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4. RESULTADOS
4.1 Determinación de concentración de metales a utilizar
Las concentraciones de los metales utilizados para realizar los experimentos de esta tesis
se muestran en la tabla 4.1. Estos valores fueron determinados con los valores promedio
de las descargas (ya sea al final del proceso o a final de tanques [58]) de las industrias
antes mencionadas en el capítulo de revisión bibliográfica.
Tabla 4. 1 Concentraciones de los metales para la experimentación.
Metal mg/LCromo 100Cobre 80Niquel 120Zinc 50
EFLUENTE ARTIFICIAL
Para los valores anteriores de la tabla 4.1 se tomaron en cuenta los valores límite
de las normas oficiales mexicanas: NOM-001-SEMARNAT-1996 [62], NOM-002-
SEMARNAT-1996 [63], NOM-052-SEMARNAT-1993 [64].
You can get help from teachers, but you are going to have to learn a lot by yourself, sitting alone in a room.
Dr. Seuss
62
4.2 Curvas de neutralización
4.2.1 Ca(OH)2
4.2.1.1 Cobre
La curva de neutralización para el metal cobre se muestra en la figura 4.1. La
concentración de cobre utilizada para realizar este experimento fue de 94 ppm. La
manera en la que se realizó esta determinación fue con una alícuota de 200 ml. El agente
neutralizante (en este caso el hidróxido de calcio) se encontraba a una concentración de
1% m/v. Cabe mencionar que esta concentración de Ca(OH)2 se tuvo que manejar como
una suspensión, y en todo momento se encontraba en agitación.
Tabla 4. 2 Tabla de la curva de calibración para el Cobre con Ca(OH)2
ml añadidos de Ca(OH)2
mg añadidos de
Ca(OH)2
pH
0 0 4.940.5 5 5.41 10 5.62
1.5 15 7.242 20 10.66
2.5 25 10.963 30 11.14
3.5 35 11.44 40 11.47
4.5 45 11.555.1 51 11.695.5 55 11.746.1 61 11.766.4 64 11.87 70 11.89
7.9 79 11.958.2 82 11.978.5 85 11.998.8 88 12.02
Curva de neutralización con Ca(OH)2 1% m/v
63
Curva de neutralizacion Cobrecon Ca(OH)2 @ 1%
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0 20 40 60 80 100
mg de Ca(OH)2 anadidos
pH
Figura 4. 1 Curva de neutralización del Cobre con Ca(OH)2 al 1% m/v
4.2.1.2Cromo
Para poder realizar la curva de neutralización del cromo, se llevo a cabo la reducción de
Cr6+ a Cr3+ teniendo una concentración inicial de 100 ppm de cromo. La alícuota que se
utilizo fue de 250 ml y el Ca(OH)2 se encontraba a una concentración de 1% m/v. Esta
curva de neutralización requirió más tiempo y cantidad de Ca(OH)2 de lo esperado dado a
que el pH inicial de la solución estaba cercano a 2. La curva de neutralización de este
metal se muestra en la figura 4.2
64
Tabla 4. 3 Tabla con los valores de la curva de neutralización de Cromo
ml añadidos de Ca(OH)2
mg añadidos de
Ca(OH)2
pH
0 0 1.541.2 12 2.072.1 21 2.15
3 30 2.43.5 35 2.6
4 40 2.884.5 45 3.4
5 50 4.55.5 55 5.42
6 60 5.916.6 66 6.59
7 70 6.927.5 75 7.8
8 80 8.988.5 85 10.2
9 90 11.089.5 95 11.7210 100 11.94
10.2 102 12.02
Curva de neutralización con Ca(OH)2 1% m/v
Curva de neutralizacion de cromocon Ca(OH)2 @ 1%
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100 120
mg de Ca(OH)2 anadidos
pH
Figura 4. 2Curva de neutralización del Cromo con Ca(OH)2 al 1% m/v
65
4.2.1.3 Níquel
El níquel es el metal que se encuentra en mayor concentración en el estudio. La cantidad
de hidróxido de calcio requerida no fue demasiada dado a que su pH inicial era cercano al
7.
Tabla 4. 4 Tabla con los valores de la curva de neutralización de níquel
ml añadidos de Ca(OH)2
mg añadidos de
Ca(OH)2
pH
0 0 6.240.5 5 8.431 10 8.56
1.5 15 8.682.1 21 8.862.5 25 9.123 30 10.06
3.5 35 11.054 40 11.465 50 11.85
5.6 56 11.985.8 58 12.01
Curva de neutralización con Ca(OH)2 1% m/v
66
Curva de neutralizacion Nicon Ca(OH)2 @ 1%
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50 60 70
mg de Ca(OH)2 anadidos
pH
Figura 4. 3Curva de neutralización del Níquel con Ca(OH)2 al 1% m/v
4.2.1.4 Zinc
La curva de neutralización del zinc se muestra en la figura 4.4 y los valores para la misma
están en la tabla 4.5 fue realizada con una alícuota de 250 ml. La concentración del
hidróxido de calcio fue de 1% m/v. Se observa que la curva tiene una tendencia normal,
a pesar de que es difícil obtener el valor de pH exacto como los valores entre pH 8.0 y
9.0. Esta curva de neutralización ayudará a saber la cantidad necesaria para agregar a las
alícuotas y obtener el pH establecido.
