Ingenier´ıa y Ciencia, ISSN 1794-9165 Volumen 1, n´ umero 2, p´ aginas 25-40, septiembre de 2005

Oxidaci´ on fotocatal´ıtica de aguas residuales de la industria de lavander´ıa utilizando TiO2 como catalizador y luz UV1 Edison Gil Pavas2 Recepci´ on: 01 de junio de 2004 — Aceptaci´ on: 14 de septiembre de 2004 Se aceptan comentarios y/o discusiones al art´ıculo

Resumen Los efluentes tratados son aguas residuales suministradas por una industria de lavander´ıa, utilizando la tecnolog´ıa de fotocat´ alisis con fuentes artificiales de radiaci´ on (l´ amparas UV), TiO2 como catalizador y un foto-reactor cilindro parab´ olico compuesto (CPC). Se emple´ o agua residual industrial con el objetivo de comenzar a efectuar una investigaci´ on con efluentes l´ıquidos reales y no con mezclas sint´ eticas preparadas en el laboratorio, lo que se busca con este proyecto es dar un primer paso hacia la utilizaci´ on de estas nuevas tecnolog´ıas a escala industrial. Los resultados experimentales fueron procesados estad´ısticamente por modelo de superficie de respuesta, tomando la concentraci´ on del catalizador, pH y tiempo de recirculaci´ on, como los par´ ametros que afectan la concentraci´ on final de DQO (Demanda Qu´ımica de Ox´ıgeno), variable de respuesta escogida. Se logr´ o una degradaci´ on m´ axima sin H2 O2 del 26,49 % y con adici´ on de H2 O2 del 41,8 %. Palabras claves: procesos avanzados de oxidaci´ on, fotocat´ alisis, foto-oxidaci´ on, DQO, aguas residuales, UV, di´ oxido de titanio.

Abstract The catalytic photodegradation of the waste water of the laundry industry in a Parabolic Composite Cylinder (PCC) photo-reactor is studied in this work. The technology of photocatalysis was used with artificial sources of radiation (lamps UV) and TiO2 as catalyst. The study was with Industrial waste water with the objective to begin to carry out an investigation with real liquid effluents and not with prepared synthetic mixtures in the laboratory, since what it looks for with this project it is to take a first step towards the use of these new technologies on industrial scale. The experimental results were process statistically by model of response surface. The concentration of catalyst, pH and the recirculation time were the parameters that affected the final concentration of COD, variable of response. The degradation obtained was 26.49% without H2 O2 and 41.8%. with addition of H2 O2 . 1 GIPAB: Grupo de investigaci´ on en Procesos Ambientales y Biotecnol´ ogicos. Departamento de Ingenier´ıa de Procesos. Reconocido ante Colciencias, Universidad EAFIT. 2 M.Sc en Ingenier´ıa Qu´ımica, [email protected], profesor del departamento de Ingenier´ıa de Procesos, Universidad EAFIT.

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Key words: Advanced oxidation processes, photocatalysis, photo-oxidation, COD, wastewater, UV, titanium dioxide.

