.109
xvii
¨Aplicación de fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación en depuración de cromo y
cadmio en agua residual proveniente de una industria metalmecánica¨
AUTOR: Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz
Suly Andrea Salazar Cuellar
TUTOR: Dra. Mirella Bermeo Garay
RESUMEN
En la presente investigación se analizan los procesos de electrocoagulación y fotocatálisis
heterogénea para observar el comportamiento de los metales pesados en agua residual que
proviene de una industria metalmecánica ubicada en la ciudad de Guayaquil, con el objetivo
de reducir los contaminantes cadmio y cromo hasta los límites permisibles estipulados en la
normativa ecuatoriana de descargas de efluentes a alcantarillado. El trabajo experimental se
realizó en el laboratorio de aguas de la Universidad de Guayaquil donde se diseñó dos
prototipos de reactor para los dos procesos, un reactor tipo batch con capacidad de 6 litros, el
otro reactor con el mismo volumen y diseño de recirculación, además se construyó un
conjunto de 10 placas bipolares de hierro, por otro lado se dimensionó el uso de radiación UV
artificial central por medio de una lámpara de cuarzo, con cubierta concéntrica de PVC, se
trabajó sumergiendo las placas de hierro en 5 litros de agua cruda a temperatura ambiente,
pH = 4.58, voltaje, (15, 18, 20), intensidad variada según voltaje (Amperios), y tiempo de
trabajo (3,4 y 5 min), añadiendo en fotocatálisis UV/ TiO2,/ H2O2 .Obteniendo así la
reducción de cromo hexavalente en un 99. 7 % y cadmio 99.5 % en 15 voltios y 4.5 amperios
durante 5 min en temperatura ambiente.
Palabras clave: electrocoagulación, fotocatálisis, efluente metalmecánica, depuración de
cromo y cadmio.
xviii
¨Application of heterogeneous photocatalysis and electrocoagulation in chromium and
cadmium purification in wastewater from a metalworking industry¨
AUTHOR: Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz
Suly Andrea Salazar Cuéllar
TUTOR: Dr. Martha Bermeo Garay
ABSTRACT
In the present investigation, the heterogeneous electrocoagulation and photocatalysis
processes are analyzed to observe the behavior of heavy metals in wastewater detected by a
metalworking industry located in the city of Guayaquil, with the aim of reducing cadmium
and chromium contaminants up to the permissible limits stipulated in the Ecuadorian
regulations for effluent discharges into sewers. The experimental work was carried out in the
water laboratory of the University of Guayaquil, where two reactor prototypes were designed
for the two processes, a 6-liter batch reactor, the other reactor with the same volume and
recirculation design, In addition, a set of 10 bipolar iron plates was built, on the other hand
the use of central artificial UV radiation was dimensioned by means of a quartz lamp, with
concentric PVC cover, the iron plates being submerged in 5 liters of raw water at room
temperature, pH = 4.58, voltage, (15, 18, 20), varying intensity according to voltage (Amps),
and working time (3.4 and 5 min), adding in UV / TiO2, / H2O2 photocatalysis. thus, the
reduction of hexavalent chromium in 99.7% and cadmium 99.5% in 15 volts and 4.5 amps for
5 min at room temperature.
Keywords: electrocoagulation, photocatalysis, metalworking effluent, chromium and
cadmium purification.
1
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de tesis tiene como principal objetivo investigar e identificar que métodos
son eficientes para la disminución o eliminación de contaminantes, para resolver la
problemática presente en las industrias que tras sus procesos presenta grandes cantidades de
contaminantes metales en sus desechos o efluentes finales. Este trabajo muestra el
comportamiento de los metales pesados cadmio y cromo que están en el efluente tras
someterlos a dos métodos de procesos de oxidación avanzada, planteados a diferentes
proporciones y una variabilidad previamente sustentada mediante la experimentación, cuya
caracterización inicial del agua residual y final de agua tratada fueron analizados por
laboratorios acreditados. Esta investigación busca soluciones alternativas que logren mitigar,
prevenir y evitar la contaminación del recurso agua, producto de los metales pesados que
tanto preocupa en estos tiempos y por la cuales se han realizado muchas investigaciones en
todo el mundo.(Al-Qodah & Al-Shannag, 2017)
Para el presente estudio se desea examinar los métodos de electrocoagulación y fotocatálisis
heterogénea, como tratamientos potencialmente eficaces y alternativos para la remoción de
metales pesados en un agua residual, en especial el cadmio y cromo que son altamente
tóxicos. Conjuntamente mostrar cómo trabajan estos dos procesos combinados, sustentando
su ejecución a partir de la teoría técnica y bibliográfica recopilada y estudiada con
anticipación, las mismas que nos ayudarán a validar y confirmar los resultados de la tesis. En
la fase experimental se efectúa la caracterización de una muestra de aguas residuales de una
industria metalmecánica de la ciudad de Guayaquil, Ecuador; donde se reporta los
contaminantes críticos para su posterior tratamiento y depuración. (Caviedes Rubio, Muñoz
Calderón, Perdomo Gualtero, Rodríguez Acosta, & Sandoval, 2015)
2
CAPÍTULO I
1. Tema
Aplicación de fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación en depuración de cromo y
cadmio en agua residual proveniente de una industria metalmecánica
1.1 planteamiento o diseño del problema
Para Ecuador la Normativa Técnica De Control De Descargas efluentes, son de gran
escala para el control y vigilancia del cumplimiento de la legislación ambiental nacional
por parte de las empresas, las cuales deben tratar sus efluentes antes de descargarlos a un
cuerpo receptor, las aguas residuales de industrias metalmecánicas tiene altos contenido de
diversos contaminantes entre ellos grasas y aceites, pinturas y diversos metales pesados,
lo que dificulta y eleva los costos de remoción para alcanzar los parámetros máximos
permisibles de descargas. (Ministerio del Ambiente, 2015).
Los procesos de tratamiento aceptados en el país por las empresas metalmecánicas, son
convencionales, que no siempre logran reducir los parámetros permisibles por la ley, en
especial los metales que son altamente tóxicos, siendo un inconveniente para las empresas
en términos ambientales, legales y económicos. (Álvarez Caiza, 2019). Es indispensable
la búsqueda y evaluación de nuevos métodos de aplicación a depuración de aguas
residuales procedente de las industrias metalmecánicas del país para aminorar el impacto
ambiental. Por lo tanto, esta investigación tiene como objeto la aplicación de fotocatálisis
heterogénea y electrocoagulación en depuración de cadmio y cromo en agua residual
proveniente de una industria metalmecánica.