67
Tabla 4. 5 Tabla con los valores de la curva de neutralización de Zinc
ml añadidos de Ca(OH)2
mg añadidos de
Ca(OH)2
pH
0 0 6.330.5 5 7.52
1 10 10.361.5 15 10.99
2 20 11.32.5 25 11.49
3 30 11.584 40 11.72
5.2 52 11.886.1 61 11.956.4 64 12.01
Curva de neutralización con Ca(OH)2 1% m/v
Curva de neutralizacion de Zinccon Ca(OH)2 @ 1%
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50 60 70
mg de Ca(OH)2 anadidos
pH
Figura 4. 4Curva de neutralización del Zinc con Ca(OH)2 al 1% m/v
68
4.3 Precipitación Alcalina
La precipitación alcalina es el método utilizado en esta tesis gracias a las características y
las ventajas que presenta sobre otros métodos (capítulo de Revisión Bibliográfica). Los
compuestos químicos que se utilizan como agentes precipitantes (hidróxidos) son el
hidróxido de calcio (Ca(OH)2 ) y el hidróxido de sodio (NaOH).
4.3.1 Generación de lodos
El aspecto de los lodos obtenidos fue de partículas muy pequeñas, con color poco intenso,
y en muy poca cantidad. A continuación en la figura 4.5 se observan los colores y el
aspecto de los lodos obtenidos con las alícuotas de 250 ml.
Figura 4. 5 Aspecto de los lodos provenientes de la precipitación alcalina
4.3.1.1 Ca(OH)2
Como en la figura 4.5 se muestra la generación de lodos por litro de agua residual tratada
a los diferentes pH. Cabe hacer notar que la cantidad de lodos obtenidos a partir de la
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solución con cromo fue mayor ya que se utilizó mayor cantidad de hidróxido de calcio
debido a que su pH inicial era de 2.0 como se mencionó anteriormente.
Tabla 4. 6 Valores de la generación de lodos por litro de agua residual con Ca(OH)2
Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 0.2148 0.3140 0.1704 0.13489.5 0.3048 0.3588 0.2692 0.091610.0 0.3032 0.3784 0.2148 0.062810.5 0.2892 0.3324 0.2260 0.075611.0 0.2708 0.4488 0.2216 0.088411.5 0.2012 0.4084 0.2216 0.1092
pH Generación de lodos [g lodo/L agua residual]
lodos generadosCa(OH)2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
pH
mas
a lo
dos
[g]/
agua
re
sidu
al [L
] cobreniquelzinccromo
Figura 4. 6 Generación de lodos a partir de la precipitación alcalina con Ca(OH)2
4.3.1.2 NaOH
La cantidad de lodos generados con el hidróxido de sodio fue muy parecida entre los
metales. Hay una gran diferencia de la generación de lodos del zinc al níquel dado a las
concentraciones iniciales de los metales en nuestra solución.
70
Tabla 4. 7 Valores de la generación de lodos por litro de agua residual tratada con NaOH
Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 0.2816 0.1384 0.3224 0.17929.5 0.2844 0.1632 0.3600 0.180010.0 0.2700 0.0624 0.3220 0.178410.5 0.2808 0.0708 0.4200 0.181211.0 0.2484 0.1064 0.3700 0.193211.5 0.2472 0.1560 0.3816 0.1632
pH Generación de lodos [g lodo/L agua residual]
lodos generadosNaOH
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
pH
mas
a lo
dos
[g]/A
gua
resi
dual
[L] cobre
niquelzinccromo
Figura 4. 7 Generación de lodos a partir de la precipitación alcalina con NaOH
4.4 Resultados de absorción atómica
El método de determinación de la concentración de metales fue llevado a cabo mediante
la prueba de absorción atómica. Se utilizaron los estándares de calibración mencionados
en el capítulo de Materiales y Métodos para realizar las lecturas y poder obtener los
valores de concentración de metal en el sobrenadante.
71
4.4.1 Ca(OH)2
Se observa en la tabla 4.8 los niveles de concentración de metales en los sobrenadantes
según el pH de la condición de operación. En esta misma tabla, se puede observar que la
remoción del níquel a valores de pH bajos no es satisfactoria. Lo mismo sucede con el
cromo, pero este sólo tiene el primer nivel de pH. El cobre y el zinc tienen una
concentración muy baja, y se mantiene a lo largo de las condiciones de operación.
Tabla 4. 8 Valores de la concentración de metales en ppm después de la precipitación alcalina con Ca(OH)2
Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 0.0030 11.2963 71.5081 1.52919.5 0.0030 0.0060 27.7846 0.908610.0 0.0030 0.0060 1.8403 0.985310.5 0.0030 1.5185 0.6243 0.588811.0 0.0030 1.0410 0.3637 0.623311.5 0.0030 0.0060 0.1373 0.3256
Concentracion de metal [ppm]pH
Concentracion metales vs pHCa(OH)2
0
1
2
3
4
5
8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
pH
Con
cent
raci
on p
pm
CobreNiquelZincCromo
Figura 4. 8 Concentración final de metales después de la precipitación alcalina con
Ca(OH)2
72
4.4.2 NaOH
En la remoción de metales con hidróxido de sodio, el níquel muestra concentraciones
elevadas de metales en las dos primeras condiciones de operación (que corresponden a
los niveles más bajos de pH). Los otros metales se conservan con una baja concentración
de metales a lo largo de las condiciones de operación.