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Introducci´ on

Las pol´ıticas de control de la contaminaci´on ambiental han cambiado sustancialmente desde finales de los 80, hacia nuevas tendencias preventivas que reformulan la pregunta ¿qu´e hacemos con los residuos? por ¿qu´e podemos hacer para no generar residuos? La conferencia de las Naciones Unidas para el medio ambiente y el desarrollo, celebrada en R´ıo de Janeiro en julio de 1992, sirvi´ o para circunscribir la visi´ on del desarrollo sostenible e identificar la funci´ on y la responsabilidad del empresario, entre otros logros. Con el desarrollo sostenible se pretende satisfacer las necesidades sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer las suyas, buscando optimizar tres objetivos: crecimiento econ´ omico, equidad social y valor ecol´ogico. Esta visi´ on significa un cambio de mentalidad para todas las personas involucradas, incluyendo a los empresarios. Los esfuerzos que se hacen para reducir la contaminaci´on ambiental, especialmente el impacto ambiental de los procesos industriales, han dado como resultado el surgimiento de varias pr´acticas para reemplazar el antiguo control al final del proceso por procedimientos m´as “respetuosos” con el medio ambiente, disminuyendo sustancialmente la producci´on de desechos o contaminantes. Vale mencionar tres pr´acticas promisorias a corto plazo: producci´on m´as limpia, ecolog´ıa industrial y cero emisiones (ZERI, zero emissions research iniciative). La producci´on m´as limpia se refiere al control y a la implementaci´on de los procesos para disminuir la generaci´ on de desechos contaminantes y obtener productos finales con un m´ınimo de impacto ambiental. La ecolog´ıa industrial se sustenta en la aplicaci´ on del pensamiento sist´emico y de la ecolog´ıa para integrar aspectos de producci´on y consumo en el dise˜ no, elaboraci´ on y utilizaci´ on de los productos y servicios para minimizar el impacto ambiental. Cero emisiones fue concebido por el Doctor Gunter Pauli y respaldado por la Universidad de las Naciones Unidas. El enfoque cero emisiones est´ a asentado en una visi´ on cr´ıtica del modelo global en el campo de la producci´on y uso de la biomasa terrestre. Esta expresi´ on indica realmente una producci´on ambientalmente m´as limpia para generar un “producto final m´as respetuoso con el medio ambiente”, como resultado de un proceso que incorpora en cada una de las fases del ciclo de vida de los productos las “mejores pr´acticas ambientales”. Es el aprovechamiento al m´aximo de toda la materia prima que se emplea en un proceso de tal forma que los residuos o subproductos se utilicen como materias primas para otros productos con mayor valor agregado. Dentro de este nuevo enfoque los efluentes s´ olidos y l´ıquidos que son emitidos por las industrias se consideran parte integral de los procesos.

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La necesidad de un crecimiento sostenible se contrapone en la regi´on latinoamericana con la realidad del crecimiento demogr´afico. Nuestros pa´ıses atraviesan una etapa de crecimiento no-arm´ onico, con logros macroecon´ omicos muy variables en los diversos pa´ıses. A´ un en los casos en los que los pa´ıses han alcanzado interesantes progresos macroecon´ omicos estos logros no se reflejan en la calidad de vida de grandes porciones de la poblaci´ on. Esos grandes contrastes se reflejan en los problemas asociados con la gesti´on racional del agua que no puede enfrentarse como una receta, con un procedimiento u ´ nico. Los problemas han tenido que ser enfrentados por las sociedades en funci´ on del uso del agua a medida que dicha sociedad ha ido evolucionando. Los pa´ıses de desarrollo arm´onico han ido enfrentando uno por uno problemas vinculados con la contaminaci´on biol´ogica, con los niveles de metales pesados, con el uso intensivo de nutrientes y con los contaminantes org´ anicos a niveles de ultra-traza. Los atractivos de la fotocat´ alisis son muchos: en el caso ideal, se alimenta con energ´ıa solar, destruye totalmente el contaminante org´ anico (por lo que no hay problemas de disposici´ on posterior de residuos del proceso industrial) y emplea como insumo b´ asico una sustancia econ´ omica y no-t´ oxica, el di´oxido de titanio (TiO2 ) en forma cristalina como fotocatalizador, sustancia que incluso ha demostrado ser biocompatible [1],[2],[3]. Con el presente proyecto se pretende evaluar la fotodegradaci´ on de compuestos en el proceso de elaboraci´ on de productos textiles que consiste de un gran n´ umero de operaciones unitarias retroalimentadas en donde se utilizan diversas materias primas como algod´ on, lana, fibras sint´eticas o mezclas de ellas. El impacto ambiental de sus efluentes l´ıquidos es diverso por la gran variedad de materias primas, reactivos y m´etodos de producci´on. En los efluentes se pueden encontrar sales, almid´ on, per´oxidos, EDTA, tensoactivos, enzimas, colorantes, metales y otros compuestos org´ anicos de variada estructura que provienen de las distintas etapas del proceso global. En general, las corrientes de agua de descarga provienen principalmente del desengomado (15 %), descrude y mercerizado (20 %) y del blanqueo, te˜ nido y lavado (65 %). Una gran proporci´ on de los colorantes no son directamente t´ oxicos para los organismos vivos, sin embargo, la fuerte coloraci´on que imparten a los medios de descarga puede llegar a suprimir los procesos fotosint´eticos en los cursos de agua, por lo que su presencia debe ser controlada [4]. Los tratamientos biol´ogicos de los efluentes l´ıquidos de la industria textil incluyen b´ asicamente tratamientos aer´ obicos y anaer´obicos que pueden ser precedidos por una o m´as etapas de tratamiento primario como sedimentaci´on, tamizado, coagulaci´on, ecualizaci´on, neutralizaci´ on o cualquier otro tratamiento f´ısico-qu´ımico avanzado como ultrafiltraci´ on o adsorci´ on sobre carb´ on activado. La eficiencia del tratamiento biol´ogico para la remoci´on de la DQO depende fuertemente de la relaci´on DBO5 /DQO. El valor medio de esta raz´ on en un efluente de la industria textil es de alrededor de 0,35 lo que hace dif´ıcil la eliminaci´ on total de la DQO. En revisi´ on sobre la biodegradaci´ on de colorantes textiles, se encontr´ o que la mayor´ıa de los colorantes no muestran una biodegradaci´ on significativa en medios aer´ obicos y que la desaparici´ on del color del efluente se atribuye principalmente a la adsorci´ on de las mol´eculas intactas de colorante en el lodo [5],[6],[7].