3
1.2 Sistematización y formulación de la investigación
1.2.1 Sistematización del problema de investigación
El presente trabajo se desea realizar para encontrar los tratamientos más eficientes,
como los de oxidación avanzada para ser ejecutados en la remoción de cadmio y cromo en
el sistema de colector del efluente residual de la Metalmecánica, como alternativa de gran
relevancia económica y ambiental.
1.3 Formulación del problema de indagación
¿De qué manera intervienen los métodos de oxidación avanzada en la remoción de un
efluente residual una industria metalmecánica en el proceso de producción? ¿Será posible
la depuración de cromo y cadmio por los métodos propuestos?
1.4 justificación de la investigación
1.4.1 Justificación Teórica
Las industrias metalmecánicas constituidas en Ecuador se han acrecentado con el pasar
de los años debido al interés económico del sector privado y público, permitiendo elevar
el desarrollo y la sustentabilidad económica del país, según la Federación Ecuatoriana de
Industrias del Metal (FEDIMETAL), que asocia a las empresas del sector Siderúrgico y
Metalmecánico identificando un mercado variado cuyos subsectores son: Bienes de
capital, Eléctrico, Estructuras, de Fundición, Laminado, conformado y trefilado; y Partes,
piezas e insumos. (Caviedes Rubio et al., 2015)
Estas empresas utilizan diversos metales pesados que intervienen en su producción y
que son considerados altamente contaminantes, entre los cuales estos presentes metales
pesados como cromo, cadmio, arsénico, etc. Estos metales se consideran como persistentes
y de fácil acumulación. Por lo que las industrias metalmecánicas tienen parámetros
4
máximos permisibles de cromo y cadmio según la legislación ambiental las cuales deben
cumplirse según la NORMA AMBIENTAL DE CALIDAD DE
EFLUENTES: Recurso AGUA, para que no exista exceso de estos contaminantes y
puedan ser descargadas sin perjuicio al medio ambiente.(Ministerio del Ambiente, 2015)
1.4.2 Justificación Metodológica
La Depuración de cromo y cadmio se realizara por medio de dos métodos a escala
piloto implementado en la facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil,
el primer método consiste en un método electrolítico es decir conductores de corriente
(ánodo y cátodo) generando coagulantes y el segundo método es la fotocatálisis
heterogénea que consiste en otro reactor batch que se basa en la irradiación de
suspensiones de óxidos semiconductores, generalmente oxido de titanio y peróxido de
hidrogeno en presencia de los contaminantes que se desea degradar lo cual es el resultado
de un tipo de oxidación avanzada que realiza una descontaminación ambiental del agua
residual siendo eficiente en la remoción de metales pesados.
Estas sustancias contaminantes de las empresas metalmecánicas deben reducirse por
métodos que permitan disminuir su impacto ambiental entre las que tenemos la
electrocoagulación y la fotocatálisis heterogénea que mitigan en gran medida la
contaminación y el riesgo de afectación en las fuentes de aguas por la presencia de cadmio
y cromo.
5
1.4.3 Justificación práctica
La eficacia de dichos procesos como lo es la electrocoagulación y la fotocatálisis
heterogénea en la remoción de cromo y cadmio se calculó mediante un equipo piloto
escala laboratorio, con aguas caracterizadas en laboratorios certificados. El tiempo de
residencia en el equipo piloto, debe ser capaz de detectar posibles variaciones estacionales
de contaminantes y del rendimiento del proceso.
1.5 Objetivos de la investigación
1.5.1 Objetivo general
Emplear la electrocoagulación y la fotocatálisis heterogénea para depurar el cromo y
cadmio del agua residual de una industria metalmecánica.
1.5.2 Objetivos específicos
● Realizar la caracterización fisicoquímica de los efluentes de una industria
metalmecánica.
● Ejecutar la experimentación para la remoción de cromo y cadmio por medio de
fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación.
● Determinar las condiciones óptimas de operación empleadas para la depuración de
cromo y cadmio en el agua residual.
● Evaluar la eficiencia de remoción optima entre ambos métodos fotocatálisis
heterogénea y electrocatálisis.
6
1.6 Delimitación de la investigación
1.6.1. Delimitación Espacial
Este trabajo de investigación se ejecutará en la ciudad de Guayaquil-Ecuador, con el
uso de las infraestructuras de la Universidad de Guayaquil, Facultad de Ingeniería
Química concretamente en el Laboratorio de Aguas y Medio Ambiente, sitio donde
llevamos a cabo la parte experimental de remoción de cadmio y cromo por medio de
fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación.
La adquisición de muestras se las realizó en la industria Metalmecánica ubicada al
Norte de Guayaquil la cual efectúa sus descargas de efluentes en el sistema de
alcantarillado cuya autoridad respectiva es el Municipio de Guayaquil.
Figura 1: Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química
GD: -2.1819. - 79.8987
Fuente: (Google Maps, 2019).
7
1.6.2 Delimitación Temporal
Se ejecutó en un periodo aproximado de 4 meses, para demostrar los resultados de la
eficiencia de remoción al aplicar la fotocatálisis heterogénea y de la electrocoagulación en
agua residuales provenientes de una industria metalmecánica en tratamiento de metales
pesado como cromo y cadmio de sus efluentes.
1.6.3 Delimitación de contenido
Esta investigación está delimitada al área de bioconocimiento de desarrollo industrial
con una sublinea de tratamiento de desechos líquidos y sólidos teniendo como base y
guías de estudios referentes a electrocoagulación y fotocatálisis para lograr tratar efluentes
los cuales van descargados al sistema de alcantarillado de Guayaquil.
Área: Química
Campo: Ingeniería Química
Aspecto: Aplicación de electrocoagulación y fotocatálisis heterogénea en depuración de
cromo y cadmio en agua residual proveniente de una industria metalmecánica.
1.7 Hipótesis general o premisa.
Mediante la aplicación de la fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación se logrará
una reducción de los niveles de cromo y cadmio en agua residual metalmecánica
cumpliendo las normativas vigentes.