Tabla 4. 9 Valores de la concentración de metales en ppm después de la precipitación alcalina con NaOH
Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 0.0030 0.0060 14.7358 0.62649.5 0.0030 0.0060 15.4309 0.093910.0 0.1467 0.0060 0.5350 0.117810.5 0.0340 1.0293 0.4120 0.493111.0 0.0030 0.0060 0.0000 0.420211.5 0.0030 0.0060 0.0000 1.9215
pH Concentracion de metal [ppm]
Concentracion metales vs pHNaOH
0
1
2
3
4
5
8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
pH
Con
cent
raci
on p
pm
CobreNiquelZincCromo
Figura 4. 9 Concentración final de metales de la precipitación alcalina con NaOH
73
4.5 Eficiencia de remoción de metales
La eficiencia de remoción de los metales se calculó con la ecuación:
100% ×−
=Ci
CfCi
Ecuación 4. 1 Fórmula para calcular la eficiencia del proceso de remoción de metales
Donde:
Ci= concentración inicial del metal en el agua
Cf= concentración final del metal en el agua después de la precipitación alcalina
4.5.1 Ca(OH)2
Como se puede observar en la tabla 4.10, la mayoría de las eficiencias de remoción
sobrepasan el 90%. Hay ciertos valores como los dos primeros del níquel que son muy
bajos, y esto es dado a que la concentración del sobrenadante es muy alta. Lo mismo
ocurre con el cromo en la primera condición de operación, su eficiencia de remoción es
menor a la del 90% pero aún se puede considerar como un alto nivel de remoción.
Tabla 4. 10 Valores de eficiencia de remoción de metales con Ca(OH)2
Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 99.9968 88.7037 40.4099 96.94189.5 99.9968 99.9940 76.8462 98.182710.0 99.9968 99.9940 98.4664 98.029510.5 99.9968 98.4815 99.4797 98.822511.0 99.9968 98.9590 99.6969 98.753411.5 99.9968 99.9940 99.8856 99.3488
pH Eficiencia de remoción de metales [%]
74
Eficiencia de remocion de metalesCa(OH)2
85
90
95
100
8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
pH
% d
e re
moc
ion
CobreNiquelZincCromo
Figura 4. 10 Eficiencia de remoción de metales con Ca(OH)2
4.5.2 NaOH
La eficiencia de remoción de los metales con el hidróxido de sodio es muy buena. Los
niveles no bajan del 88% de eficiencia, llegando hasta el 100%.
Tabla 4. 11 Valores de la eficiencia de remoción de metales con NaOH
Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 99.9963 99.9940 87.7202 98.74729.5 99.9963 99.9940 87.1409 99.812110.0 99.8167 99.9940 99.5542 99.764410.5 99.9575 98.9707 99.6567 99.013711.0 99.9963 99.9940 100.0000 99.159611.5 99.9963 99.9940 100.0000 96.1571
pH Eficiencia de remoción de metales [%]
75
Eficiencia de remocion de metalesNaOH
85
90
95
100
8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
pH
% d
e re
moc
ion
CobreNiquelZincCromo
Figura 4. 11 Eficiencia de remoción de metales con NaOH
En general se puede decir que la eficiencia de remoción con ambos hidróxidos es
muy buena y sólo a pH bajos es cuando puede haber una eficiencia no óptima.
4.6 Cantidad de metal en lodos
La cantidad de metales que se encuentran en los lodos está íntimamente relacionada con
la concentración inicial del metal y con la cantidad de hidróxido añadido a la solución
para llevar a cabo la precipitación. Para poder cuantificar el contenido de metales en los
lodos se realizó el cálculo en términos de gramos de metal por kilogramo de lodo
producido por la precipitación.
4.6.1 Ca(OH)2
El contenido metálico en los lodos provenientes de la precipitación alcalina con Ca(OH)2
varían entre los 200 gramos y los 800 gramos por kilogramo de lodo. El zinc tiene un
76
valor elevado de contenido de metal por kilogramo de lodo en el valor de pH de 10.0 y el
cromo tiene el valor mas bajo de contenido de metal en el pH de 11.0.
Tabla 4. 12 Valores del contenido metálico en los lodos generados con Ca(OH)2
Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 437.6024 282.4959 651.4085 359.57639.5 308.3891 278.6901 410.4755 535.932010.0 310.0165 264.2548 512.1043 780.489410.5 325.0242 296.2740 484.5133 653.587711.0 347.1086 220.4968 491.8773 558.560011.5 467.1819 244.8433 489.6209 454.8938
pH Contenido Metalico en lodos [g metal/kg lodo]
Cantidad de metal por kg de lodoCa(OH)2
0
200
400
600
800
1000
8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
pH
g m
etal
/kg
lodo CobreNiquelZincCromo
Figura 4. 12 Cantidad de metal en el lodo resultado de la precipitación alcalina con
Ca(OH)2
4.6.2 NaOH
El cromo muestra la mayor cantidad de metal por kilogramo de lodo, siendo el punto mas
alto en el valor de pH de 10.0. Para el valor mas bajo de contenido de metal por
kilogramo de lodo es de zinc a un pH de 11.0.