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En consecuencia, el empleo de las tecnolog´ıas avanzadas de pre o post-tratamiento biol´ogico puede constituir una alternativa viable para la remoci´on de los colorantes disueltos en un efluente textil.

2

Materiales y m´ etodos

2.1

Dise˜ no de experimentos

El modelo estad´ıstico seleccionado fue el de Box-Behnken, el cual permite inspeccionar de manera visual la respuesta para cierta zona de factores y sus niveles de inter´es, evaluando la sensibilidad de estos en el tratamiento. Una de sus principales ventajas comparado con otros modelos que relacionan una variable a tres niveles: entrega un n´ umero m´ınimo de ensayos experimentales (15 experimentos), lo que hace que este dise˜ no sea pr´actico desde el punto de vista econ´ omico y del tiempo empleado para su ejecuci´ on. Las superficies de respuesta se exploran para determinar la combinaci´ on que proporciona una condici´on operativa adecuada para los tres niveles de los factores analizados. Para la determinaci´ on de los niveles se fija un nivel m´aximo y un nivel m´ınimo y el programa, en nuestro caso Statgraphics versi´ on 5.0 [8], se encarga aleatoriamente de dar el nivel intermedio para cada una de las variables utilizadas: pH, concentraci´ on de TiO2 (g/l) y tiempo de recirculaci´ on. Reactivos y equipos Reactivos • Aguas Residuales provenientes de una empresa de lavander´ıa • Agua destilada • Di´ oxido de Titanio (Degussa P-25) ´ • Acido Sulf´ urico grado reactivo • Soluci´ on 1N de Hidr´oxido de Sodio Equipos Implementos de laboratorio • Balanza marca OHAUS • pH-metro marca METROHM • Centr´ıfuga Universal marca HETTICH • Probeta 1000 ml

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• Pipetas 10 ml • Vidrio de reloj • Esp´ atula • Beakers para almacenamiento de muestras • Balde para preparaci´on de muestras • Cron´ ometros • Agitador magn´etico con calentamiento marca Barnsted/Thrmolyne corporation • Espectrofot´ ometro marca SPECTRON

2.2

Foto-reactor empleado

El Foto-reactor utilizado para la realizaci´ on de los experimentos es de tipo cilindro parab´ olico compuesto (CPC), figura (1), que permite una f´acil impulsi´ on y distribuci´ on del agua a tratar, simplificando la parte hidr´ aulica de la instalaci´ on [9].

Figura 1: Foto-Reactor CPC empleado

2.3

Resumen del dise˜ no

Se realizaron 30 ensayos variando las condiciones iniciales de operaci´ on seg´ un lo establecido por el dise˜ no de experimentos. Se plantearon dos casos de estudio en los cuales se Universidad EAFIT

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emplearon aguas residuales de diferentes caracter´ısticas, esto debido a que en la empresa se realizan continuamente cambios en los procesos de lavado, lo que dificulta tener un agua con caracter´ısticas similares. Los 15 ensayos para cada caso de estudio se realizaron siguiendo las condiciones de la tabla (1).

