Nallely Guadalupe Picazo Rodríguez
María de Jesús Soria-Aguilar
Francisco Raúl Carrillo Pedroza
Antonia Martínez Luévanos
Gregorio González Zamarripa
María Eugenia Guajardo Castillo
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Cienciacierta #40, Octubre-Diciembre 2014
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El agua es el constituyente más importante del organismo humano, la contaminación de los recursos hídricos superficiales es un problema cada vez más grave, debido a que éstos se usan como destino final de residuos domésticos e industriales, sobre todo en las áreas urbanas.
Estas descargas son las principales responsables de la alteración de la calidad de las aguas naturales, que en algunos casos llegan a estar tan contaminadas que su potabilización resulta muy difícil y costosa (Barrenechea, 2009). La contaminación causada por la presencia de metales y metaloides, es en la actualidad uno de los problemas ambientales más importantes (Nriagu, 1988). Especies metálicas como el cromo, el mercurio, el cobre, el níquel y el cadmio, además del arsénico (estrictamente un metaloide), forman parte de la lista de contaminantes prioritarios de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.
El cromo (VI) es un contaminante frecuente en aguas residuales industriales que son provenientes de procesos como galvanoplastía, tintura de cueros o manufactura de pinturas. Debido a sus múltiples propiedades carcinogénicas y mutagénicas, su concentración en agua potable ha sido regulada a 0,05 mg/L en diversos países. El tratamiento convencional del cromo hexavalente es su reducción a Cr (III), especie menos tóxica y menos móvil en el medio ambiente (Baird, 1998). Sin embargo, existen diferentes procesos tales como precipitación química, extracción con disolventes, intercambio iónico, ósmosis inversa o adsorción (Gutiérrez et al., 2006).
Sobre el método de adsorción, hay numerosos materiales adsorbentes utilizados para la adsorción de metales pesados, como el cromo. Uno de ellos son los materiales basados en óxidos de hierro, los cuales han mostrado desarrollar alta afinidad a ciertos iones y complejos metálicos (Mohan et al., 2007). En este trabajo se presenta un ejemplo de aplicación del método de adsorción, para la remoción de cromo de aguas residuales de la industria cromadora, empleando como material adsorbente residuos de la industria metalúrgica.
Metodología experimental
Las pruebas se realizaron con muestras de aguas residuales de una planta cromadora. Las muestras contenían inicialmente 700 mg/L de cromo Cr (VI) a pH 3. Otro componente importante de esta solución es el contenido de sulfatos, SO4-2 = 400 mg/L. Una cantidad específica de residuos metalúrgicos fue empleada como material adsorbente. Los residuos fueron caracterizados por análisis químico con espectrofotometría de absorción atómica (Perkin Elmer 3100) y difracción de rayos X(DRX, Siemens D-5000) para determinar la composición química y las fases presentes en los residuos de un proceso metalúrgico. Mediante dichas técnicas se confirmó que estos residuos están compuestos principalmente de Fe (Fe total = 45 %), el cual está presente en diferentes formas,principalmente hierro metálico, wustita (FeO) y magnetita (Fe3O4). También se determinó el punto isoeléctrico (IEP)del material, el cual fue de 9.2. Este material se añadió en 100 ml de la solución conteniendo el Cr (VI), y después se agitó durante un periodo predeterminado a 25 grados centígrados. El tiempo de prueba, la cantidad de adsorbente (óxidos d ehierro) y la concentración de cromo son las variables que se estudiaron en estos experimentos. La determinación de cromo en soluciones antes y después de ensayos de adsorción se realizó mediante espectroscopía de absorción atómica (AAS,Perkin Elmer 3100).