77
Tabla 4. 13 Valores con el contenido metálico en los lodos generados con NaOH
Cobre Cromo Niquel Zinc9.0 284.0803 722.5000 326.5019 275.52239.5 281.2834 612.7083 290.4697 277.255910.0 295.7531 1602.4679 371.0093 279.608710.5 284.7792 1397.8916 284.7333 273.216711.0 322.0491 939.7932 324.3243 256.624211.5 323.6125 640.9872 314.4654 294.5988
pH Contenido Metalico en lodos [g metal/kg lodo]
Cantidad de metal por kg de lodoNaOH
0
500
1000
1500
2000
8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
pH
g m
etal
/kg
lodo Cobre
NiquelZincCromo
Figura 4. 13 Cantidad de metal en el lodo resultado de la precipitación alcalina con
NaOH
4.7 Corridas a 10 L
Se realizaron corridas de remoción de metales con un volumen de 10 litros. Las
concentraciones de los metales eran las mismas de las corridas a 250 ml, lo único
diferente fue que en lugar de utilizar agua destilada para realizar las soluciones, se utilizó
agua normal (de la llave) para poder simular una situación más real dentro de un
escenario industrial. El agua de Puebla es un agua dura. Ésta contiene de 350 a 800 ppm
de carbonatos; dentro de las instalaciones de la UDLAP van de 600 a 800 ppm.
78
Esta dureza del agua tuvo un impacto en el desarrollo de este trabajo ya que por
ejemplo, el cobre al momento de estar en contacto con el agua de la llave se precipitaba
formando carbonatos de cobre.
Los valores de pH a los que se hicieron las diferentes precipitaciones fueron 10.2
unidades con NaOH (hidróxido de sodio) y 11.0 unidades con Ca(OH)2 (hidróxido de
calcio). Estos dos valores de pH se propusieron como resultado de todas las pruebas
anteriores, y en especial con el porcentaje de remoción de metales.
Figura 4. 14 Imagen de las corridas a 10 L
4.7.1 Generación de lodos
La generación de lodos es proporcional al volumen a tratar. La generación de lodos se
vio como resultado de la precipitación alcalina y la acción de los carbonatos del agua de
la llave de la UDLAP. Estos lodos serán utilizados para la prueba PECT y determinar la
toxicidad de los mismos después de la misma.
79
4.7.1.1 Apariencia de los lodos después de la precipitación alcalina
Los lodos provenientes del tratamiento de la alícuota de 10 litros son más consistentes,
hay mayor cantidad de metal precipitado, hay mayor cantidad de hidróxido. Sin embargo
debido a la presencia de carbonatos disueltos en el agua hicieron que los lodos
adquirieran otra apariencia a la que tenían cuando se tenía una alícuota de 250 ml.
80
Lodos con hidróxido de sodio provenientes de la precipitación alcalina
Lodos con hidróxido de calcio provenientes de la precipitación alcalina
Níquel
Níquel
Zinc
Zinc
Cobre
Cobre
Cromo
Cromo
Mezcla
Mezcla
Figura 4. 15 Apariencia de los lodos obtenidos de la precipitación alcalina de los
metales y las mezclas
81
4.7.2 Remoción de metales
A continuación se muestran los porcentajes de remoción de cada metal en los
experimentos de 10 L. Es necesario conocer las eficiencias de remoción cuando se hacen
corridas más grandes para poder determinar las interferencias que existen entre la
relación de volúmenes.
4.7.2.1 Cobre
La figura 4.16 muestra los porcentajes de remoción de cobre con los dos diferentes
hidróxidos (cada uno a su condición de operación óptima). Se puede observar que los
dos hidróxidos llegan a un 99 por ciento de eficiencia, dando esto un muy buen
desempeño en general.
90
92
94
96
98
100
%
Porcentaje de remoción de Cobre
NaOH 99.9646
Ca(OH)2 99.9963
Hidróxido
Figura 4. 16 Porcentaje de remoción de cobre con hidróxidos
82
La comparación entre las eficiencias de remoción se muestra en la tabla 4.14 a
continuación. Se puede notar que no hay gran diferencia entre las eficiencias de
remoción según el volumen a tratar. En la figura 4.17 se ve gráficamente las eficiencias
de remoción dando como resultado una mayor eficiencia cuando se tiene un pH de 11.0
no importando el volumen.
Tabla 4. 14 Valores de remoción de metales de 250 ml y 10 L
pH Hidróxido% de
remoción de metales
pH Hidróxido% de
remoción de metales
Diferencia entre % de remoción
10.2 NaOH 99.9646 10.0 NaOH 99.8167 0.1479211.0 Ca(OH)2 99.9963 11.0 Ca(OH)2 99.9968 0.00056
250 mlCobre
10 L
Porcentaje de remoción de cobre
99.8000
99.8500
99.9000
99.9500
100.0000
9.5 10.0 10.5 11.0 11.5
pH
Efic
ienc
ia d
e re
moc
ión
NaOH 10 LCa(OH)2 10 LNaOH 250 mlCa(OH)2 250 ml
Figura 4. 17 Gráfica comparativa entre los porcentajes de remoción de cobre a
diferentes volúmenes
83
4.7.2.2 Cromo
La remoción de cromo en los experimentos con volúmenes de 10 litros está en el 98% de
eficiencia. Es un buen nivel de eficiencia. Se puede observar que con el hidróxido de
calcio se obtiene una mayor eficiencia, del 98.55%, pero aun así, es muy poca la
diferencia con el hidróxido de sodio por lo que se podría utilizar indistintamente los dos
hidróxidos como agente precipitante de metales.
