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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES DE TENERÍAS PARA LA REMOCIÓN DE Cr(III). TRABAJO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA QUÍMICA AUTORA: CECILIA MARIBEL HARO FIGUEROA QUITO 2016
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES DE TENERÍAS PARA LA
REMOCIÓN DE Cr(III).
TRABAJO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA QUÍMICA
AUTORA: CECILIA MARIBEL HARO FIGUEROA
QUITO
2016
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES DE TENERÍAS PARA LA
REMOCIÓN DE Cr(III).
TRABAJO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA
QUÍMICA
AUTORA: CECILIA MARIBEL HARO FIGUEROA
TUTOR: ING. DIEGO ROBERTO FLORES OÑA
QUITO
2016
v
APROBACIÓN DEL TUTOR
En calidad de tutor, luego del estudio y análisis realizado sobre el trabajo de grado presentada por
la señorita CECILIA MARIBEL HARO FIGUEROA que titula “TRATAMIENTO DE
EFLUENTES INDUSTRIALES DE TENERÍAS PARA LA REMOCIÓN DE Cr(III)”, sobre el
particular informo que el trabajo de grado tiene valor académico y utiliza conocimientos de la
Ingeniería Química que han resuelto el problema y los objetivos planteados, por lo que declaro
mi conformidad con el mismo.
En la ciudad de Quito, a los 07 días del mes de enero de 2016.
Ing. Diego Flores O.
PROFESOR TUTOR
vi
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, CECILIA MARIBEL HARO FIGUEROA, en calidad de autor del trabajo de grado realizado
sobre TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES DE TENERÍAS PARA LA
REMOCIÓN DE Cr (III), por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL
ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contiene
esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,
seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8, 19 y
demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
En la ciudad de Quito, a los 07 días del mes de enero de 2016.
Cecilia Haro F.
C.C. 1600458226
vii
Con todo mi amor a mis padres
Ana y Pascual, a mi tía Inés,
a toda mi familia
y amigos.
viii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios que medió fuerza y fe para finalizar este proyecto que parecía imposible
terminar.
A la Universidad Central del Ecuador por ser el establecimiento que abriga un gran conocimiento
y cultura donde generaciones de profesionales se han formado. A la muy querida Facultad de
Ingeniería Química donde he obtenido todos los conocimientos necesarios para mi formación
profesional. Y a todo el personal que forma parte del Departamento de Petróleos, Energía y
Contaminación – DPEC por la apertura en lo académico y laboral, además por la amistad
brindada.
A mi tutor, el Ing. Diego Flores, por su esfuerzo y dedicación. Sus conocimientos, sus
orientaciones, su manera de trabajar, su persistencia, su paciencia y su motivación, han sido
fundamentales para el desarrollo de este trabajo de grado.
A mi familia, fuente de apoyo constante e incondicional en toda mi vida y más aún en mis duros
años de carrera profesional y en especial quiero expresar mi más grande agradecimiento a mi
madre, Ana Figueroa, y a mi hermana, Ana Haro, pues sin su ayuda hubiera sido imposible
finalizar trámites universitarios.
Y para finalizar, también agradezco a todos mis compañeros y amigos que me acompañaron
durante todo el curso de mis estudios, en especial a Nataly Velasco, Luis Asero y Jairo Pulig,
quienes me han brindado su amistad y su apoyo incondicional.
ix
CONTENIDO
pág.
LISTA DE TABLAS.................................................................................................................. xii
LISTA DE GRÁFICOS ............................................................................................................ xiv
LISTA DE ANEXOS ................................................................................................................. xv
RESUMEN ............................................................................................................................... xvi
ABSTRACT ............................................................................................................................. xvii
INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1
1. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................ 4
1.1 Procesos de tenería ............................................................................................................... 4
1.1.1 Recepción y almacenamiento de pieles.. ........................................................................... 5
1.1.2 Proceso de Ribera. ............................................................................................................ 5
1.1.3 Procesos de Curtición. ...................................................................................................... 7
1.1.4 Procesos de neutralización, recurtición, tintura y engrase ............................................... 9
1.2 Caracterización de las aguas residuales de tenerías ............................................................ 12
1.2.1 Sólidos en suspensión. ..................................................................................................... 12
1.2.2 pH.................................................................................................................................... 13
1.2.3 Carga orgánica. .............................................................................................................. 13
1.2.4 Sulfuro. ............................................................................................................................ 13
1.2.5 Cromo. ............................................................................................................................ 14
1.2.6 Aceites y grasas. .............................................................................................................. 14
1.3 Principal contaminante del proceso de curtido: Cromo ...................................................... 14
1.3.1 Propiedades del elemento................................................................................................ 14
1.3.2 Química en solución. ....................................................................................................... 15
1.3.3 Impactos del cromo en la salud.. ..................................................................................... 16
1.3.4 Impacto del cromo en los ecosistemas ............................................................................. 17
1.3.5 Métodos para remoción de cromo ................................................................................... 18
1.4 Proceso de adsorción de cromo en bentonita ...................................................................... 21
1.5 Isotermas de adsorción ....................................................................................................... 28
1.5.1 Isoterma de Langmuir. .................................................................................................... 28
1.5.2 Isoterma de Freundlich. .................................................................................................. 29
1.6 Método Factorial ................................................................................................................ 30
x
2. PARTE EXPERIMENTAL................................................................................................... 32
2.1 Generalidades ..................................................................................................................... 32
2.2 Zona de estudio .................................................................................................................. 32
2.3 Diseño Experimental .......................................................................................................... 32
2.3.1 Diseño experimental para el proceso de adsorción ......................................................... 32
2.3.2 Diseño experimental para el proceso de precipitación química ...................................... 38
2.4 Procedimientos ................................................................................................................... 39
2.4.1 Material Adsorbente ........................................................................................................ 39
2.4.2 Tratamiento de remoción de Cromo III por adsorción. ................................................... 40
2.4.3 Tratamiento de remoción de Cromo III por precipitación química ................................. 41
2.4.4 Espectrofotometría de absorción atómica ....................................................................... 41
3. DATOS EXPERIMENTALES ............................................................................................. 43
3.1 Caracterización de la muestra de curtido ............................................................................. 43
3.2 Datos para la remoción de cromo mediante adsorción ........................................................ 44
3.3 Datos para la remoción de cromo mediante precipitación .................................................. 45
4. CÁLCULOS ......................................................................................................................... 47
4.1 Generalidades ...................................................................................................................... 47
4.2 Análisis estadístico ............................................................................................................. 48
4.2.1 Análisis estadístico para los datos de adsorción. ............................................................ 48
4.2.2 Análisis estadístico para los datos de precipitación ........................................................ 56
4.3 Cálculo del porcentaje de remoción cromo, %R ................................................................. 58
4.4 Cálculo de la Capacidad de adsorción, Qe .......................................................................... 59
4.5 Cálculos para la construcción de Isotermas de adsorción ................................................... 60
4.5.1 Isoterma de Langmuir ..................................................................................................... 60
4.5.2 Isoterma de Freundlich ................................................................................................... 60
5. RESULTADOS..................................................................................................................... 62
5.1 Generalidades ..................................................................................................................... 62
5.2 Resultados para la capacidad de adsorción y %Remoción .................................................. 62
5.3 Análisis estadístico ............................................................................................................. 65
5.3.1 Resultados para el análisis estadístico de adsorción de cromo en bentonita .................... 65
5.4 Resultados del análisis estadístico ...................................................................................... 67
5.4.1 Optimización de la remoción de Cr3+, (%R). ................................................................... 67
5.4.2 Resultados para el análisis estadístico de precipitación de cromo trivalente.................. 68
5.5 Isotermas de adsorción ....................................................................................................... 68
xi
6. DISCUSIÓN ......................................................................................................................... 71
7. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 74
8. RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 76
CITAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................................... 77
ANEXOS ................................................................................................................................... 84
xii
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Principales insumos químicos utilizados en el proceso de curtiembre clasifica-
do por etapas ....................................................................................................................... 11
Tabla 2. Características de los baños descargados en un proceso de curtido al cromo ............... 12
Tabla 3. Química de las soluciones de Cr (III) ........................................................................... 15
Tabla 4. Impactos del cromo en los ecosistemas. ....................................................................... 17
Tabla 5. Componentes minerales de la bentonita ....................................................................... 22
Tabla 6. Análisis químico representativo de una bentonita ........................................................ 24
Tabla 7. Capacidad de intercambio catiónico de algunas bentonitas .......................................... 26
Tabla 8. Principales aplicaciones de la bentonita ....................................................................... 27
Tabla 9. Descripción de los componentes del diseño factorial. .................................................. 35
Tabla 10. Descripción de los tratamientos del diseño experimental para la remoción de
cromo. ........................................................................................................................................ 35
Tabla 11. Niveles para el diseño experimental de un solo factor en el proceso de preci-
pitación química ......................................................................................................................... 38
Tabla 12. Diseño experimental para la remoción de cromo por precipitación ............................ 38
Tabla 13. Características de la Bentonita Arcicol ....................................................................... 39
Tabla 14. Parámetros del método FAAS para la determinación de cromo total ......................... 41
Tabla 15. Parámetros Fisicoquímicos analizados en el agua residual de curtido ........................ 43
Tabla 16. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 30 minutos ............. 44
Tabla 17. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 60 minutos ............. 44
Tabla 18. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 120 minutos ........... 44
Tabla 19. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 180 minutos ........... 45
Tabla 20. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 240 minutos ........... 45
Tabla 21. Datos adicionales de sedimentación y porcentaje de lodos ......................................... 45
Tabla 22. Datos para remoción de Cr3+ por precipitación con solución de NaOH. ..................... 46
Tabla 23. Datos adicionales de sedimentación y porcentaje de lodos ......................................... 46
Tabla 24. Resultados para el cálculo de la Media ....................................................................... 49
Tabla 25. Resultados para el cálculo de la Desviación estándar ................................................. 50
Tabla 26. Resultados para el cálculo de la Desviación estándar ................................................. 51
xiii
Tabla 27. ANOVA para el diseño factorial a x b ....................................................................... 54
Tabla 28. Análisis de Varianza para un solo factor .................................................................... 58
Tabla 29. Resultados de Qe y %R .............................................................................................. 62
Tabla 30. Resumen de resultados para la Media, s, CV y %Repetibilidad ................................. 65
Tabla 31. Resultados del Análisis de Varianza para el diseño factorial 4 x 5 con tres ré-
plicas. ......................................................................................................................................... 65
Tabla 32. Media la concentración final de Cr3+, Qe y %R .......................................................... 65
Tabla 33. Parámetros analizados para la optimización del proceso de adsorción ....................... 67
Tabla 34. Resumen Estadístico para Concentración de Cr(III) ................................................... 68
Tabla 35. Resultados del Análisis de Varianza para la precipitación de cromo .......................... 68
Tabla 36. Resultados de Ce vs. Qe para la construcción de las Isotermas de adsorción
(t = 180 min) .............................................................................................................................. 68
Tabla 37. Resultados para la linealización de la isotermas ......................................................... 69
Tabla 38. Constantes de las isotermas ........................................................................................ 70
Tabla 39. Cuadro comparativo de los métodos estudiados para la remoción de Cr3+ ................. 70
xiv
LISTA DE GRÁFICOS
pág.