Tabla 1: Caso estudio

Ensayo n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

TiO2

Tiempo(h)

pH Inicial

2 3 1 3 1 3 3 1 1 2 2 2 2 2 2

8 4 8 6 6 8 6 6 4 6 4 8 6 4 6

(g/l) 1 0,5 0,5 0 1 0,5 1 0 0,5 0,5 0 0 0,5 1 0,5

Para cada caso de estudio se hizo un an´ alisis estad´ıstico. Para la realizaci´ on de cada ensayo se midieron 8 litros de agua residual en un recipiente limpio, para adecuar su pH se utiliz´o ´acido sulf´ urico al 98 % o soda al 48 %, el catalizador fue pesado en una balanza electr´onica para luego ser mezclado con el agua residual en el recipiente de almacenamiento de 12 litros. Cuando la soluci´on estaba preparada se encend´ıa el sistema de bombeo y el sistema de iluminaci´ on, quedando el fluido en recirculaci´ on constante durante el tiempo indicado. Al finalizar el tiempo del ensayo se retiraban las muestras para luego ser analizadas en el laboratorio. El pH, tiempo y la concentraci´ on de catalizador fueron establecidos para cada ensayo seg´ un lo estipulado en el dise˜ no de experimentos. El flujo de aire disponible en todos los ensayos fue de 100 ml/min.

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2.4

Par´ ametros de operaci´ on

Los par´ ametros de operaci´ on se utilizaron para los dos casos de estudio donde cada ensayo experimental variaba en sus condiciones seg´ un el modelo estad´ıstico. • Concentraci´ on inicial de DQO en el agua a tratar entre 224,8 - 803 mg/l O2 . • El TiO2 se trabaj´ o en un intervalo de 0 - 1 g/l • El volumen procesado en el reactor se fijo en 8 litros por ensayo • Se trabaj´ o a un flujo constante de agua a tratar de 7,02 l/min • Flujo de aire se fijo a 100 ml/min • El tiempo de recirculaci´ on fluctu´ o entre 1 y 3 horas • El intervalo de pH utilizado fue de 4 a 8 El r´egimen de flujo, acorde a las condiciones de dise˜ no del equipo y a la capacidad de bombeo fue turbulento para favorecer los procesos difusivos dentro del foto-reactor, Re = 8555, ideal para el buen funcionamiento del proceso.

2.5

Factores del dise˜ no y variable de respuesta

La definici´ on de los niveles de cada factor son indicados en la tabla (2), [10] y [11]: Tabla 2: Factores evaluados y variable de respuesta

Factor pH Cantidad de TiO2 (g/l) Tiempo de recirculaci´ on (h) Variable de respuesta Concentraci´ on final de DQO(mg/l O2 )

3

4 0 1

Nivel 6 8 0,5 0,1 2 3

Resultados y an´ alisis

Estos an´ alisis se hicieron empleando el software estad´ıstico “Statgraphics”versi´ on 5.0 [8]; a partir de ´este se obtuvieron las tablas ANOVA, las gr´aficas de Pareto y el valor ´optimo de los efectos que minimicen el valor de la concentraci´ on final de DQO. Universidad EAFIT

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3.1

Caso de estudio 1

De acuerdo a la tabla (3) y a la figura (2) los factores m´as significativos en orden decreciente de importancia son: • Interacci´ on del tiempo con el tiempo de recirculaci´ on • Concentraci´ on de catalizador (TiO2 )

Tabla 3: Resultados de los ensayos experimentales caso 1

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

TiO2 (g/l) 1 0,5 0,5 0 1 0,5 1 0 0,5 0,5 0 0 0,5 1 0,5

Tiempo (h) 2 3 1 3 1 3 3 1 1 2 2 2 2 2 2

pH inicial 8 4 8 6 6 8 6 6 4 6 4 8 6 4 6

DQO inicial (mg/l O2 ) 586 586 586 743 586 586 586 743 586 453 453 453 453 453 453

pH final 7,15 4,41 6,75 6,11 6,42 6,78 6,63 6,13 4,32 6,88 4,39 7,37 6,92 4,32 6,84