8
1.8 Variables del proyecto
1.8.1 Variable Independiente:
La aplicación de la fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación
1.8.2 Variable Dependiente:
Reducción de los niveles de cromo y cadmio en agua residual metalmecánica
9
1.9 Cuadro de operacionalización
Tabla 1: Operacionalización de variables dependientes e independientes
VARIABLE
TIPO
INDICADORES
UNIDADES
INSTRUMENTACION
Agua residual de la
industria metalmecánica
Dependiente
Color
Turbidez
Dureza
DQO
Salinidad
pH
Solidos totales
Cromo hexavalente
Cadmio
Pt/Co
NTU
CaCO3
----
%
-----
mg/l
mg/l
mg/l
Colorímetro
Colorímetro
Reactor
Reactor
----------
Peachimetro
-------
Espectrofotómetro
Espectrofotómetro
Aplicación de
fotocatálisis heterogénea
y electrocoagulación
Independiente
Voltaje
Tiempo de residencia
V
min
Voltímetro
Cronometro
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
10
CAPITULO II
2 Marco Referencial
2.1 Antecedentes
En el Ecuador como en el mundo existe diversas industrias que en su actividad económica
generan metales pesados en sus aguas residuales, industrias como la minería, metalúrgica,
electrónica, galvanizadoras, fabricación de baterías, pinturas y pigmentos, metalmecánicas,
agricultura y ganadería. (Caviedes Rubio et al., 2015)
Las industrias metalmecánicas constituidas en Ecuador se han acrecentado en los últimos
años gracias al interés económico del sector privado y público, permitiendo elevar el
desarrollo y la sustentabilidad económica del país, según la Federación Ecuatoriana de
Industrias del Metal (FEDIMETAL), fue creada en junio de 1994, donde asocia a las
empresas del sector Siderúrgico y Metalmecánico permitiendo identificar un mercado
variado cuyos subsectores son: Bienes de capital, Eléctrico, Estructuras, de Fundición,
Laminado, conformado y trefilado; y Partes, piezas e insumos.(Fedimetal, 2017)
La utilización de fotocatálisis heterogénea y de electrocoagulación a nivel mundial se ha
potenciados en el desarrollo investigaciones como procesos alternativos y gran aplicabilidad
en diversas industrias, esta tecnología es popular, vanguardista y de costos bajos, alcanza
porcentajes altos de eficiencia en la remoción residuos persistentes y de difícil
biodegradación y de residuos microbiológicos,(Giannakis, Rtimi, & Pulgarin, 2017)
11
2.1.1 Antecedentes de electrocoagulación
(Un & Ocal, 2015) Realizo una investigación eliminación de metales pesado como Cd, Cu y
Ni mediante electrocoagulación en un reactor cilíndrico de hierro tipo batch y la
incorporación de electrolitos de Na2SO4 a 0,05M , cuyas concentraciones iniciales de
cadmio 10 ppm a pH 7 a una corriente de 30 mA/cm2 y un tiempo de 90 minutos la
remoción de cadmio fue 98,78%. Otro estudio realizado por (Al-Shannag, Al-Qodah, Bani-
Melhem, Qtaishat, & Alkasrawi, 2015) realizaron estudio con la aplicación de
electrocoagulacion para depurar: Cu2+ , Cr2+ , Ni2+ , Zn2+ , donde el cromo tenia 33 ppm de
concentracion inicial , uso 6 electrodos monopolares de acero con aun pH=9,5 por 45
minutos y a una temperatura de 26°C obteniendo 97% remoción.
En el Perú, se utilizó con éxito la electrocoagulación en la remoción de cromo en la industria
de curtiembre con 8 pruebas se obtuvo que, a 20 amperios, 30 de voltios a 35 minutos y
carbón activo y filtró en arena, se obtuvo la remoción de cromo fue 99.99%. (De La Cruz
García, Silva Salazar, & Inca Gómez, 2017) Otra investigación de eliminación de cromo y
reducción de DQO por electrocoagulación en industria de curtimbre se dio en la ciudad de
lima- Perú cuyos parámetros óptimos fueron muy similares exceptuando el tiempo que fue
de 20 minutos con una eficiencia de 99,9% para Cr.(De La Cruz García et al., 2017)
2.1.2 Antecedentes de fotocatálisis heterogénea:
En Colombia se redujo al Cr (VI) por medio de fotocatálisis en presencia de luz visible y
película de TIO2 modificado con melanina removió 82%. (Zuluaga Bernal, 2016) En otros
estudios realizados en Nariño Colombia, para la eliminación de Cromo hexavalente en
residuos de laboratorio del sector educativo comparando la fotocatálisis removieron 0,65%.
12
En condiciones de pH=1 con TiO2 =0,5 g a 30 min de exposición de luz UV. (Mera Córdoba,
Espinosa Narváez, & Murillo Arango, 2018)
En empresas de curtimbre de la ciudad de Ambato -Ecuador, también se ha realizado
estudios por fotocatálisis heterogénea con uso de Dióxido de titanio 1gr/L y generador
fotovoltaico de 250W/m2 a un pH=4 que luego fue pasado con una eficiencia d 62,5% de
remoción del Cromo total (Alegría Bartolomé & Echegaray Aveiga, 2017)
2.5 Marco teórico
2.2.1 Industrias metalmecánicas
Estas empresas utilizan diversos metales pesados que intervienen en su producción y que
son considerados altamente contaminantes, entre los cuales estos presentes metales pesados
(cromo, mercurio, cadmio, arsénico, etc.). Estos metales son de difícil degradación por
tratamientos convencionales o primarios ya que se consideran como metales persistentes y
fácil acumulación. Por lo que las industrias metalmecánicas tienen cargas máximas
permisibles de cromo y cadmio según las Normas de calidad ambiental las cuales deben
analizarse y cumplirse para que los excedentes sean aptos para poder ser descargadas en los
efluentes. El organismo que vela el cumplimiento de esta norma es el Ministerio del
Ambiente del Ecuador. (Ministerio del Ambiente, 2015)
Algunas de las empresas metalmecánicas incorporan en sus líneas de proceso los
recubrimientos o baños metálicos electrolíticos con diferentes aplicaciones según el metal
que utilicen.
13
2.2.2 Recubrimientos metálicos
Este proceso este compuesto por diversas etapas de preparación de la superficie antes de
aplicación del baño metálico, en cada etapa se encuentran tanques de almacenamientos con
los baños de preparación y otros con tanque de baños de recubrimiento seguidos de tanques
de enjugues, para posterior secado de las piezas en hornos de secado. En los recubrimientos
de cobre se usa como subcapa para niquelado o como acabado final Piezas electrónicas,
también se usa cobre cianurado como base de materias de hierro, aluminio y Zámak para que
los recubrimientos posteriores se realicen adecuadamente; el recubrimiento de zinc, llamados
comúnmente cincados se trabaja con los cianuros de Zinc en los baños, estos tienen acabados
buenos, más densos, uniformes y regulares. Po otro lado esta los de Latón donde se usa como
subcapa para recubrimientos de acero con caucho y gomas con buena adherencia. Se usan
para decoración y tiene pocas aplicaciones. (Yánez Uribe, 2019)
2.2.3 Proceso de recubrimientos metálicos.
1. Desengrase-Enjuague: en esta etapa se elimina la grasa presente en las superficies
de las piezas con soluciones alcalinas o agentes desengrasantes ácidos. Luego son
enjugadas en el tanque de agua evitando que se transfieran las soluciones a la etapa
siguiente.