Gráfico 1. Dosis vs. %Remoción para la media ......................................................................... 66
Gráfico 2. Tiempo de agitación vs. %Remoción ........................................................................ 67
Gráfico 3. Ce vs Qe .................................................................................................................... 69
Gráfico 4. Isoterma de Langmuir linealizada para la adsorción de cromo en bentonita.............. 69
Gráfico 5. Isoterma de Freundlich linealizada para la adsorción de cromo en bentonita ............ 70
xv
LISTA DE ANEXOS
pág.
ANEXO A. Diagrama de flujo del proceso de curtiembre ......................................................... 86
ANEXO B. Ficha técnica de la bentonita arcicol ....................................................................... 87
ANEXO C. Hoja de seguridad para bentonita arcicol ................................................................ 88
ANEXO D. Tabla de valores k1 para el cálculo del %Repetibilidad .......................................... 91
ANEXO E. Efluente industrial de una tenería (etapa curtido) .................................................... 92
ANEXO F. Remoción de cromo trivalente por adsorción .......................................................... 93
ANEXO G. Proceso para construcción de las isotermas de adsorción ....................................... 96
ANEXO H. Remoción de cromo por precipitación química con NaOH..................................... 97
xvi
TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES DE TENERÍAS PARA LA
REMOCIÓN DE Cr(III)
RESUMEN
Estudio comparativo de dos procesos de remoción de cromo trivalente de los efluentes de una
tenería, el uno empleando bentonita como agente de adsorción y el otro utilizando la precipitación
química.
Para la adsorción, las variables estudiadas fueron, tiempo de agitación: 30, 60, 120, 180 y 240
min y peso de bentonita: 30, 50, 70 y 90 g por cada litro de efluente. Se pusieron en contacto el
adsorbente (bentonita) junto con la solución cromada bajo las condiciones mencionadas
anteriormente logrando reducir la cantidad de Cr3+. Con los software Minitab 7 y Statgraphics, se
obtuvieron las condiciones óptimas de Cr3+: 180 min y 70 g; con estos datos se elaboraron las
isotermas de adsorción.
Para la precipitación química se trabajó a tres pH: 8, 9 y 10. La solución de Cr3+ reaccionó con el
NaOH, hasta alcanzar el pH deseado, y se dejó precipitar el Cr(OH)3 formado, obteniendo mayor
precipitado a un pH de 9.
El análisis de los resultados determinó que en la precipitación se alcanza una remoción del 99.9%
de Cr3+ en relación al otro método con el que se alcanza el 98.8 % de remoción.
PALABRAS CLAVES: / TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES/ TENERÍAS/
ADSORCIÓN/ CROMO TRIVALENTE/ PRECIPITACIÓN QUÍMICA/
xvii
INDUSTRIAL EFFLUENT TREATMENT FROM TANNERIES TO REMOVE CR (III )
ABSTRACT
Comparative study of two removal processes for trivalent chromium of effluents of a tannery, one
using bentonite as adsorbent and the other using chemical precipitation.
For adsorption, the variables studied were stirring time: 30, 60, 120, 180 and 240 min and
bentonite weight: 30, 50, 70 and 90 g per each liter of effluent. The adsorbent (bentonite) made
contact with the chrome solution under the conditions mentioned above, successfully reducing
the amount of Cr3+. With Statgraphics and Minitab 7 software, optimal conditions of Cr (III) were
obtained: 180 min and 70 g. Using these data, adsorption isotherms were developed.
For chemical precipitation, three pH: 8, 9 and 10 were used. Cr3+ solution reacted with NaOH to
reach the desired pH and allowed to precipitate the Cr(OH)3 formed, obtaining more precipitated
at pH 9.
The analysis of results determined that precipitation of Cr3+ achieves 99.9% relative to the other
method where 98.8% removal is achieved.
KEYWORDS: /INDUSTRIAL WASTEWATER TREATMENT/ TANNERY/ ADSORPTION/
TRIVALENT CHROMIUM / CHEMICAL PRECIPITATION/
1
INTRODUCCIÓN
Según estudios realizados por el Centro Ecuatoriano de Producción más Limpia (CEPL) en base
a datos del Ministerio Industria, Comercio y Productividad (MICIP) en el 2012, las curtiembres
se ubican en cuatro provincias del Ecuador: Tungurahua, Imbabura, Azuay y Cotopaxi; siendo la
provincia de Tungurahua, cantón Ambato en donde se concentra el 80% de las mismas.
El curtido de pieles constituye el tercer eslabón de la cadena productiva de cuero, dando paso a
su manufactura y obteniendo productos como calzado y artículos de marroquinería. En el cantón
Ambato, se encuentran alrededor de 170 empresas dedicadas a la producción de cuero para
manufactura. “El sector de cuero y calzado se ha constituido así, en una importante generación de
fuentes de empleo representando el 3.8% a nivel nacional” [1]
Estas empresas, como producto del proceso de producción de las curtiembres, generan una gran
cantidad de efluentes. Sus aguas residuales contienen un elevado nivel de contaminación como
materia orgánica, restos de sulfuros, cal, pelo destruido y cromo trivalente que elevan los valores
de DBO5 y DQO.
Durante todo el proceso de producción de las curtiembres, se utilizan distintos productos
químicos, muchos de los cuales no son absorbidos en su totalidad, como en el caso del curtido
mineral en donde se emplean sales de cromo, siendo el agente más usado el sulfato básico de
cromo trivalente, que presenta un contenido de óxido de cromo del 26-27 %. “Esta sal se fija sólo
del 60-80% y el resto se elimina en los efluentes líquidos aumentando su toxicidad por ser un
metal pesado.”[2]. Además, el Cr(III) se oxida con mucha facilidad, convirtiéndose en cromo
hexavalente que es mucho más tóxico y peligroso para la salud.
“Hasta el 2012, en Ambato, prácticamente el 90% de las empresas no contaban con el tratamiento
de sus aguas, solamente eran descargadas al alcantarillado, provocando contaminación directa
para la población del sector, y debido a que las mismas desembocan en los ríos que son utilizados
para el riego de distintos cultivos y por el ganado, el problema se agudizaba.” [3]
En base a los análisis fisicoquímicos de las aguas provenientes de la etapa de curtido, se encontró
que algunos de los parámetros de descarga de las aguas residuales están fuera de los límites de
acuerdo al Texto Unificado de Legislación Ambiental (TULAS) y no cumplen con la normati-
2
va ambiental, fijada en la Constitución de la República del Ecuador, Art. 264 y 415 , que trata
sobre el tratamiento de aguas residuales, ni con la Ley de Gestión Ambiental, Art. 7 que obliga a
un adecuado manejo de desechos líquidos para “el control de impactos negativos y la prevención
y control de la contaminación ambiental en lo que se refiere al agua” [4] ni con los datos
establecidos en las Normas IEOS , o INEN sobre la calidad de agua con la concentración aceptable
de las sustancias contaminantes, ni con la Ordenanza Municipal del Ilustre Consejo Cantonal de
Ambato que en su Art. 61 y Art. 63 detalla los valores de las descargas al sistema de alcantarillado.
Es por esto que en la realización de este proyecto y de acuerdo al grado de contaminación de las
aguas residuales, se consideraron distintos tipos de tratamiento para su descontaminación y
posterior uso. Así: El pre-tratamiento, consistió en operaciones como desbaste, tamizado y
desarenado, destinadas a eliminar sólidos gruesos y arenas; disminuyendo, de esa manera, materia
en suspensión que puedan afectar en las etapas posteriores del sistema de tratamiento provocando
daños en tuberías y válvulas. El proceso de desbaste se realiza en la misma empresa antes de
desechar las aguas contaminadas, ya que se retienen los sólidos gruesos en rejas. Para la reducción
de sólidos de menor tamaño se realiza una decantación de sólidos de mayor densidad y posterior
filtración de los mismos.
El tratamiento avanzado implica el uso de procesos físicos y químicos que eliminan
contaminantes específicos como: metales y minerales. Uno de estos procesos es la adsorción con
carbón activado con la finalidad de fijar en su superficie ciertos compuestos presentes en los
efluentes a tratar, aunque además se utilizan ciertas arcillas, como la bentonita, para remover
cromo.
El presente trabajo de grado tiene por objeto la evaluación de dos métodos de remoción de cromo,
adsorción con bentonita y precipitación con un álcali, hidróxido de sodio. Para ello, se requirió
analizar diferentes factores para establecer su rendimiento en los tratamientos señalados.
Para la experimentación se utilizó una plancha de agitadores magnéticos, balanza y finalmente la
unidad experimental. En cada caso se analizó la capacidad de adsorción de la bentonita variando
los factores de tiempo de agitación y dosis agregada de adsorbente, para determinar
estadísticamente las condiciones óptimas de operación maximizando la capacidad de adsorción
de la bentonita. Además, se estudió la eficiencia del método tomando como factores adicionales
el tiempo de sedimentación y porcentaje de lodos generados. Así mismo, para el proceso de
precipitación química con hidróxido de sodio, se analizó el porcentaje de remoción de cromo,
tiempo de sedimentación y cantidad de lodos generados en el proceso.
3
Las condiciones óptimas para el proceso de adsorción se logró con 70 g de bentonita agitado
durante 180 min, logrando así una remoción del 98.8%, mientras que para la precipitación se
utilizó un pH igual a 9, logrando una eficiencia del 99.9%.
Analizadas las eficiencias de cada método de remoción, se establece que a pesar de las ventajas
del método de adsorción, con generación de lodos aproximadamente 35% y tiempo de
sedimentación de 40 minutos en promedio, se tiene una mayor remoción de cromo usando la
precipitación, aunque se observa 80% en lodos para a un mismo tiempo de sedimentación.
4
1. MARCO TEÓRICO
Las industrias consideradas de alto impacto ambiental son las curtiembres, textileras, lavadoras
de jeans y otras actividades que producen descargas líquidas, emisiones de gases muy altas y
desechos peligrosos. [5]
La industria del cuero y las tenerías es una de las actividades que más agua consume y una de las
que genera mayos cantidad de residuos. Las tenerías, en general, son consideradas industrias
altamente contaminantes, por los procesos que se llevan a cabo para el curtido del cuero. Para este
proceso se utilizan sales de cromo, habitualmente cromo trivalente, pero que por resultado del
mismo proceso se oxida a cromo hexavalente, el cual es 30 veces más tóxico que el cromo
trivalente, y que además, es cancerígeno y mutagénico. Dichos efluentes se caracterizan además
por color oscuro, olor desagradable y la elevada concentración de materiales sólidos solubles e
insolubles, orgánicos e inorgánicos. [6]
1.1 Procesos de tenería
“Para ejecutar el tratamiento de los efluentes líquidos de una tenería, es necesario conocer los
procesos que se llevan a cabo en este tipo de industria.