DQO final (mg/l O2 ) 503 529 513 653 483 559 476 829 536 513 333 339 299 349 346

% degradaci´ on 14,16 9,73 12,46 12,11 17,58 4,61 18,77 −11,57 8,53 −13,25 26,49 25,17 34 22,96 23,62

BB A:TiO2 AB CC AC AA C:pH B:Tiempo BC

0

0.5

1 1.5 2 EFECTO ESTANDARIZADO

2.5

3

Figura 2: Diagrama de Pareto

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Las barras en la figura (2) que superan la l´ınea vertical indican los factores e interacciones que afectan significativamente a la variable dependiente. Los valores ´ optimos de los factores que permiten minimizar el valor de la variable dependiente (DQO) son: • pH = 4 • Tiempo de recirculaci´ on = 2 horas • Concentraci´ on del TiO2 = 0,8 g/l

3.2

Caso de estudio 2

En tabla (4) se muestran los resultados obtenidos. Se aprecia que el pH influye significativamente en la variable de respuesta dependiendo de la concentraci´ on de TiO2. Esto es debido a que el TiO2 funciona mucho mejor a pH ´acidos. Tabla 4: Resultados de los ensayos experimentales caso 2

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

TiO2 (g/l) 1 0,5 0,5 0 1 0,5 1 0 0,5 0,5 0 0 0,5 1 0,5

Tiempo (h) 2 3 1 3 1 3 3 1 1 2 2 2 2 2 2

pH inicial 8 4 8 6 6 8 6 6 4 6 4 8 6 4 6

DQO inicial (mg/l O2 ) 803 803 803 803 803 803 803 803 803 436 436 436 436 436 436

pH final 7,05 4,41 6,72 7,08 5,95 7,32 6,85 5,24 4,17 6,17 4,15 7,51 6,15 4,43 6,10

DQO final (mg/l O2 ) 739 673 653 726 753 683 753 733 696 370 386 449 376 383 366

% degradaci´ on 7,97 16,19 18,68 9,59 6,23 14,94 6,23 8,72 13,33 15,14 11,47 2,98 13,76 12,16 16,06

La tabla (5) ANOVA divide la variabilidad de la concentraci´ on final del agua residual de lavander´ıa en partes separadas para cada una de las variables. En este caso, siete factores tienen un valor P inferior a 0,05 indicando que el efecto que tiene sobre la variable dependiente tiene un 95 % de confiabilidad [12]. El valor de R2 indica que el modelo utilizado explica en un 91,66 % la variabilidad de la DQO (variable dependiente). Universidad EAFIT

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Tabla 5: ANOVA

Factor R TiO2 (A) Tiempo (B) pH (C) AA AB AC BB BC CC Lack of fit Error Total

Suma de cuadrados 13944,5 0 18624,5 31223,4 12,25 21462,3 287327 702,25 2683,39 32762,5 52,6667 393350

Grados de libertad 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 2 14

Media de los cuadrados 13944,5 0 18624,5 31223,4 12,25 21462,3 287327 702,25 2683,39 10920,8 26,3333

Prueba F

Valor-P

529,54 0 707,26 1185,7 0,47 815,02 10911,16 26,67 101,9 414,72

0,0019 1 0,0014 0,0008 0,5656 0,0012 0,0001 0,0355 0,0097 0,0024

R2 = 91, 66 % De acuerdo a lo anterior los factores m´as significativos en orden decreciente de importancia son: • Interacci´ on del tiempo con el tiempo de recirculaci´ on. • Interacci´ on concentraci´ on de catalizador con el catalizador. Las barras en la figura (2) que superan la l´ınea vertical indican los factores e interacciones que afectan significativamente a la variable dependiente. Los valores ´ optimos de los factores, que permitan minimizar el valor de la variable dependiente (DQO), son: • pH = 4 • Tiempo de recirculaci´ on = 2 horas • Concentraci´ on del TiO2 = 0,6 g/l