Resultados
Para la adsorción se llevaron a cabo pruebas diferentes con el objetivo de evaluar la eficiencia que tienen estos residuos para la remoción de cromo. Para ello, se determinó el efecto de la cantidad de los óxidos de hierro en la eliminación de Cr (VI), variando dicha cantidad de 1 a 12 g en la solución de aguas residuales. En los resultados mostrados en la figura 1 se puede observar que el porcentaje de eliminación de Cr (VI) aumenta de 15 % a 27 % con un aumento en la cantidad óxidos de hierro de 0.25 a 1 g, respectivamente. Posteriormente, al aumentar la cantidad de residuo de 1 hasta 4 g sólo incrementa el porcentaje de adsorción de 27 a 30 %.
Este comportamiento del material empleado para la adsorción de cromo se explica en el sentido de que, en soluciones con pH debajo del IEP (como en el presente caso), los residuos se cargan positivamente, atrayendo los iones de Cr (VI), los cuales están en forma de iones negativos (HCrO4-,según las condiciones y diagramas de especies). Sin embargo, debido al alto contenido de otros iones negativos, tales como los iones sulfato (So4 ) presente en las soluciones de cromado, estos compiten con los de Cr (VI) adsorbiéndose también en la superficie de óxidos de hierro. Esto explica porqué después de cierta remoción inicial de cromo, al aumentar la cantidad de residuos no se aumenta la adsorción de este metal, debido a que el sulfato es adsorbido.El resultado obtenido de 30 por ciento para la remoción de cromo es un valor bajo. Sin embargo, considerando que el material es un residuo de la industria metalúrgica, por lo tanto, de bajo costo, y además de que es un material que es atraído fácilmente por un imán (es decir, que puede ser manejado y recuperado por medios magnéticos), este material puede representar una oportunidad para disminuir costos en los procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales. En el caso del cromo, los procesos convencionales más usados son los de reducción-precipitación,el cual emplea diversos reactivos químicos tales como el bisulfito de sodio para reducir el Cr (VI)aCr(III), y sosa y floccoagulantes para su precipitación. El uso de los residuos, en una etapa previa de adsorción tal como se esquematiza en la figura 2, puede representar un ahorro económico significativo en el consumo de dichos reactivos.
Conclusiones
Se estudió la remoción de Cr (VI) contenido en aguas residuales de una planta cromadora. Se encontró que los residuos metalúrgicos compuestos principalmente de óxidos de hierro, son un adsorbente opcional para la eliminación de Cr(VI).
Se encontró que el aumento de una pequeña cantidad de adsorbente incrementa inicialmente el porcentaje de eliminación de Cr (VI). Sin embargo el valor del porcentaje máximoobtenidoesde30porcientoparala adsorción de Cr (VI); este valor máximo se debe a la presencia de otros iones, principalmente los sulfatos, que compiten en la adsorción.
Aúnasí,este porcentaje puede ser importante en el tratamiento de aguas residuales industriales de cromado, ya que siendo los residuos un material de bajo costo y alta disponibilidad, y de fácil recuperación por medios magnéticos (dada sus propiedades ferromagnéticas), puede aportar ahorros significativos en el consumo de reactivos empleados en el proceso convencional de precipitación-reducción de las plantas cromadoras.
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Referencias bibliográfias
Baird, C., Environmental Chemistry, New York, EEUU, Freeman and Co., 1998, pp. 557.
Barrenechea, A., “Capítulo 1. Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua”, Tratamiento de agua para consumo humano, 2009, pp.34.
Gutiérrez, E., Colín, A., García, M.M y Ayestarán, L.M., “Aplicación del modelo de Thomas para la adsorción de cadmio y plomo en columna empacada con carbónactivado”, XI Congreso Internacional y Nacional de ciencias ambientales, Junio, 2006.
Mohan, D. and Pittman, C.U., “Arsenic removal from water/ wastewater using adsorbents – A critical review”, Journal ofHazardous Materials, 142, 2007, 1-53.
NriaguJ.O.yPacíanJ.M.,“Quantitativeassessmentofworldwide contamination ofair, water and soils by trace metals”, Nature, 333,1988, 134-139