2. Decapado ácido- Enjugue: aquí se elimina el óxidos y calaminas que están
normalmente en las superficies del metal, realizando una limpieza más profunda de las
piezas metálicas con el uso de Ácidos o mezclas de ácidos al 50% inhibido que evita un
exceso de limpieza y daños en el material de las piezas, algunos ácidos usados son
clorhídrico, sulfúrico, sulfámico, fluobórico, entre otros. En esta fase se debe evitar la
concentración de impurezas pues entorpece la eficiencia del proceso por lo que se
14
realimenta constantemente con ácido nuevo. Posteriormente se realiza el enjuague
respectivo de la pieza metálica con agua para evitar contaminación en la otra etapa.
3. Baño de Recubrimiento metálico: Esta etapa se evita la corrosión, cambia la
dureza, conductividad, mejora algunas propiedades químicas de la pieza para obtener un
mejor acabado con la utilización de Sales metálicas a base de níquel, oro, cromo,
galvanizado, latón, cadmio, zinc, etc.
4. Enjuague estanco: o primer enjuague con agua posterior al recubrimiento para
remover los excesos de los baños de sales, este ayuda a mantener los niveles de las sales
de recubrimientos porque permite la reutilización de estos.
5. Secado: este proceso se realiza con hornos para agilizar el secado y posteriormente
lacan y vuelven a secar para seguir el proceso a su disposición final.(Yánez Uribe,
2019)(Barreto Berbeo & Buitrago Pérez, 2018)
Diagrama de flujo del proceso de recubrimientos metálicos
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
Piezas métalicas
Desengrase
Enjuague # 1
Decapado-ácido
Enjuague # 2
Baño # 1 de recubrumient
os
Enjuague # 3
Neutralizado Enjuague # 4
BAño #2 de Recubrimient
o
Enjuague # 5 estanco
Enjuague # 6 exceso. Secado
Terminado
15
Tabla 2: Características de Baños de Recubrimientos metálicos
Metal
depositad
o
Tipo Composición (g/L) Temperatura
°C
Potencial
de
Hidrogenione
s
pH
Cadmio Alcalino Óxido de cadmio
Cianuro de sodio
Sulfato de níquel
37,5
100
2
Ambiente 13
Cobre Alcalino Cianuro de sodio
Cianuro de cobre
Sal de Rochelle
Carbonato de sodio
37,5
30
50
38
50 12 a 13
Cobre Ácido Sulfato de cobre
Ácido sulfúrico
200
27,5ml/l
Ambiente 4 a 4,5
Cromo Ácido Ácido crómico
Ácido sulfúrico
250
2,5
40-50 2,5 a 3,0
Estaño Ácido Sulfato estañoso
Ácido sulfúrico
Sulfato de sodio
Gelatina
Naftol
60
75
100
2
1
Ambiente 2,5
Latón Alcalino Cianuro de cobre
Óxido de zinc
Cianuro de sodio
Hidróxido de amonio
30
7,7
11
3
Ambiente 10,5 a 11,5
Níquel Ácido Sulfato de níquel
Cloruro de níquel
Ácido bórico
Sacarina
Tiourea
Lauril sulfon sod
300
60
5
1,5
0,1
0,5
45-50 4,2-4,8
Zinc Alcalino Óxido de zinc
Cianuro de sodio
Hidróxido de sodio
Trióxido de
molibdeno
Sulfuro de sodio
Gelatina
60
22,5
52,2
0,5
3,5
2
Ambiente 13
Zinc Ácido Cloruro de zinc
Cloruro de potasio
3,5
180
Ambiente 5,7
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
Fuente: (Barreto Berbeo & Buitrago Pérez, 2018)
16
2.2.4 Metales pesados
Un metal pesado es un elemento con propiedades como ductilidad, conductividad, densidad,
estabilidad como catión, estos comprenden a 65 elementos de la tabla periódica, Estos
presentan diversas características físicas, químicas y biológicas, según la naturaleza del
metal, pueden estar en forma de iones libres o como complejos, cuando actúan en reacciones
de reducción tienden a ser potencialmente tóxicas para los organismos. (Cruz Campas et al.,
2017)
Por otra parte, son imprescindibles en forma de oligoelementos para el desarrollo de
microorganismos, plantas y animales pues ejercen roles importantes en algunas reacciones
bioquímicas y son esenciales para su crecimiento y desarrollo Sin embargo, cuando se
presentan en altas concentraciones pueden formar compuestos inespecíficos creando efectos
citotóxicos y letales.(Beltrán-Pineda & Gómez-Rodríguez, 2016).
17
Tabla 3: Actividades industriales que generan residuos de metales pesados
Industria Metales Contaminación derivada
Mineria de metales ferrosos Cd, Cu, Ni, Cr, Co, Zn Drenaje ácido de mina,
relaves, escombreras.
Extraccipon de minerales As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn Presencia en las minas como
en los subproductos.
Fundición As, Cd, Pb, Ti Procesado del mineral para
obtecion de metales.
Metalúrgica Cr, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn Procesado Termico de
metales.
Aleaciónes y aceros Pb, Mo, Ni, Cu, Cd, As, Te,
U, Zn
Fabricacion, recubrimientos,
depuracion y reciclaje de
metales.
Gestión de Residuos Zn, Cu, Cd, Pb, Ni, Cr, Hg,
Mn
Ya sea en lixiviasdos o en
elementos que son quemados.
Corrosión Metálica Fe, Cr,Pb, Ni, Co, Zn Metales que se exponene a la
interperie y se corroen.
Galvanoplastía Cr, Ni, Zn, Cu Los efluentes líquidos de
procesos de recubrimiento.
Pinturas y pigmentos Pb, Cr, As, Ti, Ba, Zn Residuos acuosos procedentes
de la fabricacion y el
deterioro de la pintura vieja.
Baterias Pb, Sb, Zn, Cd, Ni, Hg Fluido de la pila de residuos,
la contaminación del suelo y
las aguas subterráneas.
Electrónica Pb, Cd, Hg, Pt, Au, Cr, As,
Ni, Mn
Residuos metálicos acuosa y
sólida desde el proceso de
fabricacion y reciclaje.
Agricultura y Ganadería Cd, Cr, Mo, Pb, U, V, Zn, As,
Mn, Cu
Contaminación de escorrentía,
aguas superficiales y
subterráneas, la
bioacumulacion de plantas.