3.3

Degradaci´ on del contaminante

Obtener una ecuaci´ on para describir la cin´etica del proceso fotocatal´ıtico permite modelar originalmente un mecanismo de reacci´on en el que participan un pre-equilibrio de adsorci´ on y una reacci´on superficial lenta. Se obtiene una ecuaci´ on emp´ırica y sencilla que

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permite modelar el comportamiento del sistema. Los factores pH, temperatura, catalizador, intensidad de radiaci´ on, etc´etera, influyen sobre los valores de k (constante cin´etica) y K (constante de adsorci´ on). Para determinar la velocidad de la reacci´on se realizaron ensayos adicionales con las condiciones ´ optimas de operaci´ on halladas por medio del an´ alisis estad´ıstico. Se tomaron los valores ´optimos de pH, tiempo y concentraci´ on de catalizador arrojados por el modelo para el caso de estudio (2), debido a que su R2 fue mayor comparado con el caso de estudio (1), 91,66 %. De acuerdo con lo anterior, los resultados obtenidos se ajustan mejor con el modelo de orden uno, ya que el coeficiente de correlaci´ on estad´ıstica tanto para la DQO como para la DBO fue muy cercano a uno (R2 = 0,98). Es importante aclarar que debido a los diversos contaminantes presentes en el agua residual empleada en el tratamiento no se puede tener total certeza del orden de la reacci´on. En las figuras (3) y (4), de C/Co vs. Tiempo para DQO y DBO, se muestra claramente la disminuci´ on de la concentraci´ on de los contaminantes con respecto al tiempo, las cuales se realizaron con los valores ´ optimos hallados con el programa estad´ıstico. C/ Co Vs TIEMPO 1.02

2

y = 2E-06x - 0.0009x + 1.0019

1

2

R = 0.988

C/Co

0.98 0.96

DQO

0.94 0.92 0.9 0

20

40

60

80

100

120

140

Tiempo (Horas)

Figura 3: Disminuci´ on de la concentraci´ on de la DQO vs. Tiempo

C/ Co Vs TIEMPO 1,02

y = 2E-06x2 - 0.001x + 1.0024 2 R = 0.989

C/Co

1 0,98 0,96

DBO

0,94 0,92 0,9 0

20

40

60

80

100

120

140

Tiempo (Horas)

Figura 4: Disminuci´ on de la concentraci´ on de DBO vs. Tiempo

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De acuerdo al modelo de orden uno la velocidad de la reacci´on se comporta de la siguiente manera [13]: En la figura (5) la pendiente de la recta representa el valor de la constante espec´ıfica de velocidad (k), la cual es igual a 7,17 × 10−4 ppm O2 min−1 . CINÉTICA REACCIÓN PRIMER ORDEN - Ln (C/Co)

0,1 0,08 0,06

DQO

0,04 0,02 0 0

30

60

90

120

150

Tiempo (min)

Figura 5: Cin´etica Reacci´ on para DQO

En la figura (6), la pendiente de la recta representa el valor de la constante espec´ıfica de velocidad (k), la cual es igual a 7,64 × 10−4 ppm O2 min−1 . CINÉTICA REACCIÓN PRIMER ORDEN

- Ln (C/Co)

0,1 0,08 0,06 0,04

DBO

0,02 0 0

30

60

90

120

150

Tiempo (min)

Figura 6: Cin´etica Reacci´ on para DBO

3.4

Experimentos adicionales

Para mejorar la viabilidad t´ecnica del uso del proceso de fotocat´ alisis en el tratamiento de agua residual proveniente de una industria de lavander´ıa, se realizaron ensayos adicionales agregando 1 ml/l de per´ oxido de hidr´ ogeno al 35 % y ampliando el tiempo de duraci´ on del proceso a seis horas [14],[15],[16],[17]. Para el ensayo A se tom´ o una muestra de agua residual con DQO inicial de 454,9 mg/l, se le adicion´o 1 ml/l de per´ oxido de hidr´ ogeno y 0,8 g/l de TIO2 . Para el ensayo B la