El proceso de curtición de pieles de vacuno se compone de las siguientes etapas:
a. Recepción y almacenamiento de las pieles.
b. Trabajos de ribera: pre-remojo, remojo, pelambre-calero, recortado, descarnado y dividido.
c. Procesos de curtición: desencalado, piquelado, curtición, dividido y rebajado.
d. Tintura y engrase: neutralización, recurtición, tintura y engrase.
e. Secado: acondicionado y ablandado.
f. Operaciones previas al acabado: recorte, clasificación, esmerilado y desempolvado.
g. Acabado.” [7]
Las etapas en las que se obtienen gran cantidad de residuos líquidos son: ribera y curtición;
además de poseer los contaminantes más peligrosos para la salud, el cromo hexavalente es
conocido por ser cancerígeno.
5
1.1.1 Recepción y almacenamiento de pieles. Se receptan pieles frescas o saladas, que arriban
directamente desde el camal. Seguidamente, “se recortan las partes que no se van a curtir como
trozos de piel de la cabeza, cola, entre otros” [8]. Las pieles frescas son procesadas
inmediatamente para evitar su descomposición, mientras que las saladas se almacenan para su
posterior uso.
1.1.2 Proceso de Ribera. “Involucra operaciones y procesos que permiten eliminar el pelo de la
piel vacuna. Es en esta etapa donde se exhibe un mayor consumo de agua, además de que sus
efluentes presentan un elevado pH. La etapa de ribera devuelve la hidratación inicial a aquellas
pieles que se conservaron saladas; también permite la limpieza y desinfección de éstas antes de
comenzar el proceso de pelambre.” [9] Está constituida por: Pre-remojo, remojo, pelambre,
descarne y dividido. Como se observa en la figura 1.
PRE-REMOJO
Y
REMOJOH2O
RESIDUO LIQUIDO:
Cloruros y materia
orgánica
PELAMBRERESIDUO LIQUIDO:
Sulfuro, Materia
orgánica y pH básico.
Enjuague con H2O
Na2S
Cal
H2O
Enjuague con H2O
DESCARNADORESIDUO SOLIDO:
Carnaza y grasas
RESIDUO LIQUIDO:
Enfriado Hoja cortante
DIVIDIDO
RESIDUO SOLIDO:
Carnaza y grasas
H2O
Piel a etapa
de Curtido
Figura 1. Proceso productivo y generación de residuos en la etapa de ribera.
Fuente: Centro Panamericano de ingeniería sanitaria y ciencias del ambiente (CEPIS). Guía
técnica para la minimización de residuos en curtiembres. Perú. 1993. p. 9.
6
1.1.2.1 Pre-Remojo y remojo. “En esta etapa se intenta eliminar los restos de sangre, tierra y
estiércol que normalmente vienen adheridos a las pieles. Para ello, estos se introducen
manualmente en los bombos junto con agua, jabones y tensoactivos. En el caso de ser pieles
saladas, es necesaria también la adición de humectantes, ya que los mismos han perdido buena
parte de su humedad debido a la acción de la sal sobre su superficie (Ver Figura 2).” [10]
Figura 2. Figura Ilustrativa de pre-remojo
1.1.2.2 Pelambre. “Proceso a través del cual se eliminan: la capa exterior de la piel, llamada
epidermis, el pelo y se disuelven además globulinas, así como algunas de las sustancias que
cementan la fibra. En la Figura 3 se aprecia la estructura de la piel vacuna. Este proceso origina
también el desdoblamiento de fibras a fibrillas y acondiciona el cuero para la curtición. Los
químicos primarios utilizados para pelambre son: sulfuro de sodio y cal” [11]
Figura 3. Estructura de la piel vacuna
1.1.2.3 Descarne. “Operación que elimina restos de carne y grasa que siguen adheridos a la piel,
removiendo los tejidos adiposos, subcutáneos, musculares y del sebo que se encuentran en la cara
interna de la misma; para permitir una fácil penetración de los productos químicos. Para ello se
7
utilizan, máquinas especiales comprendidas por rodillos metálicos con cuchillas en su superficie
(Ver Figura 4).” [12]
Figura 4. Máquina de descarnado
1.1.3 Procesos de Curtición. “Comprende las operaciones y procesos que preparan la piel para
ser curtida y transformada en cuero; aquí se generan efluentes con pH bajos al final de la etapa.
Además el consumo de agua no es tan alto como en la etapa de ribera.
En la figura 5 se pueden observar las operaciones que componen la etapa de curtición, las mismas
que son: desencalado, piquelado, curtición, dividido y rebajado.” [13]
8
DESENCALADO
H2O
Ácidos orgánicos
Sales de amonio
NaHSO3
RESIDUO LIQUIDO:
Sulfuro y Cal
DESENGRASE
RESIDUO LIQUIDO:
Materia orgánica, solventes
y agentes tensoactivos.
H2O
Queroseno
C6H5Cl
RESIDUO LIQUIDO:
pH ácido y sales de cromo
Piel a etapa de
Terminado
CURTIDO CON
CROMO
H2O
Cr(OH)SO4
Enjuague con H2O
ESCURRIDO
REBAJADO
RESIDUO LIQUIDO:
Sales de cromo y pH ácido
RESIDUO SOLIDO:
Polvillo del afeitado,
Algunos arrastrados con
agua
Piel de etapa de Ribera
Figura 5. Proceso productivo y generación de residuos en la etapa de curtición
Fuente: Centro Panamericano de ingeniería sanitaria y ciencias del ambiente (CEPIS). Guía
técnica para la minimización de residuos en curtiembres. Perú. 1993. p. 9.
1.1.2.1 Desencalado. “Se trata de un proceso químico donde se elimina de la piel primero el
sulfuro y luego la cal proveniente del pelambre. La eliminación de la cal se realiza no sólo por
lavado sino que además se utilizan químicos como: ácido fórmico, ácido sulfúrico y sales de
amonio para remover la cal depositada interiormente en la fibra. Asimismo, se comienza a
disminuir el pH de la piel para las operaciones posteriores.” [14]
9
1.1.2.2 Piquelado. “El piquelado consiste en la acidulación de las pieles como preparación para
el curtido en el botal con agitación, utilizando sal (3-4%) y una mezcla de ácido sulfúrico y
fórmico. En esta etapa se generan efluentes ácidos.” [15]
1.1.2.3 Curtición. “En este proceso se fija el colágeno de la piel mediante el uso de agentes
curtientes, transformándola en cuero. El químico más usado para la curtición, es el sulfato básico
de cromo, que es una sal de cromo trivalente que se utiliza para obtener el wet blue. El nombre
de wet blue se debe al color que adquiere la piel curtida húmeda después de haber estado en
contacto con las sales de cromo, como se aprecia en la figura 6.” [16]
Figura 6. Cuero Wet blue
“El curtido mineral no es el único método de curtición, también se tiene el curtido vegetal, usado
para curtir el cuero que generalmente se destina para la fabricación de suelas; los curtidos a base
de aluminio, que se usan normalmente en peletería; y últimamente, los curtidos realizados en base
a aldehídos y sintanes de los cuales se obtiene el wet white para la industria automotriz europea.”
[17]
1.1.2.4 Dividido y rebajado. “Cortando la piel longitudinalmente, se separa la parte interna
llamada carnaza, la cual se utiliza para la manufactura de guantes y delantales de uso industrial,
forros internos de bolsos y calzado, entre otros. A continuación, se pulen las imperfecciones que
quedan del dividido, para ello, los cueros se pasan por máquinas de “lijado industrial”,
obteniéndose el calibre o grosor del cuero requerido por el cliente.” [18]
1.1.4 Procesos de neutralización, recurtición, tintura y engrase. “Estos procesos consisten en
el tratamiento de la estructura fibrosa del cuero, modificando sus propiedades, para adecuarlas al
artículo final requerido. Para lograr esto, primero, se neutraliza el pH del cuero, a continuación se
agregan otros curtientes sintéticos y/o naturales, a lo que se le conoce como recurtición,
posteriormente se adicionan agentes engrasantes que proporcionan la blandura del artículo final
10
y finalmente, se suman los colorantes que se combinan químicamente con la fibra y otorgan el
color deseado.” [19]. En la figura 7, se observan las operaciones que conforman la etapa de
terminado.
RECURTIDO
Y
TEÑIDO
Sintanos
Cr(OH)SO4
NaCl
H2O
Anilinas y tintes
RESIDUO LIQUIDO:
Sales de cromo, cloruros y
sintanos.
Tintes orgánicos
ENGRASERESIDUO LIQUIDO:
Aceites, pH ácido
Ácidos Orgánicos
Aceite mineral y vegetal
H2O
ACABADORESIDUO SOLIDO:
Recortes de cuero
PRODUCTO
CUERO
H2O
Enzimas
NH4Cl
Piel de etapa de Curtido
Enjuague con H2O
Figura 7. Proceso productivo y generación de residuos en la etapa de terminado
Fuente: Centro Panamericano de ingeniería sanitaria y ciencias del ambiente (CEPIS). Guía
técnica para la minimización de residuos en curtiembres. Perú. 1993. p. 10.
“Por último, se tiene el secado, donde los cueros son estirados en la estacadora o toggling, y se
dejan secar al ambiente durante 24 horas, hasta tener una humedad entre 10-14%. Después se
recorta, clasifica, esmerila y por último, sigue el desempolvado. Así se obtiene el cuero acabado
como producto final.” [20].
En resumen, los procesos llevados a cabo por las curtiembres, implican un gran número de
químicos utilizados (Ver Tabla 1) y una gran cantidad de agua, que a su vez generan
contaminación en las aguas descargadas.
11
Tabla 1. Principales insumos químicos utilizados en el proceso de curtiembre clasificado por
etapas
Etapa Insumo químico
RIBERA
Cal
Carbonato de sodio
Cloruro de sodio
Hidróxido de sodio
Pesticidas (preservantes)
Sulfuro de sodio
Tensoactivos
CURTIDO
Ácidos fórmico y sulfúrico
Bicarbonato de sodio
Bisulfito de sodio
Cloruro de sodio
Croapón, Enzilón (Productos enzimático)
Delgras (Desengrasantes)
Formiato de sodio
Sintanos
Solventes
Sulfato de amonio (Desencalantes)
Sulfato de cromo (Diferente basicidad)
Taningan OS
Tensoactivos
ACABADO
Aceites
Acetatos de butilo, etilo, isobutílico
Ácido fórmico
Butanol
Ciclohexano
Curtientes
Di-isobutilcetona
Etilbenceno
Etilenglicol
Etilmercaptano
Querosene
Metil, butil cetona
Metil, etil cetona
Tolueno
Tri-cloroetileno
Percloroetileno
Fuente: Centro Panamericano de ingeniería sanitaria y ciencias del ambiente (CEPIS). Guía
técnica para la minimización de residuos en curtiembres. Perú. 1993. p. 20.