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
Fuente:(Caviedes Rubio et al., 2015)
18
2.2.5 Cadmio
In 1817, Friedrich Stromeyer descubrió el Cadmio. El Cadmio es un metal pesado, blanco
con tinte azulado, el cual es poco oxidable al aire, este se encuentra en la corteza terrestre y
está asociado con minerales de zinc, plomo y cobre. Este también es un metal dúctil, es más
flexible que el zinc y es más duro que el estaño. (ATSDR, 2019) Este es bivalente en todos
sus compuestos estables, su ion es incoloro. Las propiedades químicas del Cadmio son; peso
atómico 112.40, densidad relativa 8.65 a 200 C y a 680 F, su punto de fusión de 320.90C y a
6100F. Punto de ebullición de 7650C y a 1.4200 F. El estado de oxidación del Cadmio es +2,
electronegatividad 1.7, radio covalente 1.48, radio iónico 1.54, configuración electrónica
[Kr] 4d10 5s2. Primer potencial de ionización 9.03. (OMS, 2016) Los países donde se
encuentran grandes fuentes de Cadmio son Estados Unidos, Canadá, Australia, Bélgica,
Luxemburgo, y Corea, aunque no todos son productores. (NIH, 2015)
2.2.6 Aplicaciones del cadmio
El cadmio se utiliza en sistemas de almacenamiento de energía por su gran capacidad de
absorber neutrones, isotopo 113, se usa en barras de control y recubrimiento de reactores
nucleares, rozadores automáticos contra el fuego, en aleaciones de latón, soldaduras, como
reactivo químico, pigmento amarillo, la fabricación de electrodos negativos de baterías de
níquel y cadmio, acumuladores eléctricos de níquel y cadmio recargables. (Puello Silva et
al., 2018)También este es empleado en la fabricación de esmaltes, sinterización. El cloruro
de cadmio también se utiliza en fotografía, tintorería.(Paladines Benítes, 2015)
19
2.2.7 Afectaciones a la salud y al medio ambiente de cadmio
El cadmio tiene alta toxicidad produce efectos ambientales y en la salud. El 50% del cadmio
eliminado al medio ambiente proviene de la descomposición de rocas, fuegos forestales y
volcanes los cuales son eliminados a los ríos. El resto es liberado por actividad humana como
la manufacturación, aguas residuales con cadmio que provienen de los desechos de las
industrias que terminan en los suelos y ríos. Los suelos contaminados son un potencial
peligro para las plantas y animales y amenaza de igual manera al suelo y a la vida acuática.
Las hojas de hortalizas contienen niveles altos de cadmio 0.05-0.12 mg/cadmio/kg, así
también como las hojas de tabaco que también contienen niveles altos de cadmio,
principalmente las baterías tienen un 83% de cadmio generando contaminación. (Sanchez
Barrón, 2016)
Los efectos negativos del cadmio en la salud, son de gran importancia ya que sus afectos
pueden acumularse en el organismo por periodos largos y sus efectos dependen de la dosis,
fuente y tipo de exposición. (Cruz Campas et al., 2017) La inhalación del cadmio es una
forma muy común de intoxicación sobre todo en las personas fumadoras, el cadmio puede
llegar a la sangre y potencia los efectos de las comidas que contienen cadmio como son los
champiñones, mariscos, mejillones, algas secas, etc. Las personas fumadoras pueden
contraer enfisema y cáncer pulmonar. (Londoño Franco, Londoño Muñoz, & Muñoz Garcia,
2016) Altos niveles de cadmio en las personas pueden causar daños importantes en los
riñones y hígado. En los riñones daña los mecanismos de filtración y por lo tanto puede
causar insuficiencia renal. Las personas que viven o trabajan cerca de fábricas y refinerías de
metal tienen una alta probabilidad de contaminarse con cadmio. (Puello Silva et al., 2018)
(Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales, 2019a)
20
Los niveles permitidos del Cadmio en el agua, en el aire y en los productos de consumo han
sido impuestos por organizaciones, que regulan estos contaminantes, La Empresa de
protección ambiental de Estados Unidos determino que concentraciones de cadmio hasta
0.005 mg/L no causarían efectos adversos en exposición directa. Además, estableció que el
agua potable hasta 0.04 mg/L de cadmio durante 10 días no causará efectos adversos en un
niño. La administración de drogas y alimentos (FDA) determino los niveles de cadmio en
productos de consumo hasta 0.005 mg/L. La OSHA, la administración de la salud y
seguridad ocupacional estableció el límite máximo de 5 µg/m3 en el aire de trabajo para el
cadmio y cromo promedio durante una jornada diaria de 8 horas”. (ATSDR, 2019)
2.2.8 Cromo
El Cromo fue descubierto por el químico Frances L. Vauquelin en 1797. (Beltrán-Pineda &
Gómez-Rodríguez, 2016) Este elemento químico se encuentra en las plantas, las rocas, los
animales y los suelos. Cuyo símbolo Cr y número atómico 24, este se encuentra en el grupo
IV de la tabla periódica. La masa atómica ha cambiado mediante los años, en el año 1959 la
masa atómica era de 52,01, en 1961 su masa atómica fue de 51,996 (Soto, Landazuri, &
Loango, 2017).
Sus propiedades atómicas son los siguientes: radio medio 140pm, electronegatividad 1,66 de
la escala de Pauling, radio atómico 166pm (radio de Bohr), radio covalente 127 pm, los
números de oxidación son +2 +3 y +6. Por otro lado, las propiedades físicas son: estado
sólido, densidad 7140Kg/m3, punto de fusión 2130 K( 18570 C), punto de ebullición 2945 K
(26720 C), Entalpia de vaporización 344,3 KJ/mol, entalpia de fusión 16,9 kJ/mol, presión
vapor 990 Pa a 2130K. Entre otras propiedades tiene como calor especifico 450J/(K-kg),
21
conductividad eléctrica 7,74-106 s/m, conductividad térmica 93,7 W/(K-m), velocidad del
sonido 5940 m/s a 293,15 K (200C).(Meneses Barroso, Patiño Mantilla, & Betancur, 2018)
Desde 1961 hasta la actualidad la masa atómica no ha sido alterada. Su nombre cromo se
debe a los distintos colores que obsequia este compuesto químico (Chroma en griego
significa Color). El Cromo ha sido detectado en gema preciosas y el color de estas es debido
a la presencia de trazas de cromo. El Cromo es un metal blanco agrisado, duro, y brillante el
cual no se altera al aire, pero puede oxidarse en altas temperaturas. Esta capa de oxido se
llama oxido crómico, Cr2O5. (Beltrán-Pineda & Gómez-Rodríguez, 2016) Las tres formas
iónicas principales son Cr+0, Cr+3 y Cr+6. (ATSDR, 2016).