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condici´on inicial que se vari´ o fue la realizaci´ on de una diluci´ on 1:1 de la muestra inicial empleada en el ensayo A, disminuyendo la concentraci´ on de DQO a 248,9 mg/l. Esto se hizo para determinar la influencia que tiene, en el proceso de fotocat´ alisis, el aumento de los radicales hidr´ oxilo disponibles para la oxidaci´on de compuestos contaminantes. Los resultados obtenidos en estos ensayos se muestran en la tabla (6), figuras (7), (8), (9) y (10). Tabla 6: Par´ ametros utilizados en los ensayos A y B

Ensayo

TiO2 (g/l) 0,6 0,6

A B

3.4.1

H2 O2 (ml/l) 1 1

DQO removida a 6 horas 127,6 104,1

% Remoci´on DQO a 6 horas 28,1 41,8

Resultados ensayo A ENSAYO VIABILIDAD TÉCNICA C/ Co Vs Tiempo 1,2

C/Co

1 0,8 0,6

Ensayo A

0,4 0,2 0 0

1

2

3

4

5

Tiempo (Horas)

6

7

Figura 7: Disminuci´ on de DQO vs Tiempo

CINÉTICA REACCIÓN PRIMER ORDEN -Ln (C/Co)

0,4 0,3 0,2 ENSAYO A

0,1 0,0 0

2

Tiempo 4(Horas)

6

8

Figura 8: Cin´etica reacci´ on

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3.4.2 Resultados ensayo B Diluci´ on 1:1 de la muestra inicial

C/Co

ENSAYO VIABILIDAD TÉCNICA C/Co Vs Tiempo 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

Ensayo B 0

2

4

6

8

Tiempo (Horas) Figura 9: Disminuci´ on de DQO vs Tiempo

-Ln (C/Co)

CINETICA REACCIÓN PRIMER ORDEN 0,6 0,4 0,2

ENSAYO B

0,0 0

2

4

6

Tiempo (Horas) Figura 10: Cin´etica reacci´ on

Los resultados obtenidos demuestran que el proceso de fotocat´ alisis logra oxidar compuestos contaminantes presentes en agua residual de una industria de lavander´ıa. La adici´ on de per´ oxido de hidr´ ogeno aument´ o la eficiencia global del proceso, y al tenerse una menor concentraci´ on de DQO inicial a una misma concentraci´ on de per´oxido de hidr´ ogeno, se logr´ o incrementar el porcentaje de remoci´on de contaminantes ya que se tuvo una mayor cantidad de radicales hidr´ oxilo disponibles para degradar los compuestos presentes.

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Conclusiones • La fotocat´ alisis elimina contaminantes presentes en efluentes l´ıquidos de la industria de lavander´ıa de una manera m´as limpia que otras tecnolog´ıas convencionales, lo que

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podr´ıa ser usado como un proceso preliminar a la adsorci´ on con carb´ on activado, permitiendo disminuir los costos por regeneraci´ on y disposici´ on final de este medio adsorbente. • Experimentalmente se encontr´ o que el tiempo de residencia, concentraci´ on de catalizador y concentraci´ on inicial de contaminante influyen en la evoluci´ on y eficiencia del proceso de fotocat´ alisis. • Las condiciones ´ optimas obtenidas del an´ alisis realizado por el modelo de superficie de respuesta para tratar las aguas residuales de la industria de lavander´ıa son: pH de 4, tiempo de recirculaci´ on de 2 horas y concentraci´ on de TiO2 de 0,6 g/l. • Se obtuvo experimentalmente una cin´etica de orden uno con respecto a la concentraci´ on inicial de contaminantes en las aguas residuales empleadas. • Los valores de remoci´ on de DQO en el agua residual tratada aumentan en un 32,7 %, cuando la concentraci´ on inicial de contaminantes en la muestra es menor y se le adiciona 1 ml/l de H2 O2 . En los ensayos experimentales adicionales se observ´ o que la variaci´ on en la estequiometr´ıa de la reacci´on logra aumentar los radicales hidr´ oxilos disponibles para oxidar los compuestos contaminantes.

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Agradecimientos

El autor agradece al Comit´e de Investigaci´on de la Universidad EAFIT por el apoyo financiero para la realizaci´ on de este trabajo y al personal t´ecnico del laboratorio de ingenier´ıa de procesos.

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Oxidaci´ on fotocatal´ıtica de aguas residuales de la industria de lavander´ıa utilizando TiO2 y luz UV

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