Al conocer los químicos utilizados durante el proceso, se pueden establecer los tratamientos para
la remoción de los mismos, además, se prevé las características del efluente. Estas características
12
se presentan en la tabla 2, donde en función del proceso, se mencionan los valores comunes para
diferentes parámetros controlados.
Tabla 2. Características de los baños descargados en un proceso de curtido al cromo
OPERACIÓN
PARÁMETRO
DBO (mg/l) DQO(mg/l) Cr3+(mg/l) pH
CETESB* MEINCK** CETESB* CETESB* MEINCK** CETESB* MEINCK**
Remojo 5456 4108 12633 - - 7.3 7 a 8
Pelambre 11083 29704 43966 - - 12.5 10
Lavado 2280 - 4880 - - 12.9 -
Descarne 13700 - 36800 - - 11.5 -
Desencalado y
purga 2541 869 11670 - - 9.6 3
Lavado 2790 190 4400 - - 9.1 -
Piquelado y
curtido 903 6320 4070 2024 6170** 3.9 5 a 6
Recurtido 1830 - 4345 233 - 4.4 -
* CETESB, Relatorio para establecimiento de padroes de emissao para curtumes. Brasil, 1978,
pp. 92.
** MEINCK, F.; STOOF, H.; KOHLSCHUTTER, H.. Les eaux residuaires. Editora Masson,
París. 1977, p. 52.
Fuente: CEPIS. Guía Técnica para la minimización de residuos en curtiembres. Perú. 1993.p. 12
1.2 Caracterización de las aguas residuales de tenerías
“Las aguas residuales recogidas por los alcantarillados, desembocan en cuerpos de agua, que a la
final pueden llegar a los terrenos o cultivos; además de que pueden afectar la vida acuática. Por
lo tanto es necesario conocer los contaminantes presentes en el efluente para poder aplicar el
tratamiento adecuado, que a su vez evite la degradación y contaminación de sus cauces.” [21]
1.2.1 Sólidos en suspensión. “Los sólidos en suspensión determinan la cantidad de materia
insoluble comprendida en el agua residual y están constituidos por:
Aquellos sólidos que tienen una rápida velocidad de sedimentación como pequeñas partículas
de cuero y/o residuos de algunos vertidos de los reactivos.
13
Y por sólidos semicoloidales no sedimentables, pero que a su vez pueden ser filtrados. Estos
sólidos provienen fundamentalmente de los procesos de encalado y de la curtición y recurtición
con taninos vegetales.” [22]
1.2.2 pH. “El pH de los efluentes descargados al alcantarillado varían desde 3.5 a 13.5. El pH
bajo aparece en la etapa de curtido, y generalmente es causado por el uso de ácidos en los
diferentes procesos de esta etapa; esto puede conducir a la disolución de metales pesados como
el cromo. Las aguas residuales con pH alto surgen en el proceso de pelambre, y son generadas
por la adición de cal en cantidades excesivas lo que causa deposiciones en las conducciones. De
verterse directamente, al cauce de los ríos, estas grandes fluctuaciones de pH producen un fuerte
impacto en el medio acuático que puede dañar a plantas y animales.” [23]
1.2.3 Carga orgánica. “Se mide la carga orgánica presente en aguas residuales utilizando
métodos indirectos basados en la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar la muestra, ya sea
biológica o químicamente, hasta obtener productos estables como CO2, HNO3, H2O.
Demanda Química de Oxígeno. La materia orgánica contenida en la muestra se oxida con
dicromato potásico, ácido sulfúrico y sulfato de plata como catalizador, con digestión durante
dos horas a una temperatura de 150º C. En la ecuación 1 se observa la reacción descrita.
𝐶𝑎𝐻𝑏𝑂𝑐 +𝐾2𝐶𝑟2𝑂7𝐻2𝑆𝑂4,𝐴𝑔𝑆𝑂4→ 𝐶𝑟+3 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂
1
Materia orgánica
Demanda Bioquímica de Oxígeno. Mide la cantidad de oxígeno que consumirán los
microorganismos durante la degradación biológica de la materia orgánica en un período de 5
días. Esta degradación se representa en la reacción 2.
𝐶𝑎𝐻𝑏𝑂𝑐 + 𝑂2−𝑀𝑖𝑐𝑟𝑜𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑠𝑚𝑜𝑠→ 𝐶𝑂2 +𝐻2𝑂
2
Materia orgánica
La relación DQO/DBO para los efluentes sin pre-tratamiento está 2:1 a 3:1, dependiendo esta
relación de los reactivos usados en los diferentes procesos y de su velocidad de degradación.”
[24]
1.2.4 Sulfuro. “El sulfuro proviene de la disociación del sulfuro de sodio, utilizado en el proceso
de pelambre. El uso de sulfuro le brinda un carácter fuertemente básico, lo que le mantiene en
solución, pero para valores de pH menores de 9.5 o ácido, se desprende el sulfuro en forma de
14
ácido sulfhídrico. Este gas venenoso provoca mal olor, efectos nocivos sobre la salud y problemas
de corrosión.” [25]
1.2.5 Cromo. “Existen dos formas del cromo asociadas a la industria del curtido: el cromo
trivalente y el hexavalente. Las soluciones de Cr trivalente pueden precipitar las proteínas,
contenidas en los procesos de curtición y recurtición debido al pH ya que las proteínas alcanzan
su punto isoeléctrico a un pH de 5.2-5.5 generando lodos Esto puede ser un problema, ya que las
proteínas se pueden curtir parcialmente dando lugar a coloides muy estables que son resistentes a
la degradación biológica. El vertido de cromo en forma soluble, incluso en concentraciones
pequeñas, tiene efecto sobre la cadena alimenticia de los peces y posiblemente inhibe la
fotosíntesis.” [26]
1.2.6 Aceites y grasas. “En la operación de pelambre se da lugar a la saponificación de las grasas
por la cal viva, siendo eliminados en los efluentes líquidos y aumentando la materia orgánica; en
el desencalado sus efluentes contienen restos de grasas. Las grasas y aceites se presentan en forma
de materia flotante y generan mal olor.” [27]
1.3 Principal contaminante del proceso de curtido: Cromo
“En la etapa de pelambre se generan efluentes que contienen, sólidos biodegradables, sulfuros y
alcalinidad, mientras que la etapa de curtido produce efluentes con altos contenidos de cromo y
fibras de cuero.” [28]
Es así que los principales contaminantes que tienen efectos negativos sobre la salud son el sulfuro
y el cromo. A continuación se hablará del cromo porque es el contaminante estudiado en este
trabajo de grado.
1.3.1 Propiedades del elemento. “El cromo es un elemento químico de número atómico 24 y
peso molecular 52 g/mol que se funde a 1880-1900 oC. Su símbolo es Cr y su nombre "cromo"
deriva del griego chroma, que significa "color", ya que estos compuestos presentan distintos
colores. Su estado de oxidación más alto es el +6, aunque estos compuestos son muy oxidantes.
Los estados de oxidación +4 y +5 son poco frecuentes, mientras que los estados más estables son
+2 y +3. También es posible obtener compuestos en los que el cromo presente estados de
oxidación más bajos, pero son bastante raros.” [29]
15
“Es extremadamente resistente a los agentes corrosivos ordinarios. El metal se disuelve con cierta
facilidad en ácidos minerales no oxidantes: HCl, H2SO4, pero no es atacado por agua regia, ni por
HNO3, ni concentrado ni diluido.” [30]
1.3.2 Química en solución.
1.3.2.1 Química de las soluciones de Cr3+. “Para el elemento en general y para sus soluciones
acuosas, éste es el estado de oxidación más estable e importante, debido a que forma un gran
número de complejos relativamente inertes, propiedad que han permitido la separación como
sólidos de los mismos.” [31]. En la tabla 3 se resume la química de las soluciones para el cromo
(III).
Tabla 3. Química de las soluciones de Cr (III)
Nombre Fórmula Características
Óxido de cromo (III) Cr2O3
Color verde
Posee estructura de corindón
Formado por la descomposición térmica del CrO3, del
dicromato de amonio o del Cr(OH)3
Precipita en presencia de bases fuertes (NaOH), pero a
temperaturas demasiado elevadas se vuelve inerte frente
a ácidos y bases.
Se disuelven fácilmente en ácido dando lugar a los aquo
iones (Cr(H2O)6)3+.
Hidróxido de cromo
(III) Cr(OH)3
Se disuelven fácilmente en ácido dando lugar a los aquo
iones (Cr(H2O)6)3+.
En soluciones alcalinas concentradas forman cromitos
Sulfuro de cromo
(III) Cr2S3
No precipita a partir de soluciones acuosas porque el
proceso hidrolítico lo transforma en Cr(OH)3 y H2S.
Fuente: Laboratorios Fox, S.A. Tratamiento de aguas efluentes de curtiembres - Impacto
ambiental [en línea]. Argentina 2004. [Fecha de consulta: 25 Enero 2013]. Disponible en:
<http://www.monografias.com/trabajos19/efluentes-curtiembres/efluentes-curtiembres.shtml>
1.3.2.2 Química de las soluciones de Cr6+. El cromo (VI) representa el máximo estado de
oxidación para este compuesto, además es altamente soluble en agua. La mayoría son oxo-
compuestos con excepción del CrF6, siendo oxidantes muy potentes, oxidan incluso la materia
orgánica. El CrO3 (óxido crómico) se obtiene como precipitado de color ladrillo, al añadir H2SO4
16
a las soluciones acuosas de dicromato de sodio o potasio. Por encima de su punto de fusión
(197ºC) no es térmicamente estable, pierde oxígeno para dar Cr2O3.
El cromo hexavalente en soluciones alcalinas se encuentra como ión cromato, (CrO4)2-, de color
amarillo. De estas soluciones se pueden precipitar los cromatos insolubles de Ba, Pb y Ag. Si se
disminuye el pH, las soluciones toman color anaranjado y dan por deshidratación el dicromato,
(Cr2O7)2-.” [32]
1.3.3 Impactos del cromo en la salud. El cromo posee efectos tóxicos sobre la salud,
independientemente del estado de oxidación que posea, aunque hay que reconocer que los efectos
tóxicos del Cr3+ son menores a los del Cr6+, conocido como compuesto cancerígeno.
“Los compuestos hexavalentes se absorben por vía digestiva, cutánea y respiratoria; se reducen a
compuestos trivalentes una vez que penetran el interior de los eritrocitos y se combinan con la
fracción globínica de la hemoglobina. Los compuestos trivalentes tienen gran afinidad por las
proteínas plasmáticas, principalmente a la transferrina. La principal vía de eliminación es la renal
(80%).
Por vía digestiva, provoca vómitos, dolores abdominales, diarreas y hemorragias intestinales.
Incluso se puede llegar a la muerte, por colapso cardio-circulatorio pero si el paciente
sobrevive, es probable que el individuo padezca de insuficiencia renal aguda.