2.2.9 Aplicaciones del cromo
Al comienzo el cromo era solamente empleado en pinturas por su propiedad de alta
resistencia a la corrosión. Pero este también ha sido altamente empleado en fabricaciones de
aleaciones especialmente con el hierro ya que son duras y muy resistentes. El acero
inoxidable común contiene 14% a 18% de cromo lo cual lo hace muy útil para ser empleado
en blindajes, proyectiles, maquinarias de cortes, etc. A estas aleaciones la llamamos “aceros
al cromo”. El cromo también ha sido utilizado para recubrir objetos de hierro y latón cual
proceso es denominado como Cromado. Otra alineación de alta importancia es la del níquel
y cromo la cual es denominada Nicrom y es empleada para la fabricación de resistencias
eléctricas.(Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales, 2019b) Los compuestos del
cromo son; compuestos crómosos, compuesto crómicos, compuestos cromatos y dicromatos.
Los compuestos crómosos son inestables y tienen a pasar a crómicos, las soluciones de sales
crómosas son de color azul y este también tiene un numero de oxidación +2. Los compuestos
22
crómicos son estables y tienen su estado de oxidación es +3. Los Cromatos y Dicromatos
tienen un numero oxidativo de +6. Estos son oxidantes enérgicos y tienen a pasar a número
de oxidación +3. (Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales, 2019b)
2.2.10 Afectaciones en salud y en el medio ambiente del cromo
El Cromo es un elemento químico muy beneficioso para las industrias metalúrgicas pero el
mal manejo de este también puede ser muy nocivo para la salud. Las empresas metalúrgicas
han sido responsables de la liberación de cromo en el medio ambiente. El cromo se puede
encontrar como contaminando el agua, el aire y suelos, tiene bioacumulación y persiste en el
ambiente, causando enfermedades en las personas y animales.(Viera Torres et al., 2018)
La exposición de Cromo en el aire es más probable encontrarlas en sitios urbanos donde hay
empresas que manufacturas y sitios de desechos de cromo. (Rincón Mora, 2017) La
exposición de Cromo por medio de las vías respiratorias puede padecimientos como asma, o
alergias en exposiciones muy bajas. (Cruz Campas et al., 2017) Otra forma de intoxicación
van desde el consumo de agua contaminada hasta el consumo de alimentos contaminados
tales como frutas, carnes, hortalizas. Una vez que el Cromo VI entre al cuerpo por cualquiera
de estas formas ya mencionadas, el Cromo VI se transforma a Cromo III y se puede eliminar
por medio de la orina, otros casos el Cromo III puede quedarse en el cuerpo durante muchos
años. (Londoño Franco et al., 2016) El Cromo VI es altanamente carcinogénico, afecta
principalmente a los intestinos, sistema reproductivo y hematopoyético, mientras que el
cromo III es menos toxico en ellos. Es importante recalcar que los efectos del cromo en los
seres humanos o animales son variables dependiendo de su exposición. Su peligrosidad
23
depende en el grado de exposición, duración, dosis, edad, sexo, toxicidad, etc. (ATSDR,
2016)
En Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental, la Administración de Salud y
Seguridad Ocupacional, la Administración de Drogas y Alimentos, La Agencia para
Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades (ATSDR), y el Instituto Nacional de
Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH), son los encargados de crear reglamentos,
sugerencias y proveer información sobre las sustancias toxicas.(Londoño Franco et al., 2016)
La EPA y la FDA establecen el nivel máximo de contaminación en el agua potable, el cual es
de 0.1mg/L. Mientras que la OSHA ha establecido los límites de aire en el trabajo de “(0.005
mg/m3), (1.0 mg/m3) y (0.5 mg/m3) para para Cromo (VI), (III) y Cromo+0 como promedios
durante una jornada 8 horas por dia”.(ATSDR, 2016) mientras la agencia NIOSH dice que
es 0,5 mg/m3 el maximo de cromo que debe exponerse un trabajador en las mismas jornadas
de trabajo..(Londoño Franco et al., 2016) Está también recomienda un límite de exposición
de 0.001 mg/m3 para cromo (VI) en el aire en jornada diaria de 10 horas.” (ATSDR, 2016)
Es importante recalcar que los reglamentos creados por estas agencias no pueden ser
establecidos como leyes, por lo tanto, ellos utilizan la frase de “No-Excederse” para evitar el
exceso de exposición de estas sustancias químicas que pueden causar algún tipo de daño.
(ATSDR, 2016)
24
2.2.11 Procesos de oxidación avanzada
Actualmente, se busca disminuir la impresión de la huella ecológica provocada por el
hombre y sus actividades cotidianas, en búsqueda de alternativas verdes y de alta efectividad
se han generado diversas investigaciones alrededor del mundo que permite avanzar en miras
de reducir el daño al ambiente, para eso se han desarrollado nuevos métodos que
corresponden a los Procesos Oxidativos Avanzados (AOP) que incluyen reacciones
Químicas oxido-redox, fotoquímicas, electroquímicas, catalizadoras, fotocatalizadores,
ozonificadoras, entre otras.(Tahir, Kiran, & Iqbal, 2019b) Los procesos de oxidación
avanzada tienen gran acogida en el tratamiento de aguas residuales entre ellos los procesos
fotocatalíticos, aunque el uso de lámparas Ultravioletas y el costo de operación de la energía
eléctrica sea un inconveniente, pero siguen siendo una buena opción. (Giannakis et al., 2017)
Los AOP son procesos avanzados de oxidación tienen su base en el uso de especies de
oxígenos altamente reactivos llamados (ROS) entre los que encontramos los radicales
hidroxilos (OH) con mayor potencial oxidativo. (Cuervo Bernal & Rojas López, 2019) Las
AOP solares y reactores solares han sido muy atractivos para diversos estudios por su costo
de operación y efectividad en tratamientos de aguas en escalas pequeñas pero su aplicación a
gran escala no se ha considerado en algunas regiones debido a limitaciones climáticas.
(Núñez-Núñez et al., 2018). Los Procesos de Oxidación Avanzada son diversos que
involucran agentes químicos y una fuente de energía coadyuvante entre los AOP que se
conocen están:
• Procesos de Fotoquímica: luz ultravioleta (UV) + Peróxido de hidrógeno
(H2O2).
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• Procesos de Fotocatálisis homogénea: relacionado al Fenton (Fe/H2O2), Foto-
Fenton, electro-Fenton, etc
• Procesos de Fotocatálisis heterogénea: fotocatalizador (TiO2) + luz ultravioleta
(UV) con formación del hueco en la valencia (hv), TiO2/UV/ H2O2, TiO2/UV/
H2O2/CA, TiO2/UV/CA entre otros Combinaciones que incluyen otros AOP.