9092949698
100
%
Porcentaje de remoción de Cromo
NaOH 98.2778
Ca(OH)2 98.5556
Hidróxido
Figura 4. 18 Gráfica de porcentaje de remoción de cromo con hidróxidos
En la tabla 4.15 se muestran los valores de eficiencia de remoción a volumen de
250 ml y a 10 litros. Se observa que la mayor diferencia entre porcentajes de remoción se
da en el pH de 10.0 (volumen 250 ml) y pH de 10.2 (volumen de 10 L), dando una mejor
remoción la que tiene el volumen bajo a tratar. En cuanto a la remoción en pH 11.0 no
hay gran diferencia entre sus eficiencias. En la figura 4.19 se muestra la comparación
entre las eficiencias a diferentes volúmenes.
84
Tabla 4. 15 Valores de remoción de metales de cromo a diferentes volúmenes
pH Hidróxido% de
remoción de metales
pH Hidróxido% de
remoción de metales
Diferencia entre % de remoción
10.2 NaOH 98.2778 10.0 NaOH 99.9940 1.7162211.0 Ca(OH)2 98.5556 11.0 Ca(OH)2 98.9590 0.40341
Cromo10 L 250 ml
Porcentaje de remoción de Cromo
98.0000
98.5000
99.0000
99.5000
100.0000
9.5 10.0 10.5 11.0 11.5
pH
Efic
ienc
ia d
e re
moc
ión
NaOH 10 LCa(OH)2 10 LNaOH 250 mlCa(OH)2 250 ml
Figura 4. 19 Gráfica comparativa entre los porcentajes de remoción de cromo a
diferentes volúmenes
4.7.2.3 Níquel
En ambos escenarios, el porcentaje de remoción del níquel de las soluciones acuosas que
se estudiaron fue mayor al 95%. El porcentaje de remoción del níquel es mayor cuando
se utiliza Ca(OH)2 como agente precipitante.
85
9092949698
100
%
Porcentaje de remoción de Níquel
NaOH 98.9975
Ca(OH)2 99.7853
Hidróxido
Figura 4. 20 Porcentaje de remoción de níquel con hidróxidos
A continuación en la tabla 4.16 se muestran los valores de la eficiencia de
remoción del níquel a volumen de 250 ml y de 10 L. Se hace notar que a pH de 10.2 con
NaOH (volumen de 10 L) se obtiene la menor eficiencia con un valor de 98.99%. En
contraste, la eficiencia más alta se tiene a pH de 11.0 con Ca(OH)2. En la figura 4.21 se
puede ver los datos de la remoción de metales comparados entre ellos.
Tabla 4. 16 Valores de porcentajes de remoción de níquel a diferentes volúmenes
pH Hidróxido% de
remoción de metales
pH Hidróxido% de
remoción de metales
Diferencia entre % de remoción
10.2 NaOH 98.9975 10.0 NaOH 99.5542 0.5566711.0 Ca(OH)2 99.7853 11.0 Ca(OH)2 99.6969 0.08833
Níquel10 L 250 ml
86
Porcentaje de remoción de Níquel
98.8000
99.000099.2000
99.4000
99.600099.8000
100.0000
9.5 10.0 10.5 11.0 11.5
pH
Efic
ienc
ia d
e re
moc
ión
NaOH 10 LCa(OH)2 10 LNaOH 250 mlCa(OH)2 250 ml
Figura 4. 21 Gráfica comparativa de la remoción de níquel a diferentes volúmenes
4.7.2.4 Zinc
La remoción del zinc a un volumen de 10 L es muy efectiva. Los valores del porcentaje
de remoción son de arriba del 99% en ambos casos. El hidróxido de calcio fue el agente
precipitante que arroja el porcentaje de remoción más elevado con un valor del 99.99%.
87
90
92
94
96
98
100
%
Porcentaje de remoción de zinc
NaOH 99.8876
Ca(OH)2 99.9980
Hidróxidos
Figura 4. 22 Porcentaje de remoción de zinc con hidróxidos
En la tabla 4.17 se muestran los valores de la remoción de metales en los dos
escenarios de los diferentes volúmenes. Se puede ver que hay una diferencia significante
entre la eficiencia de remoción del zinc de Ca(OH)2 a pH de 11.0 siendo mayor cuando se
tiene un mayor volumen. En la figura 4.23 se observan las eficiencias de remoción del
zinc a los diferentes pH´s y a los diferentes volúmenes. Cabe mencionar que la eficiencia
de remoción más alta se registra con un valor de 99.99% siendo el agente precipitante el
Ca(OH)2 a un pH de 11.0 y con un volumen de 10 L.