Por vía cutánea, provoca una enfermedad conocida como derrmatitis alérgica de contacto.
Causado generalmente por calzado de cuero curtido al cromo que no ha sido debidamente
neutralizado. “En este caso, los compuestos de Cr6+ penetran en la piel más rápidamente que
los compuestos de Cr3+; la penetración de los cromatos aumenta con el incremento de pH
dependiendo de la naturaleza del anión y la integridad de la epidermis que forma la barrera más
importante para la absorción de estos productos, ya que la piel y sus componentes facilitan la
reducción de los cromatos y el Cr3+ se une fuertemente. A parte de la dermatitis alérgica,
también se pueden presentar úlceras de 5 a 10 mm, que suelen afectar el dorso de manos y
dedos, conocido como “nido de paloma”.
La absorción por vía respiratoria se da en trabajadores expuestos al polvo y humo procedentes
de la fabricación del dicromato, causando severos daños como la leucemia, un efecto irritante
inmediato y ulceraciones en la nariz. Estas producen la necrosis del tejido circundante llegando
a perforar el tabique.
En cuanto a los efectos cancerígenos que posee el cromo hexavalente, la exposición intensa a
estos compuestos o aquellos trabajadores expuestos durante 15 años o más, presentan una
17
incidencia muy elevada de cáncer de pulmón. Siendo los cromatos de Zn y Ca los más
carcinogénicos y se cuentan entre los más potentes en humanos.” [33]
1.3.4 Impacto del cromo en los ecosistemas. El cromo afecta drásticamente a los ecosistemas
tanto acuáticos como terrestres cuando se encuentran en concentraciones elevadas.
“Para el caso de los ecosistemas acuáticos, el cromo hexavalente resulta ser más peligroso porque
es muy soluble, por lo tanto es arrastrado fácilmente por las corrientes de agua hacia otros
sectores. Sin embargo, termina reduciéndose a Cr3+ mediante la reducción de especies tales como
las sustancias orgánicas, el ácido sulfhídrico, el azufre, el sulfuro de hierro, el amonio y el nitrito.
Para el caso de ecosistemas terrestres, se tiene que el cromo hexavalente es muy inestable, por lo
que se reduce fácilmente al estado de trivalente en presencia de sulfuros y hierro (II), aunque
también se tiene la oxidación del Cr3+ a Cr6+, cuando se encuentra en presencia de óxidos de hierro
y magnesio, en suelos frescos y húmedos (anaeróbicos) y en condiciones levemente ácidas.” [34]
En la tabla 4 se resumen los impactos causados por el cromo en los distintos ecosistemas.
Tabla 4. Impactos del cromo en los ecosistemas.
Ecosistema Compuesto Características
Acuático Cr3+
Precipita fácilmente, por lo que no es transportado por la corriente.
Se adsorbe en partículas en suspensión y en sedimentos del fondo.
Se acumula en especies acuáticas que se alimentan del fondo
como: bagre, bivalvos, ostras, mejillón o almejas.
Cr6+ Soluble en el agua.
Terrestre
Cr3+
Relativamente inmóvil.
Gran capacidad de adsorción en los suelos.
Microelemento esencial para los animales cuando se encuentra en
muy bajas dosis.
Cr6+
Muy inestable.
No constituye un microelemnto, por lo que no es esencial.
Tóxico en bajas concentraciones.
Fuente: CHÁVEZ, Álvaro. Descripción de la Nocividad del Cromo proveniente de la Industria
Curtiembre y de las posibles formas de Removerlo. Revista Ingenierías Universidad de Medellín.
9 (17): 41-50, diciembre 2010. pp. 45-46.
18
Como se puede observar en la tabla 5, el cromo hexavalente es tóxico incluso en concentraciones
bajas para el ecosistema terrestre o acuático ya que es un potente oxidante de la materia orgánica,
aparte de ser cancerígeno, mutagénico y teratogénico.
1.3.5 Métodos para remoción de cromo. Debido a los impactos que genera el Cr3+ es necesario
su eliminación para evitar daños al medio ambiente e incluso para salvaguardar la vida humana.
Existen diferentes métodos para su remoción, de los cuales algunos se mencionan a continuación:
1.3.5.1 Precipitación. Es el método más utilizado para la remoción del cromo porque precipita
como Cr(OH)3, compuesto de baja solubilidad (ver ecuación 3), y que puede ser recuperado en
ácido para reutilizarlo en el proceso de curtido (ver ecuación 4). La formación de Cr(OH)3 se
produce por efecto de la adicion de un álcali a la solución con cromo de acuerdo a la ecuación 3.
𝐶𝑟3+ + 3𝑂𝐻− → 𝐶𝑟(𝑂𝐻)3 𝐾𝑝𝑠 = 6.3 × 10−31 3
2𝐶𝑟(𝑂𝐻)3 + 3𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐶𝑟2(𝑆𝑂4)3 + 6𝐻2𝑂 𝐾 > 10 4
Kps es el producto de solubilidad, mientras de K es la constante de equilibrio. El Cr(OH)3 es
importante debido a que éste precipita en un determinado rango de pH.
“En los baños agotados de cromo se encuentra como Cr(III). El cromo en este estado de oxidación,
y dependiendo del pH del medio, se puede encontrar formando varias especies con el ion OH -,
entre los que están: Cr3+, CrOH2+,𝑪𝒓(𝑶𝑯)𝟐+, 𝑪𝒓(𝑶𝑯)𝟑
𝟎, 𝑪𝒓(𝑶𝑯)𝟒−, y otras especies polinucleares
cuya contribución en condiciones normales es insignificante. La distribución de estas especies
como función del pH es posible calcular a partir de las siguientes ecuaciones:” [35]
𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠) + 3𝐻+ → 𝐶𝑟3+ + 3𝐻2𝑂 𝑙𝑜𝑔𝐾1 = 9.76 5
𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠) + 2𝐻+ → 𝐶𝑟𝑂𝐻2+ + 2𝐻2𝑂 𝑙𝑜𝑔𝐾2 = 5.96 6
𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠) +𝐻+ → 𝐶𝑟(𝑂𝐻)2
+ +𝐻2𝑂 𝑙𝑜𝑔𝐾3 = −0.44 7
𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠) → 𝐶𝑟(𝑂𝐻)30 𝑙𝑜𝑔𝐾4 = −6.8 8
𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠) +𝐻2𝑂 → 𝐶𝑟(𝑂𝐻)4− +𝐻+ 𝑙𝑜𝑔𝐾5 = −18.25 9
En las ecuaciones 5–9, se representan las distintas especies que derivan del Cr(OH)3, pero que se
forman en función del pH, siendo más o menos solubles como se representa en la figura 8.
19
Figura 8. Distribución de especies de Cr(III) en función de pH de una solución en equilibrio
con sOHCr 3
En dicha figura se observa el rango recomendable de precipitación del 𝑪𝒓(𝑶𝑯)𝟑𝟎que va desde un
pH 8 hasta 10, siendo el valor óptimo 9, pero fuera de ese rango se tienen especies más solubles.
“A este valor de pH, para una concentración total de cromo de 0,04 M (equivalente a 3gL -1 en
Cr2O3) la especie predominante corresponde a 𝑪𝒓(𝑶𝑯)𝟑𝟎de concentración igual a 1,45x10-7 M,
equivalente a 7.5 μgL-1 en cromo.” [36]
“Para la remoción del cromo de los efluentes de curtido, se realiza una agitación rápida del álcali
con la solución cromada durante 10 minutos, hasta alcanzar el pH óptimo, se continua con
agitación lenta durante 30 minutos y por último se deja sedimentar el precipitado formado por un
espacio de 6 horas como mínimo, aunque es recomendable la sedimentación por 24-50 horas (ver
figura 16)” [37]. “El precipitado de Cr(OH)3 tiene un aspecto gelatinoso, voluminoso y de
estructura amorfa por tener grandes cantidades de agua, por lo que se recomienda el tratamiento
con temperatura para desarrollar sólidos con estructura cristalina que facilite la decantación y
filtración.” [38]
1.3.5.2 Intercambio iónico. “Es un intercambio de iones entre dos electrolitos o entre una
disolución de electrolitos y un complejo.” [39] El intercambiador generalmente es un sólido,
resina constituida por un polímero orgánico al que se le incluyen grupos ionizables, específicos,
así se logra retener el cromo trivalente presente en el efluente de curtido como se muestra en la
fórmula química 10.
3𝐻+𝑅− + 𝐶𝑟3+ ↔ 𝐶𝑟3+𝑅3− + 3𝐻 10
20
Para el caso particular de la remoción del Cromo, la técnica se realiza mediante la oxidación de
Cr6+ a Cr3+ para su posterior fijación en la columna de intercambio iónico con una resina básica.
El proceso de intercambio se observa en la figura 9.
Figura 9. Proceso de intercambio catiónico
“Estas resinas son utilizadas para la purificación de aguas y para el tratamiento de aguas
residuales, con el fin de concentrar ciertos reactivos y recuperarlos para su uso posterior. Otra
sustancia apropiada para propósitos de intercambio iónico es la alúmina activada que contribuye
a la retención de iones inorgánicos de soluciones acuosas, y se puede comportar como
intercambiador catiónico en medio básico y aniónico en medio ácido.” [40]
1.3.5.3 Biomateriales. “Los biomateriales son materiales de origen biológico con capacidad de
remover y recuperar metales, como ejemplo se tiene biomasa de sorgo, utilizada para remover y
recuperar cromo (III); éstos están basados en la natural y fuerte afinidad de sus componentes
celulares por los iones metálicos.” [41]
Esta tecnología resulta novedosa porque el uso de biomateriales es económico, ya que resulta de
desechos de algunas empresas, además permiten la recuperación de los metales, la reutilización
de la biomasa y el agua.
1.3.5.4 Biotecnología. “Se realiza el tratamiento de aguas residuales secuestrando
específicamente el Cr mediante el uso de hongos acidófilos, el cromo retenido puede ser
recuperado posteriormente. Los hongos se desarrollan en medio ácido, en presencia de Cr;
después de la inducción al medio son capaces de secuestrarlo y, por lo tanto, de eliminarlo. De
estudios realizados se deduce que existen posibilidades para su aplicación a aguas residuales de
curtición.” [42]
21
1.3.5.5 Electrocoagulación. “Es un método electroquímico usado para el tratamiento de aguas
residuales, que implica varios fenómenos químicos y físicos, además del uso de electrodos para
proveer iones al efluente a tratar. En esta técnica el coagulante es generado ‘in situ’, debido a una
reacción de oxidación del ánodo. Las especies cargadas o metales pesados pueden ser removidos
del efluente debido a la reacción entre iones con carga opuesta o a la formación de flóculos de
hidróxidos metálicos.
Los electrodos son hechos de diferentes metales, pero los más utilizados son los de Fe y Al.