• Procesos de Ozonificación: O3/ H2O2, O3/UV, y el O3/ UV/H2O2
• Procesos basados en ultrasonido: sonólisis, Fenton+ Ultrasonido
(Alsaqqar, Sadeq Salman, Abood, & Ali, 2015)
Los procesos de oxidación avanzada tienen actualmente gran importancia en el tratamiento
de aguas residuales entre ellos los procesos fotocatalíticos, aunque el uso de lámparas
Ultravioletas y el costo de operación de la energía eléctrica sea un inconveniente, pero
siguen siendo una buena opción porque alternativas de UV se puede emplear luz solar en las
AOP. (Giannakis et al., 2017) Los contaminantes ambientales persistentes suelen ser
refractarios a otros tratamientos de remoción, por lo que se ha está desarrollando estudios de
los procesos oxidativos avanzados donde están involucrados el TiO2, UV, H2O2, Foto-Fenton
y Ozono que se usan en la generación y posterior reacción de los radicales libres OH. Las
reacciones de Foto-Fenton son eficientes, con mayor velocidad de reacción y un uso menor
de concentración de hierro puede lograr remociones de contaminantes en comparación del
TiO2, lo que se atribuye a la alta sensibilidad hacia el espectro de radiación solar que es de
35% y 5% respectivamente.
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Tabla 4: Potenciales de acción de las diferentes especies que se utilizan como agentes
AOP
ESPECIES
OXIDANTES
FORMULA
QUIMICA
POTENCIAL
DE OXIDACION
E° (Volts, 25°C)
Flúor F 3,03
Radical hidroxilo OH. 2,80
Oxigeno atómico O2 2,42
Ozono O3 2,07
Peróxido de hidrógeno H2 O2 1,78
Radical perhidroxilo HO2 1,70
Permanganato MnO4- 1,68
Ácido hipo bromoso o (oxobromato I de hidrogeno) HBrO 1,59
Dióxido de cloro ClO2 1,57
Ácido hipocloroso HClO 1,49
Ácido hipoiodoso o (monoxoyodato I de Hidrogeno) HIO 1,45
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
Fuente: (Mery c.Terán Soliz, 2018) (Delgado Nina & Santander Pacoricona, 2017)
Los procesos AOP permite la aplicación entre sí en diferentes combinaciones utilizando
energía para crear los intermediarios altamente reactivos ROS de alto potencial oxidativo y
de reducción. Estos oxidantes potentes generan radicales hidroxilos combinado con
radiación, a mayor concentración de H2O2 puede absorber más UV y por ende producirá más
· OH y a la par puede consumirse el H2O2 generando Oxigeno y agua, provocando que
descienda la generación de los radicales OH. Los ·OH que reaccionan con el exceso de H2O2
genera radicales menos poderosos como el hidroperoxilo ·OH2 y estos su vez pueden
reaccionar con más H2O2 y producir agua y oxígeno. Por lo que los radicales pueden actuar
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como agentes inhibidores disminuyendo la eliminación de contaminantes. (Tahir et al.,
2019b) Reacciones que se encuentran son:
𝑯𝟐𝑶𝟐 + 𝒉𝒗 → 𝟐 ·𝑶𝑯
𝑯𝟐𝑶𝟐 + ·𝑶𝑯 → ·𝑯𝑶𝟐 + 𝑯𝟐𝑶
𝑯𝟐𝑶𝟐 + ·𝑯𝑶𝟐 → ·𝑶𝑯+𝑯𝟐𝑶 + 𝑶𝟐
𝟐·𝑶𝑯 → 𝑯𝟐𝑶𝟐
𝟐·𝑯𝑶𝟐 → 𝑯𝟐𝑶𝟐 + 𝑶𝟐
·𝑶𝑯 + ·𝑯𝑶𝟐 → 𝑯𝟐𝑶𝟐 + 𝑶𝟐
(Mery c.Terán Soliz, 2018)
2.2.12 Electrocoagulación
La electrocoagulación utiliza la electricidad para eliminar ciertos contaminantes en el
efluente que están suspendidos, emulsificados o disueltos. La técnica consiste en inducir
corriente eléctrica en el agua cruda a través de láminas metálicas en paralelo de diversos
materiales, dentro de los más comúnmente utilizados están el hierro y el aluminio.
Electrocoagulación se defina como una coagulación asistida con energía eléctrica,
corresponde a los llamados procesos electroquímicos, donde el ánodo disuelve los
compuestos presentes en la disolución, agrupando las partículas coloidales del agua residual
convirtiéndolos en solidos suspendidos dentro del reactor, las cuales se pueden separar con
mayor facilidad por métodos convencionales tales como la filtración o cribado, decantación
y flotación. A medida que los ánodos reaccionan sufren un desgaste paulatino a medida que
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ocurre el tratamiento, hasta el momento en que ocurre una reposición con ánodos de
sacrificio. (Caviedes Rubio et al., 2015)
Figura 2: Mecanismo de electrocoagulación con metal
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
Los electrodos son sumergidos en el reactor electroquímico compuesto por un ánodo (activo)
y un cátodo (Inerte), alimentado por una fuente de poder eléctrica donde se conectan los
electrodos. Posteriormente inicia un potencial de diferencia en las celdas, provocando los
procesos de reducción en el cátodo convirtiendo los protones de agua en hidrogeno, por otro
lado, el ánodo oxidándose con generación de iones metálicos Al+3 o Fe+3 que tienen la
capacidad de rehidratarse rápidamente. Además, hay formación de hidróxidos insolubles en
metal que, si reaccionan los contaminantes, como complejos hidróxos cargados (+ o -) que
posibilita la coagulación de las partículas por neutralización de cargas. (Arboleda Camacho,
Herrera López, & Peña Guzmán, 2015)
29
2.2.13 Reacciones involucradas en la electrocoagulación
La utilización de celdas metálicas en la electrocoagulación a base de Hierro y Aluminio son
las más comunes, pero existen factores que intervienen en la reacción y la formación de
coagulante, como lo es la naturaleza y concentración del agua contaminada, el pH y la
conductividad, cuando se usa el ánodo de Hierro se presentan dos mecanismos para la
formación del coagulante mediante el hidróxido ferroso o férrico. Y otros tipos de
mecanismo también con el Aluminio todo depende de la naturaleza del ánodo. (Merrill
Crowe, 2015)
Caso 1: Formación de Hidróxido férrico Fe (OH)3
ánodo: 4 Fe (s) → 4 Fe+2
(ac) + 8 e-
4 Fe+2(ac) + 10 H2O (l) + O2(g) → 4 Fe (OH)3 (s) + 8 H+ (ac)
cátodo: 8 H+ (ac) + 8 e- → 4 H2 (g)
Reacción global: 4 Fe (s) + 10 H2O (l) + O2(g) → 4 Fe (OH)3 (ac) + 4 H2 (g)