Tabla 4. 17 Valores de la remoción de zinc a diferentes volúmenes
pH Hidróxido% de
remoción de metales
pH Hidróxido% de
remoción de metales
Diferencia entre % de remoción
10.2 NaOH 99.8876 10.0 NaOH 99.7644 0.1232011.0 Ca(OH)2 99.9980 11.0 Ca(OH)2 98.7534 1.24460
10 L 250 mlZinc
88
Porcentaje de remoción de Zinc
98.600098.800099.000099.200099.400099.600099.8000
100.0000
9.5 10.0 10.5 11.0 11.5
pH
Efic
ienc
ia d
e re
moc
ión
NaOH 10 LCa(OH)2 10 LNaOH 250 mlCa(OH)2 250 ml
Figura 4. 23 Gráfica comparativa de la remoción de zinc a diferentes volúmenes
4.7.2.5 Comparación de la eficiencia de remoción de metales entre los dos hidróxidos
En la figura 4.24 se observan las eficiencias de remoción comparadas entre metales
(pruebas individuales) con ambos hidróxidos utilizados en la experimentación. Los
porcentajes de remoción están por arriba del 98% de eficiencia, siendo esto bueno dado a
que se tiene una gran remoción de metal durante la precipitación alcalina.
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
Porcentaje %
1 2Hidróxidos
Eficiencia de remoción de metales con diferentes hidróxidos
Cobre Cromo Niquel Zinc
NaOH Ca(OH)2
99.7899.99
99.99
98.2798.99
99.88
99.9698.55
Figura 4. 24 Comparación entre las eficiencias de remoción de metales con ambos
hidróxidos
4.7.2.6 Mezcla de metales con NaOH
La eficiencia de remoción de metales cuando se tiene la mezcla de los mismos puede
tener ciertas interferencias. En el caso de la mezcla de metales con hidróxido de sodio
como agente precipitante, la eficiencia de remoción de los metales es superior al 97%.
En el caso del cromo, la eficiencia de remoción es la menor en comparación de todos los
metales, teniendo un valor de 97.77%, pero aún así, cumpliendo con la norma. El zinc
fue el metal que obtuvo una mayor remoción con un valor de 99.96%, seguido del cobre
(99.91%) y por último el níquel (99.09%).
90
9092949698
100
%
Porcentaje de remoción de metales con NaOH en una mezcla
Cobre 99.9183Zinc 99.9629Niquel 99.0914Cromo 97.7778
Metales
Figura 4. 25 Gráfica de remoción de metales de una mezcla con NaOH
4.7.2.7 Mezcla de metales con Ca(OH)2
La eficiencia de remoción de metales cuando se encuentran mezclados y el agente
precipitante es el hidróxido de calcio se encuentra arriba del 98%. En orden ascendente,
los valores de eficiencia de remoción son: cromo 98.07%, níquel 99.75%, zinc 99.95% y
por último con el valor más elevado cobre con 99.96%. En la figura 4.26 se muestran los
porcentajes de la eficiencia de remoción comparados entre los cuatro metales para la
mezcla.
91
9092949698
100
%
Porcentaje de remoción de metales en mezcla con Ca(OH)2
Cobre 99.9600Zinc 99.9511Niquel 99.7589Cromo 98.0741
Metales
Figura 4. 26 Remoción de metales de una mezcla con Ca(OH)2
4.7.2.8 Comparación entre los porcentajes de remoción entre pruebas individuales y
pruebas con mezclas
Las pruebas individuales de metales y las pruebas de mezclas tienen un comportamiento
un poco diferente. La prueba individual tiene una mayor eficiencia de remoción que la
prueba de mezcla, pero la diferencia entre estos porcentajes de eficiencia de remoción son
mínimos.
Con el hidróxido de calcio, figura 4.27, se puede notar que la mayor diferencia
entre eficiencias de remoción son con el metal cromo, siendo mayor la eficiencia cuando
se trata de una prueba individual.
92
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
remoción [%]
1 2 3 4Metales
Porcentaje de Remoción de metales con Ca(OH)2
Mezcla Individual
Cobre NíquelCromo Zinc
99.9699.99
99.9599.78
99.7598.5698.07
99.99
Figura 4. 27 Comparación entre los porcentajes de remoción de pruebas
individuales y mezclas
La figura 4.28 muestra la comparación de l as eficiencias de remoción entre los metales y
por las pruebas individuales y las de mezcla. Se puede notar que hay un decremento de
eficiencia de remoción cuando se remueve el cromo y se encuentra en la prueba de
mezcla de metales. Los demás comportamientos de eficiencia de remoción con los otros
metales se encuentran muy parecidos entre las pruebas.
93
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
remoción [%]
1 2 3 4Metales
Porcentajes de remoción de los metales con NaOH
Mezcla Individual
Cobre Cromo Níquel Zinc
99.9199.96
97.7798.27 99.09
98.9999.96
99.96
Figura 4. 28 Comparación entre los porcentajes de remoción de pruebas
individuales y mezclas
4.7.3 Pruebas PECT
En la figura 4.29 se observan los matraces Erlenmeyer que contienen los lodos
provenientes de la precipitación alcalina con los dos agentes precipitantes (NaOH y
Ca(OH)2). Se adicionó un volumen conocido de reactivo de extracción 1. Es importante
cerciorarse de que el reactivo cubra la totalidad del lodo.
94
Prueba
PECT: lodos
con Ca(OH)2
Prueba
PECT: lodos
con NaOH
Figura 4. 29 Matraces con lodos y reactivo de extracción para realizar la prueba PECT
4.7.3.1 Metales
En la siguiente tabla 4.18 se muestran los valores de la concentración de metal en el
lixiviado después de la prueba PECT. Cabe mencionar que se cumple con la NOM-052.