Cuando un potencial es aplicado a los electrodos, el ánodo se disuelve dando lugar a los iones
metálicos, los cuales se hidrolizan para formar hidróxidos o polihidróxidos, que son excelentes
agentes coagulantes. Estos compuestos formados son atraídos por las partículas negativas
presentes en la solución; donde los contaminantes presentes en el agua residual son tratados por
medio de reacciones químicas y precipitación o combinación con material coloidal; para por
último ser removidos por electroflotación, sedimentación o filtración.” [43]
1.3.5.6 Membranas. “Es un proceso novedoso y a la vez muy caro, tiene por finalidad separar
sales inorgánicas de las aguas residuales que pasan a través de una membrana; estas membranas
son de acetato de celulosa, que retiene las sales. El equipo requiere presiones elevadas de
operación, entre 400 y 800 psi, a fin de impulsar el agua para que pase a través de la membrana y
deje tras sí el líquido. El costo de estas membranas pueden representar más del 50% del costo del
equipo; este procedimiento es muy sensible a las variaciones bruscas de temperaturas.” [44]
1.4 Proceso de adsorción de cromo en bentonita
En el literal 1.3.5 se mencionan algunos métodos para remoción de cromo de las aguas residuales,
así que en este literal se va a estudiar específicamente la adsorción del cromo en bentonita como
método de remoción.
“La bentonita es una arcilla natural de aspecto terroso, fino y granular, formado por dos capas de
silicio tetraédrico y una de aluminio octaédrico, con cantidades variables de sodio, potasio, calcio,
hierro (III), entre otros, los cuales actúan como cationes de compensación y que a la vez son
intercambiables.” [45] Esta característica es la que les da a las arcillas buenas propiedades de
adsorción, y además, al ser tratadas con ácido estas propiedades aumentan, ya que el ácido ataca
el mineral y a las impurezas asociadas a la arcilla cuando está en su estado original, propiciando
la formación de grupos silanol.
22
1.4.1 Origen y naturaleza. La bentonita tiene su origen en las cenizas volcánicas y el efecto
complementario de la erosión, las cuales se van asentando en los valles y se hunden en la tierra a
poca profundidad. “Estas vetas de bentonita forman un espesor de 1 ó 2 metros quedando
enterradas a unos 25 metros de profundidad.”[46]
Las bentonitas son arcillas de estructura laminar que pertenecen al grupo de los filosilicatos;
considerados normalmente como silicatos de aluminio, cuya fórmula simplificada es
Al2O3.4SiO2.nH2O. El mineral predominante en este tipo de arcillas es la montmorillonita, seguido
de illita, cuarzo y otros minerales en menor porcentaje (ver tabla 6).” [47]
Tabla 5. Componentes minerales de la bentonita
COMPONENTES MINERALES PORCENTAJE
montmorillonita 75 – 85 %
Illita 5 – 10 %
Cuarzo 4 – 5 %
Otros minerales 2 – 5 %
Fuente: Lalittorale. Bentonitas [en línea]. España 2009. [Fecha de consulta: 4 Septiembre 2013].
Disponible en: <http://www.lalittorale.com/es/ACTUALIDAD/Feb09/internet_Bentonit_E.pdf>
1.4.2 Clasificación
“Bentonitas altamente hinchables o sódicas. Están constituidas por montmorillonita que
contiene naturalmente iones intercambiables de sodio. Estas bentonitas son usadas en lodos
para perforación y como ligante en la pelletización de mineral de hierro.
Bentonitas poco hinchables o cálcicas. Están constituidas por montmorillonita que contiene
principalmente iones intercambiables de calcio. Este tipo tiene menor capacidad de
hinchamiento que las variedades sódicas. Esta cualidad es particularmente importante para el
uso en pastas cerámicas.
Bentonitas con activación alcalina. Son bentonitas que se obtienen por el intercambio de
cationes alcalino-térreos por cationes alcalinos en la montmorillonita. Esta activación provoca
una mayor plasticidad, viscosidad y tixotropía de la bentonita, como así también una gran
capacidad de hinchamiento.” [48]
1.4.3 Estructura. “Las bentonitas son silicatos de aluminio hidratados, compuestos
principalmente por montmotillonita de fórmulas simplificadas Al2O3.4SiO2.nH2O. Las cuales
contienen cationes intercambiables (Mg+2, Ca+2, Na+) que desempeñan un rol importante en las
propiedades físico-químicas de las bentonitas. Al igual que la mayor parte de las arcillas, la
23
bentonita está constituida de hojas apiladas; es un filosilicato. Estas hojas pueden ser apiladas de
diferentes maneras. Cada hoja está por sí misma constituida de 3 capas: Una capa octaédrica (Oc)
intercalada entre dos capas tetraédricas (Te), que lo simbolizan por Te-Oc-Te (2/1).
Al interior mismo de la estructura ciertos iones Silicio Si4+ son reemplazados por iones Al+3 y, a
su vez, estos iones aluminio son reemplazados por iones divalentes Mg+2, Fe+2. Este fenómeno
crea un déficit de cargas positivas e induce entonces una carga global negativa a la bentonita.
Las hojas están separadas entre ellas por un espacio interfoliar que contiene iones Na, Ca, Mg y
moléculas de agua.
Figura 10. Estructura laminar de las bentonitas
Fuente: Tecnología PORE-TEC, proceso especial de selección y producción. Bentonitas de alta
pureza. La Littorale Enologia S.L. España 2009. p. 3.
Para la bentonita, este espacio puede agrandarse por absorción de nuevas moléculas de agua; es
este fenómeno el que origina el hinchamiento de la bentonita en el agua. Los cationes presentes
en el espacio interfoliar son cationes intercambiables, es decir, que pueden ser reemplazados por
otros iones y liberados en la solución.
24
Estos cationes son muy importantes porque son ellos quienes confieren a las bentonitas sus
nombres y sus propiedades; las bentonitas cálcicas se hinchan poco mientras que las bentonitas
sódicas se hinchan mucho y son muy reactivas.” [49]
1.4.4 Propiedades físico químicas. La bentonita es un coloide, sustancia sólida en general que,
dispersada en un líquido, se divide en partículas cuyo tamaño está comprendido entre 2 y 200
nanómetros (1nm= 10-9 m) y cuya superficie específica es muy importante y vuelve a los
fenómenos de superficie preponderantes en relación a las fuerzas de la gravedad.
En la tabla 6 se observa la composición representativa de una bentonita.
Tabla 6. Análisis químico representativo de una bentonita
ANÁLISIS QUÍMICO PORCENTAJE
SiO2 aproximado 56%
Al2O3 aproximado 21%
Fe2O3 aproximado 6%
MgO aproximado 3.5%
CaO aproximado 1.5%
Na2O aproximado 0.5%
Fuente: Lalittorale. Bentonitas [en línea]. España 2009. [Fecha de consulta: 4 Septiembre 2013].
Disponible en: <http://www.lalittorale.com/es/ACTUALIDAD/Feb09/internet_Bentonit_E.pdf>
“Las propiedades de las bentonitas derivan principalmente de:
Pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 μm).
Morfología laminar (filosilicatos).
Sustituciones isomórficas: Aparición de carga en las láminas y presencia de cationes
débilmente ligados en el espacio interlaminar.” [50]
1.4.4.1 Superficie específica. “Esta propiedad depende de varios factores:
Granulometría de la bentonita.
Número de celdillas elementales por partícula de arcilla.
Sistema cristalino.
Modo de equipamiento de las láminas, regular, semirregular o turbo estratificado.
Naturaleza de los cationes intercambiables.
pH del medio.
Déficit de cargas positivas.
25
La superficie específica en bentonitas de uso enológico se determina normalmente por la
adsorción de una solución de 10 g/l de azul de metileno en agua. Se añade la solución con una
bureta a una suspensión de 5g de bentonita en 200 ml de agua. Después de cada adición se deposita
una gota de suspensión en un papel de filtro. Al principio, la aureola que está en torno a la mancha
azul oscura es incolora. Cuando toma un color azul claro se considera que el azul de metileno ha
saturado todos los puntos de adsorción de la bentonita y se dá por terminada la determinación.
La superficie específica (Se) será:
gmP
VSe 293,20
(1)
Donde:
V = Volumen gastado de azul de metileno (ml).
P = Peso de la bentonita seca en gramos.
Las bentonitas sódicas de aplicación enológica tienen en estado seco una superficie específica de
25 a 50 m2/g, mientras que en su suspensión acuosa pueden alcanzar de 300 a 400 m2/g. Las
bentonitas cálcicas no se hidratan tanto y alcanzan solamente unos 250 m2/g.
La elevada superficie específica determina también altas capacidades de adsorción de líquido.”
[51]
1.4.4.2 Capacidad de intercambio catiónico (CEC). “La facilidad de la bentonita para
dispersarse en agua depende de la naturaleza de los cationes externos. Estos se pueden sustituir,
por ello se llaman cationes intercambiables o cationes de cambio. Los cationes de baja carga y
elevado radio hidratado producen un efecto dispersante, mientras que los de alta carga producen
un efecto coagulante. En efecto, la bentonita cálcica produce efecto coagulante, pero si se
sustituyen total o parcialmente los iones Ca2+ por iones Na+, aumenta la distancia entre láminas a
más de 3 nm, con lo que las fuerzas intermoleculares disminuyen, dando lugar, en suspensión
acuosa a multitud de cristales dipolares de montmorillonita (efecto dispersante).
La capacidad de cambio de la bentonita es del orden de 100-150 meq/100 g. En el vino se
intercambian principalmente Ca y Na y en segundo lugar Mg y Fe.
A continuación se exponen los datos correspondientes a las 10 bentonitas comerciales.”[52]
26
Tabla 7. Capacidad de intercambio catiónico de algunas bentonitas
CATIONES INTERCAMBIABLES MAS SOLUBLES EN
ACETATO AMÓNICO 1N A pH = 7
CAPACIDAD
INTERCAMBIO
CATIÓNICO
Muestra Sodio
(meq/100g)
Potasio
(meq/100g)
Magnesio
(meq/100g)
Calcio
(meq/100g)
TOTALES
(∑meq/100g)
1 77.41 2.04 22.97 144 79.66
2 69.43 1.53 19.72 15 82.62
3 85.51 2.27 16.46 50 75.79
4 51.15 2.54 19.65 110 51.82
5 74.31 2.08 7.95 90 49.98
6 58.87 1.61 11.22 40 56.92
7 60.3 1.49 4.63 39 48.35
8 61.02 1.15 8.21 42 67.52
9 61.44 1.5 9.08 41 73.44
10 61.95 1.61 8.68 42 77.32
Fuente: MOLINA, Rafael. Teoría de la clarificación de mostos y vinos y sus aplicaciones
prácticas. España 2000. Ediciones Mundi-Prensa y Madrid Vicente ediciones. pp. 135-136.
1.4.4.3 Índice de hinchamiento de una bentonita. “Se define el índice de hinchamiento de la
bentonita como el número de mililitros ocupados por 5g de bentonita en 100ml de agua
desionizada, después de 24 horas de contacto con el agua.