(Henao Ospina & Ramirez Betancur, 2016)
Caso 2: Formación de Hidróxido ferroso Fe (OH)2
ánodo: Fe(l) →Fe+2
(ac) + 2e-
Fe+2(ac) + 2 OH· (ac) →Fe (OH)2 (s)
cátodo: 2H2O (l) + 2e-→H2(g) + 2OH·(ac)
Reacción Global: Fe(s) + 2 H2O (l) →Fe (OH)2(s) + H2(g)
(Henao Ospina & Ramirez Betancur, 2016)
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Mecanismo general de la formación de Fe (OH)n y polihidróxidos como: Fe(H2O)6+3 ,
Fe(H2O)5(OH)2- , Fe(H2O)4(OH)2
- , Fe2(H2O)8(OH)24+, Fe2(H2O)6(OH)4
4+, y el mecanismo
con electrodos de aluminio es:
Al → Al3 + (aq) +3e-
Al3+ (aq) + 3H2O → Al (OH)3 +3H+
nAl(OH)3 → Aln(OH)3n
(Caviedes Rubio et al., 2015)
Para el ánodo de aluminio: Al – 3e- → Al 3+
Par acondiciones alcalinas: Al3+ + 3OH- → Al (OH)3
para condiciones ácidas: Al3+ + 3H2O → Al (OH)3 + 3H+
mientras que para el ánodo de hierro: Fe – 2e- → Fe 2+
Par acondiciones alcalinas: Fe 2++ 2OH- → Fe (OH)2
para condiciones ácidas: 4Fe2+ + O2 + 3H2O → 4Fe3+ + 4OH-
(Caviedes Rubio et al., 2015)
31
2.2.14 Procesos que conforman la electrocoagulación
Las partículas que se generan se precipitan o se floculan capaces de absorber los
contaminantes, como materia orgánica e inorgánica, metales se han descrito depuración de
fluoruros y nitratos. Eliminación de colorantes en textilerías, eliminación de compuestos
fenólicos de petroquímicas.
Electro-floculación: La celda al reaccionar genera movimientos por la presencia de oxígeno
e hidrogeno, favoreciendo el choque coloidal y favoreciendo la floculación por la presencia
del oxígeno que se adhiere, todo esto ocurre sin necesidad de agitación mecánica.
La electro- flotación: es un proceso secundario que ocurren dentro de la electrocoagulación
donde el floculo que se une con el oxígeno, reduciendo la densidad de la unión y es posible
la separación por flotación. (De La Cruz García et al., 2017)
Figura 3: Procesos involucrados en un reactor de electrocoagulación
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
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La electrocoagulación por tanto es un método de electrólisis que combina coagulación
química y electricidad para producir iones metálicos de alta valencia como coagulante dentro
de las celdas electrolíticas. En el tratamiento se ha utilizado diversos metales como aluminio,
cobre, hierro o grafito. El agua tiene carácter dipolar provocando que las moléculas disueltas
cambian las moléculas, el cátodo se forman burbujas pequeñas de un tamaño de 100
micrones de hidrogeno y en el ánodo de oxígeno. Estas burbujas de gas se adhieren a las
partículas suspendidas y son arrastradas a la superficie de solución para formar espuma,
cuyas burbujas son estables de gran superficie de contacto, además el efecto de
neutralización de la materia suspendida rompe la emulsión y forman la floculación de las
partículas. La neutralización de partículas suspendidas se debe ajustar el potencial Z a cero,
para que produzca la formación y adherencia de floculo-burbujas. Este potencial se logra
modificando el pH, la adición de electrolitos e iones libres en la disolución anódica del
electrodo. (Henao Ospina & Ramirez Betancur, 2016)(De La Cruz García et al., 2017)
Aplicaciones de la electrocoagulación van desde el tratamiento electrolítico para
potabilización del agua hasta tratamientos de efluentes de aguas domésticas, industrias de
alimentos, curtiembre, mineras y petroquímicas, capaz de lograr la remoción sílice, de
fenoles, cianuros, compuestos orgánicos e inorgánicos, recuperación y remoción de aceites,
grasas, metales entre otros. Las ventajas de usar esta tecnología están en su diseño simple a
presión atmosférica y no precisa bombas o sistemas de presión, se puede procesar varias
veces la materia suspendida, menor área y tiempo de tratamiento, genera pocos lodos,
reutilización de efluentes y bajo costo operativo. Por otra parte, las desventajas que presenta
es el desgaste que sufre el ánodo cuando libera los iones metálicos en el medio acuoso con
fácil corrosión. (Castro Campos & Principe Narvaez, 2018)
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2.2.15 Configuración de los electrodos
Figura 5. Rectores tipo batch con electrodos monopolares en paralelo y en serie
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
Figura 6. Configuración de electrodos mono y bipolar
Elaborado por: Bermúdez & Salazar
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2.2.16 Ley de Faraday
Las leyes de Faraday se utilizan en la electroquímica en especial en la electrocoagulación
para calcular la cantidad de masa que se adhiere al electrolito durante el proceso. Michel
Faraday describe la relación entre la electricidad que pasa a lo largo de una solución
electrolítica, aumentando el peso de la sustancia por reacción electroquímica.
Tenemos que para calcular la constante de Faraday es aproximadamente de 96500
Culombios y correspondiente a la carga transportada por 6,02x1023e-/mol.
Se hace dice que:
(1,0622x10-19 Culombios/e-) x (6,02x1023 e-/mol) = 96500 Columbios/mol.
1mol de e- = 1F =96500
La velocidad del flujo eléctrico está dada por los Amperios y estos amperios son iguales al
flujo de un Culombio en 1 segundo de tiempo de trabajo.
Culombio= Amperio x Segundo
Donde: Q= número de Columbios
I= Corriente (Intensidad)
T= Tiempo
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Primera ley de Faraday: expresa que ¨la cantidad de una sustancia cuando es liberada o
depositada con un electrodo es proporcional a la cantidad electricidad que pasa por un
electrolito¨. Q=I*t
Segunda ley de Faraday: expresa que cuando ¨las masas de distintos elementos liberados en
los electrodos por una misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus
equivalentes químicos¨ m=eQ
D