Tabla 4. 18 Valores de las concentraciones de los metales del lixiviado de la prueba PECT
Hidroxido mg/L
0.830666672.2962963
1.491869924.63603896
0.891.851851850.354333330.62987013
NiquelZinc
Metal
NaO
HC
a(O
H) 2
CobreCromoNiquelZinc
CobreCromo
95
4.7.3.1.1 Metales con NaOH
La retención de los metales en los lodos provenientes de la precipitación alcalina con el
hidróxido de sodio se da por arriba del 99%. En orden descendiente, los valores de la
retención de metales de estos lodos son: cobre, níquel cromo y zinc.
90%
92%
94%
96%
98%
100%
Porcentaje de retención de metales con NaOH
Cromo 0.9999
Cobre 1.0000
Zinc 0.9996
Niquel 0.9999
Metal
Figura 4. 30 Porcentaje de retención de metales con NaOH después de la prueba
PECT
4.7.3.1.2 Metales con Ca(OH)2
La retención de los metales está dada en un porcentaje mayor al 99%. Dando los metales
en orden ascendente: cromo, zinc, cobre y níquel.
96
90%
92%
94%
96%
98%
100%
Pocentaje de retención de metales con Ca(OH)2
Cromo 0.9999
Cobre 0.9999
Zinc 0.9999
Niquel 1.0000
Metales
Figura 4. 31 Porcentaje de retención de metales con Ca(OH)2 después de la prueba
PECT
4.7.3.2 Mezclas de metales
En la tabla 4.19 se muestran los valores de la concentración de metales en el lixiviado. Se
cumple con la NOM-052-SEMARNAT [64].
Tabla 4. 19 Valores de concentración de los metales en el lixiviado de la prueba PECT
Hidroxido mg/L
Cobre 1.088Cromo 2.16666667Niquel 3.20233333Zinc 0.65643333
Cobre 0.574Cromo 3Niquel 2.85531098Zinc 0.6982
Metal
NaO
HC
a(O
H) 2
Mez
cla
Mez
cla
97
4.7.3.2.1. Mezcla de metales con NaOH
Los porcentajes de retención para los metales en la mezcla de los mismos con el agente
precipitante NaOH están por arriba del 99%. Esto se traduce a que no hay lixiviación de
los metales hacia líquidos de los lodos obtenidos en la precipitación alcalina. Los
porcentajes de retención de los metales en orden descendiente son los siguientes: zinc
99.9947%, Cobre 99.9945%, cromo 99.991% y níquel 99.982%.
90
92
94
96
98
100
%
Porcentaje de retención de los metales en la mezcla con NaOH
Cobre 99.9946
Zinc 99.9947
Niquel 99.9892
Cromo 99.9911
Metales
Figura 4. 32 Porcentajes de retención de metales en la mezcla con NaOH después de
la prueba PECT
98
4.7.3.2.2 Mezcla de metales con Ca(OH)2
La cantidad de metales en el lixiviado proveniente de los lodos obtenidos de la
precipitación alcalina de la mezcla de metales con el hidróxido de calcio como agente
precipitante es mínima. Los porcentajes de retención de los metales se encuentran por
arriba del 99.95%. En orden descendente, la retención de metales es cobre, zinc, níquel y
cromo.
90
92
94
96
98
100
%
Porcentaje de retención de metales en la mezcla con Ca(OH)2
Cobre 99.9957
Zinc 99.9916
Niquel 99.9857
Cromo 99.9816
Metales
Figura 4. 33 Porcentajes de retención de metales en la mezcla con Ca(OH)2 después
de la prueba PECT
99
4.7.3.3 Apariencia de lodos después de la prueba PECT
Los lodos después de la prueba PECT se hicieron de una consistencia cremosa, espesa, de
unos colores intensos y más difíciles de filtrar.
Lodos con hidróxido de sodio provenientes de la prueba PECT
Lodos con hidróxido de calcio provenientes de la prueba PECT
Níquel
Níquel
Cromo
Cromo
Zinc
Zinc
Cobre
Cobre
Mezcla de metales
Mezcla de metales
Figura 4. 34 Imágenes de los lodos como resultado del a prueba PECT
100
4.8 Propuesta de planta de tratamiento
Después de que se realizó la experimentación, se propone un diseño de una planta de
tratamiento de aguas residuales industriales. El tratamiento consta de 3 partes: pre-
tratamiento, tratamiento y acondicionamiento de productos. Cada una de estas etapas
hace que la calidad de agua que sale después del tratamiento sea la correspondiente para
descargar a drenaje.
La parte de pre-tratamiento consta de unas barras (screens) para poder retirar la
mayor parte de partículas sólidas grandes que impidan el tratamiento, después es un
decantador, en donde partículas de tamaño mediano y relativamente pequeño se retiran
para poder facilitar el tratamiento de agua. Dentro de la configuración propuesta,
también existe un tanque de igualación, para prever los cambios y fluctuaciones que se
den en el flujo dentro de la planta de tratamiento de aguas.
Ya entrando a la parte del tratamiento en si, éste consta principalmente de dos
partes. Una parte es el almacenamiento del hidróxido y la preparación de la solución a
utilizar, y la otra es el proceso de la precipitación alcalina. Para el almacenamiento se
tiene un silo, y la preparación se lleva a cabo en un tanque agitado de acerco al carbón.
En la etapa de la precipitación alcalina, se tiene a su vez un tanque de agitación en donde
las corrientes de entrada son el agua a tratar y el hidróxido como agente precipitante.