La capacidad de hinchamiento y absorción de agua no es igual para todas las bentonitas. Según
tipos, la distancia entre capas puede modificarse entre 5 a 10 veces.
El grado de hinchamiento intercristalino determina la velocidad de combinación con las proteínas
del vino. Por consiguiente, para alcanzar el efecto óptimo de absorción es imprescindible que la
bentonita alcance el máximo hinchamiento.” [53]
1.4.5 Principales aplicaciones. “Las propiedades de la bentonita no dependen sólo del mineral
esmectítico predominante sino también de su grado de cristalinidad, del tamaño de los cristales,
etc., y por lo tanto las propiedades pueden variar enormemente, por lo cual el campo de las
aplicaciones es amplio y las especificaciones para cada caso son muy particulares.
La bentonita es uno de los minerales industriales que posee las más amplia gama de aplicaciones
y por las posibilidades que brinda para obtener un alto valor agregado a través de su activación,
27
puede alcanzar en casos puntuales valores de venta que superen a cualquier otro mineral. Un
ejemplo constituye las bentonitas organofilicas utilizadas en la industria de la pintura, o las
actividades en medio alcalino para farmacopea y cosméticos. Por sus variadas propiedades, las
diferentes industrias la utilizan en estado natural o activado. Se comercializa en diferentes formas:
en bruto, triturada, molida en diferentes mallas según el destino final, o activadas. Una síntesis de
los diferentes usos, en función del tipo de bentonita selecciona, se expone en la tabla 8:
Tabla 8. Principales aplicaciones de la bentonita
INDUSTRIA BENTONITA
NATURAL
Ca++, Mg++
BENTONITA
NATURAL
Na+
BENTONITA
ACTIVADA
(alcalina)
BENTONITA
ACTIVADA
(ácida)
BENTONITA
ORGANOFILICA
Fundición
Componentes en arenas para
moldeo
Petrolera Agente
tixotrópico
Tixotrópico
(fluidos no
iónicos)
Alimenticia Refinación de azúcar, clarificación de vinos y jugos
Química Cargas para
caucho/
plástico
Catalizadores
cargas para
caucho/
plástico
Cerámica Pastas Esmaltes
Construcción Plastificante en concretos, sellador, lubricante
Farmacéutica Materia prima para tierras medicinales,
ungüentos y cosméticos
Minera Pelletización de minerales
Aceite/ grasa
comestible
Refinación,
decoloración,
purificación
Refinación,
decoloración,
purificación
Limpieza Aditivo en jabones
Brea-
Alquitrán
Estabilizador de
suspensiones de
alquitrán
Pintura Estabilizador y
extendedor
Fuente: MOLINA, Rafael. Teoría de la clarificación de mostos y vinos y sus aplicaciones
prácticas. Ediciones Mundi-Prensa y Madrid Vicente ediciones. España 2000. pp. 136-137.
Las principales aplicaciones industriales de la bentonita son:
Lodos para perforación
28
Arenas de moldeo para la industria metalúrgica
Peletización
Como sellador en depósitos de residuos tanto tóxicos y peligrosos, como radiactivos de baja y
media actividad
Elaboración de sistemas de puesta a tierra
Edificaciones y obras civiles
Fabricación de pastas cerámicas
Fabricación de jabones
Fabricación de productos farmacéuticos
Fabricación de cosméticos
Fabricación de pinturas
Clarificación de vinos y jugos
Piedras sanitarias para animales (cat litter)
Tratamiento del cuero
Estampados textiles” [54]
1.5 Isotermas de adsorción
Para el proceso de adsorción se requiere conocer la capacidad de adsorción del adsorbato en el
adsorbente, el cual se consigue con las isotermas de adsorción como Langmuir y Freundlich.
“Se establece el equilibrio de adsorción cuando la concentración del contaminante en la solución
se encuentra en equilibrio dinámico con la que está presente en la superficie del sólido. Los datos
pueden obtenerse de ensayos discontinuos de laboratorio, que pueden también emplearse para
determinar los efectos del pH, de la temperatura y de otras variables sobre el proceso de adsorción.
1.5.1 Isoterma de Langmuir. En el desarrollo de la isoterma de Langmuir se supone que el soluto
se adsorbe como película monomolecular en la superficie del adsorbente. Esta es la isoterma más
frecuentemente utilizada, que viene dada por la reacción:
𝑄𝑒 =𝐾𝐿𝐶𝑒1 + 𝑎𝐶𝑒
(2)
Donde:
Qe = Cantidad de metal adsorbido por peso unitario de adsorbente (mg/g)
29
KL = Constante de adsorción de Langmuir (l/g)
Ce = Concentración en equilibrio (mg/l)
a = Constante de Langmuir (l/mg)
En la figura 11 se representa una curva típica de Qe en función de Ce basada en la ecuación 2.
Figura 11. Isoterma de Langmuir
Fuente: RAMALHO, R. Tratamiento de aguas residuales. Editorial Reverté S.A., España, 1996.
p. 588.
La ecuación 3 puede escribirse también en forma lineal tomando los inversos de ambos miembros:
1
𝑄𝑒= 𝑎 +
1
𝐾𝐿𝐶𝑒
(3)
La representación de 1/Qe en función de 1/Ce según la ecuación 3 conduce a una línea recta, que
permite la determinación de los parámetros KL y a a partir de la pendiente y de la ordenada en el
origen, respectivamente.
1.5.2 Isoterma de Freundlich. En la isoterma de Freundlich los sistemas de adsorción se suponen
ser heterogéneos y de adsorción reversible, además de no estar restringidos a la formación de
monocapas. Para este modelo la expresión que permite calcular los mg de ión metálico adsorbido
por gramo de adsorbente es la siguiente:
𝑄𝑒 = 𝐾𝑓𝐶𝑒1/𝑛
(4)
Donde:
Qe = Cantidad de metal adsorbido por peso unitario de adsorbente (mg/g)
Kf = Constante de Freundlich (l/g)
qe
30
Ce = Concentración en equilibrio (mg/l)
n = Constante de Langmuir (l/mg)
En la ecuación, Kf es la capacidad de adsorción del sistema el cual aumenta con el pH, mientras
que 1/n indica la intensidad de adsorción del sistema y además mide la desviación de la adsorción
desde la linealidad.
Si 1/n = 1, la adsorción es lineal. Esto significa que los sitios de adsorción son homogéneos
(como en el modelo Langmuir) en energía y la interacción no toma lugar entre las especies
adsorbidas.
Si 1/n < 1, refleja adsorción favorable, entonces la capacidad de sorción incrementa y ocurren
nuevos sitios de adsorción.
Si 1/n > 1, los enlaces de adsorción llegan a ser débiles, y una desfavorable adsorción toma
lugar dando como resultado una disminución en la capacidad de adsorción.
La forma linealizada de la ecuación anterior es:
𝑙𝑜𝑔𝑄𝑒 = 𝑙𝑜𝑔𝐾𝑓 +1
𝑛𝑙𝑜𝑔𝐶𝑒
(5)
La ecuación 5 indica que una representación logarítmica de Qe en función de Ce conduce a una
línea recta que permite la determinación de los parámetros n y K a partir de la pendiente y de la
ordenada para Ce = 1.” [55]
1.6 Método Factorial
“El objetivo de un diseño factorial es estudiar el efecto de varios factores sobre una o varias
respuestas, cuando se tiene el mismo interés sobre todos los factores. Los factores pueden ser de
tipo cualitativo (máquinas, tipos de material, operador, la presencia o ausencia de una operación
previa, etc.), o de tipo cuantitativo (temperatura, presión, humedad, velocidad, etc.). Para estudiar
la manera en que influye cada factor sobre la variable de respuesta es necesario elegir al menos
dos niveles de prueba para cada uno de ellos.
La matriz de diseño o arreglo factorial es el conjunto de puntos experimentales o tratamientos que
pueden formarse considerando todas las posibles combinaciones de los niveles de los factores.
Por ejemplo, con k = 2 factores, ambos con dos niveles, se forma el diseño factorial 2 x 2 = 22,
31
que consiste en cuatro combinaciones o puntos experimentales. Si ahora uno tiene tres niveles y
el otro dos, se pueden construir 3 x 2 combinaciones que dan lugar al diseño factorial 3 x 2. Para
obtener el número de corridas experimentales se multiplica el número de tratamientos por el
número de réplicas, donde una de éstas se lleva a cabo cada vez que se corre el arreglo completo.”
[56]
32
2. PARTE EXPERIMENTAL
2.1 Generalidades
Para determinar las mejores condiciones de contacto entre el adsorbente y el adsorbato, es
necesario realizar el estudio variando el tiempo de agitación y dosis de adsorbente utilizado. Así
se establece la máxima capacidad de adsorción por parte de la bentonita para retener cromo de los
efluentes de tenería. Además, es necesario comparar el método de adsorción para remoción de
cromo con el método más utilizado para el tratamiento de este tipo de efluentes, que es la
precipitación química, mediante el uso de un álcali para determinar la factibilidad del método
propuesto.
No se analizan los diferentes álcalis para lograr una mejor precipitación ya que el trabajo de
investigación se centra en la adsorción como método de eliminación de un metal pesado, por
tanto, se trabaja con el álcali más comúnmente utilizado en la industria y del que además se tienen
buenos resultados de acuerdo a diferentes trabajos de investigación analizados en la teoría.
2.2 Zona de estudio
Se realizó el estudio en aguas con cromo obtenidas de los efluentes de curtido de la empresa
“CURTIDURÍA TUNGURAGUA S.A.”, mediante la adsorción de cromo con bentonita.
La bentonita utilizada fue adquirida en una empresa distribuidora de químicos para tratamiento
de aguas. La arcilla es colombiana cuyo nombre comercial es Bentonita Arcicol, además es una
clase de bentonita cálcica.
Los ensayos se realizaron en los laboratorios del Departamento de Petróleos, Energía y
Contaminación (DPEC) ubicados en la Facultad de Ingeniería Química.
2.3 Diseño Experimental
2.3.1 Diseño experimental para el proceso de adsorción. Para realizar el estudio de adsorción
de Cr (III) en bentonita, se consideraron los factores A y B con a y b niveles de prueba, respectiva-
33
mente. Con esto se construyó el arreglo o diseño factorial a x b, el cual consiste en a x b
tratamientos. A: Tiempo de agitación para el contacto entre adsorbente y la solución que contiene
el metal pesado y B: Dosis de adsorbente. Se trabajó con 5 y 4 niveles, respectivamente, como se
muestra en la tabla 9, con tres réplicas, que permitieron obtener toda la información relevante en
relación al efecto de estos factores sobre la concentración de Cr (III) al final del tratamiento y así
analizar el grado de remoción de cromo del efluente de curtido. En la tabla 10 se muestra el diseño
factorial, de las 60 experimentaciones.
El número de experimentaciones se obtiene de la siguiente ecuación:
𝑁 = 𝑛(𝑎 × 𝑏) (6)
𝑁 = 3(5 × 4) = 60 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠
Siendo:
N = Número de corridas experimentales
a = Número de niveles para el factor A
b = Número de niveles para el factor B
n = Número de réplicas
El diseño utilizado se encuentra representado gráficamente en la figura 12.