101
Después de llevarse a cabo la precipitación, el resultado pasa a un clarificador, en donde
se separa el agua de los lodos producidos.
Por último, en la etapa de acondicionamiento de productos, se tiene un filtro de
arena para el agua resultante del tratamiento en donde garantiza que no hay residuos de
los lodos metálicos generados. Por otra parte los lodos son almacenados y hacia el final
del día, se pasan ya sea al lecho de secado para lodos, con un tiempo de residencia de al
menos 5 días, o a un filtro prensa, con un tiempo de residencia de 2 horas. Este
acondicionamiento da la oportunidad de mejorar las características de los productos para
poder proponer la venta de los mismos y aumentar las ganancias.
A continuación, en la figura 4.35 se muestra un diagrama de bloques de lo que es
el tratamiento de agua propuesto. El área en color naranja claro muestra los equipos para
el pre-tratamiento, los equipos de color verde representan a la parte del proceso de
tratamiento, y los equipos en rosa pertenecen al acondicionamiento de productos. Es más
fácil ver las áreas de la planta y asociarlas con una acción característica.
Ya que se tiene el diagrama de flujo (figura 4.35) se procedió a hacer el diagrama
de equipo con sus correspondientes entradas y salidas de materia así como su
instrumentación. En la figura 4.36 se muestra el diagrama por equipos para la propuesta
de la planta de tratamiento. La parte naranja corresponde al pre-tratamiento, la verde a la
precipitación alcalina y la rosa al acondicionamiento de productos.
102
Figura 4. 35 Diagrama de flujo de bloques describiendo la configuración de la planta de tratamiento de agua residual
industrial por el método de precipitación alcalina
103
Figura 4. 36 Diagrama de flujo de equipos del tratamiento de agua residual por la precipitación alcalina
104
4.9 Análisis Económico
Un análisis económico evalúa la viabilidad económica que se puede definir como:
“condición que evalúa la conveniencia de un sistema, proyecto o idea al que califica,
atendiendo a la relación que existe entre los recursos empleados para obtenerlo y aquellos
de los que se dispone” [45]. Para todo proyecto realizado en nuestro tiempo, se debe de
tener un análisis económico para poder tener un indicador de dinero. Este indicador de
dinero se puede entender en este análisis como el flujo de efectivo, tiempo de
recuperación y el valor presente neto de la empresa a los 10 años de vida del proyecto.
Se utilizó un programa para realizar este análisis económico, y tener una forma
automática de calcular los parámetros económicos importantes y evaluar la viabilidad
económica de la planta
A partir de la configuración de la planta propuesta anteriormente, se realiza el
análisis económico teniendo en cuenta tres escenarios principales:
1. Donde se cobra por tratar el agua, el agua ya tratada se descarga al desagüe y el
lodo producido se dispone correctamente a un relleno de residuos peligrosos.
2. Donde se cobra por tratar el agua, el agua tratada se vende y el lodo obtenido se
dispone a un relleno de residuos peligrosos.
3. Donde se cobra por tratar el agua, el agua tratada se vende y el lodo obtenido se
vende.
105
Para realizar un análisis de sensibilidad, se presentaron 4 casos de caudal de
tratamiento de agua por día:
· 10 m3/día
· 25 m3/día
· 50 m3/día
· 100 m3/día
Tomando en cuenta los diferentes escenarios y los caudales especificados, se tiene
que los productos y sub-productos tienen los siguientes precios:
· Precio de agua a tratar: $6.87/m3 de agua.
· Precio de agua tratada $6.35/m3 de agua.
· Precio de lodo $6.2/kg de lodo.
Al hacer todos los cálculos e integrando todas las partes del análisis económico, se
obtiene los siguientes datos acerca del tiempo de recuperación (ver figura 4.37):
· Caudal 10 m3/día:
o En ningún escenario se recupera el dinero invertido (tiempo de
recuperación negativo).
· Caudal 25 m3/día:
o En ningún escenario se recupera el dinero invertido (tiempo de
recuperación negativo).
· Caudal 50 m3/día:
106
o En los escenarios 1 y 2 nunca se recupera la inversión hecha al principio
del proyecto.
o En el escenario 3 ya se tiene un periodo de recuperación de 36 años.
· Caudal 100 m3/día
o En los escenarios 1 y 2 no se recupera la inversión inicial del proyecto.
o En el escenario 3 el tiempo de recuperación de la inversión es de 16 años.
Dado a que la vida útil de la empresa y la depreciación del equipo es a 10 años, se
calculó otro caudal al cual se tiene un tiempo de recuperación menor a 10 años, el cual
fue 150 m3/día. Con este caudal, se sigue viendo la tendencia de que en los dos primeros
escenarios, no se recupera la inversión y en el tercero, el tiempo de recuperación es de 7
años.
-40
-20
0
20
40
años
1 2 3 4 5
caudal [m3/día]
Comparación de tiempos de recuperación a diferentes caudales y los diferentes escenarios
escenario 1escenario 2escenario 3
Figura 4. 37 Tiempo de recuperación de inversión a los diferentes caudales y los
diferentes escenarios
107
Si se quiere tener un tiempo de recuperación de 10 años, con un caudal de 50
m3/día, el precio de agua a tratar debería de ser de $18.50/m3, y para 100 m3/día el precio
debería de ser $12.50/m3.