SC : Solución cromada
t1, t2, t3, t4 y t5 : Tiempo de agitación
D1, D2, D3 y D4 : Dosis de adsorbente
R1, R2 y R3 : Réplicas
34
Figura 12. Representación del diseño factorial 5 x 4
Se establecieron como variables independientes o factores a investigarse, el tiempo de agitación
y la dosis de adsorbente. Las corridas experimentales se realizaron a temperatura ambiente
siguiendo el modelo de la figura 12. Además se establecieron los niveles de prueba para cada
factor los cuales se muestran en la tabla 9.
SC
t1
D1 R1, R2, R3
D2 R1, R2, R3
D3 R1, R2, R3
D4 R1, R2, R3
t2
D1 R1, R2, R3
D2 R1, R2, R3
D3 R1, R2, R3
D4 R1, R2, R3
t3
D1 R1, R2, R3
D2 R1, R2, R3
D3 R1, R2, R3
D4 R1, R2, R3
t4
D1 R1, R2, R3
D2 R1, R2, R3
D3 R1, R2, R3
D4 R1, R2, R3
t5
D1 R1, R2, R3
D2 R1, R2, R3
D3 R1, R2, R3
D4 R1, R2, R3
35
Tabla 9. Descripción de los componentes del diseño factorial.
Factores Codificación Niveles Unidades
Tiempo de agitación
t1 30
min
t2 60
t3 120
t4 180
t5 240
Dosis de adsorbente
D1 30
g/L D2 50
D3 70
D4 90
En la tabla 10 se resumen los tratamientos del diseño experimental seguido para la remoción de
cromo. Además se describe el procedimiento seguido para cada unidad experimental tomando en
cuenta el número de réplicas (R1, R2 y R3).
Tabla 10. Descripción de los tratamientos del diseño experimental para la remoción de
cromo.
Tratamiento Descripción Unidad Experimental
Número
de
réplicas
Control
T1
30g/l
adsorbente, 30
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 m1 con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T2
50g/l
adsorbente, 30
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T3
70g/l
adsorbente, 30
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
36
Tabla 10. (Continuación)
Tratamiento Descripción Unidad Experimental
Número
de
réplicas
Control
T4
90g/l
adsorbente, 30
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T5
30g/l
adsorbente, 60
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T6
50g/l
adsorbente, 60
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T7
70g/l
adsorbente, 60
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T8
90g/l
adsorbente, 60
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T9
30g/l
adsorbente, 120
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T10
50g/l
adsorbente, 120
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T11
70g/l
adsorbente, 120
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
37
Tabla 10. (Continuación)
Tratamiento Descripción Unidad Experimental
Número
de
réplicas
Control
T12
90g/l
adsorbente, 120
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T13
30g/l
adsorbente, 180
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T14
50g/l
adsorbente, 180
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T15
70g/l
adsorbente, 180
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T16
90g/l
adsorbente, 180
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T17
30g/l
adsorbente, 210
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T18
50g/l
adsorbente, 210
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
T19
70g/l
adsorbente, 210
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
38
Tabla 10. (Continuación)
Tratamiento Descripción Unidad Experimental
Número
de
réplicas
Control
T20
90g/l
adsorbente, 210
min de agitación
Vaso de precipitación de
100 ml con 80 ml de
muestra de curtido +
adsorbente.
3
Cantidad de
cromo removido,
capacidad de
adsorción
2.3.2 Diseño experimental para el proceso de precipitación química. Para realizar el estudio de
precipitación de Cr(III) con el uso de solución de hidróxido se sodio (5 N), se consideró la
variación de un solo factor, en este caso el pH, que a pesar de que en la teoría nos recomienda el
pH 9, se trabajó con tres niveles pH1, pH2 y pH3 como se indica en la tabla 11.
Tabla 11. Niveles para el diseño experimental de un solo factor en el proceso de precipitación
química
Factores Codificación Niveles
pH
pH1 8
pH2 9
pH3 10
Se realizaron 3 repeticiones de cada uno, con lo que se pudo analizar la variabilidad de los datos
mediante el uso del ANOVA y además establecer las condiciones óptimas de trabajo para lograr
alcanzar el nivel más alto de remoción de cromo de la solución de curtido. El diseño experimental
es de un solo factor y se explica en la tabla 12 y gráfico 13.
Tabla 12. Diseño experimental para la remoción de cromo por precipitación
Tratamiento Descripción Unidad
Experimental
Número de
réplicas
Control
T1
pH 8 regulado con
la adición de NaOH
(5N)
Vaso de precipitación
de 1000 m1 con 500
ml de muestra de
curtido.
3 Cantidad de
cromo removido
39
Tabla 12. (Continuación)
Tratamiento Descripción Unidad
Experimental
Número de
réplicas
Control
T2
pH 9 regulado con
la adición de NaOH
(5N)
Vaso de precipitación
de 1000 m1 con 500
ml de muestra de
curtido.
3 Cantidad de
cromo removido
T3
pH 10 regulado con
la adición de NaOH
(5N)
Vaso de precipitación
de 1000 m1 con 500
ml de muestra de
curtido.
3 Cantidad de
cromo removido
Figura 13. Representación gráfica del diseño experimental para la precipitación de cromo.
2.4 Procedimientos
2.4.1 Material Adsorbente. Se utilizó como material adsorbente Bentonita Arcicol, un tipo de
arcilla natural, cuyas propiedades físicas, composición y concentraciones se describen en la Tabla
13, proporcionada por la empresa distribuidora de Bentonita H&H Químicos.
Tabla 13. Características de la Bentonita Arcicol
PROPIEDADES FÌSICAS
Color Amarillo claro
Humedad 12% Máximo
Volumen de hinchamiento 23 mL mínimo
Viscosidad 600 rpm/ 300 rpm, cps 31 – 29
Pérdidas por calcinación 18.06
pH 10.5 Máximo
Granulometría Mínimo 80% +/- 5% pasa malla 200
SC
pH1 R1, R2, R3
pH2 R1, R2, R3
pH3 R1, R2, R3
40
Tabla13. (Continuación)
ANÁLISIS QUÍMICO
SiO2, % 42.95
Al2O3, % 15.12
Fe2O3, % 6.72
MgO, % 2.49
Na2O, % 2.32
CaO, % 0.7
No se realizó ningún tratamiento a la arcilla para mejorar su capacidad de adsorción, porque de
acuerdo a distintos estudios realizados por investigadores, concluyeron que se obtiene la máxima
capacidad de adsorción en su estado natural.
2.4.2 Tratamiento de remoción de Cromo III por adsorción. La adsorción de cromo se
fundamentó en el contacto íntimo entre el medio cargado del metal pesado y el adsorbente. El
procedimiento se describe a continuación:
Inicialmente filtrar la muestra de curtido con el fin de remover impurezas y restos orgánicos
contenidos en el efluente del agua residual, que pudieran interferir en los resultados obtenidos.
Distribución de unidades experimentales, conteniendo 80 ml de muestra en cada una, con el fin
de adicionar diferentes dosis para cada caso, como se indica en la Tabla 10.
La agitación requiere del uso de una plancha de agitadores (Ver Figura 4), para mantener una
velocidad de 250 rpm. Los tiempos de agitación: t1, t2, t3, t4 y t5 para dosis D1, D2, D3 y D4,
se indican en la Tabla 9.
Culminado el tiempo de contacto entre adsorbato y adsorbente, dejar sedimentar la muestra,
hasta obtener bentonita cargada con cromo en el fondo del recipiente. Pesar diferentes dosis de
bentonita para cada unidad de experimentación como se indica en la tabla 12.
Filtrar el agua tratada con papel filtro Whatman No. 40. Reservar el filtrado para su posterior
análisis.
De cada muestra realizar tres réplicas, para el análisis de confiabilidad del procedimiento
seguido.
Con los datos obtenidos determinar la capacidad de adsorción de la bentonita y el porcentaje
de remoción de Cr3+.
41
2.4.3 Tratamiento de remoción de Cromo III por precipitación química. La ventaja de este
proceso es que el cromo precipitado puede ser redisuelto en ácido y reutilizado en los baños de
curtido, logrando reducir el cromo descargado en los efluentes. Para la precipitación de cromo se
siguió el proceso descrito a continuación:
Filtrar la muestra de curtido con el fin de remover impurezas y restos orgánicos contenidos en
el efluente del agua residual, al igual que para el proceso de adsorción
Distribuir en diferentes unidades experimentales cantidades iguales de muestra,
manteniéndolas a las mismas condiciones de temperatura y velocidad de agitación.
A cada unidad experimental agregar hidróxido de sodio 5N gota a gota hasta alcanzar el pH
deseado, pH1, pH2 y pH3 (Ver tabla 13).
Dejar en reposo hasta la precipitación del hidróxido de cromo (III) formado.
Filtrar y reservar el filtrado para su posterior análisis.
2.4.4 Espectrofotometría de absorción atómica. El Cromo total se determinó mediante análisis
por Espectrofotometría de Absorción Atómica.
Tabla 14. Parámetros del método FAAS para la determinación de cromo total
Instrumentación Parámetro de Operación Parámetros del instrumento
y el método
Espectrómetro de
Absorción Atómica
equipado con una lámpara
de cátodo hueco para
cromo.
Longitud de onda: 357.9 nm
Combustible: Acetileno
Oxidante: Aire
Llama: rica en combustible
Límite de Detección del
instrumento: 0.02 ppm
Sensibilidad: 0.1 ppm
Rango de concentración
óptimo: 0.2 – 0.7 ppm
Figura 14. Unidades experimentales
42
La espectrofotometría de Absorción Atómica corresponde a un método instrumental en el que el
parámetro correlacionable con la concentración de un analito en disolución es la relación entre la
energía radiante con que se excita una muestra y la que absorbe ésta. En la tabla 16 se indican los
parámetros de operación para la determinación de cromo total.
Para poder leer metales en el equipo de adsorción atómica se requirió digestar las muestras para
eliminar la materia orgánica y otros posibles interferentes.
Tomar 100 ml de muestra en un matraz.
Adicionar 3ml de HNO3.
Llevar a evaporación, en una plancha de calentamiento, toda la mezcla hasta obtener 5 o 10 ml
de la misma.
Enfriar y enjuagar las paredes del matraz con agua destilada.
Añadir 5 ml de HNO3 y dejar en la plancha de calentamiento por 15 min más.
Enfriar y agregar 10 ml de HCl relación 1:1.
Calentar nuevamente durante 15 min, y enfriar.
Filtrar la muestra digestada, asegurándose de lavar las paredes del matraz y aforar a 100ml.
Con la muestra digestada se procedió a la medición en el equipo de absorción atómica por personal
calificado. Después de leer cada muestra, se absorbió agua acidificada en el espectrómetro para
limpiar el capilar y no contaminar la siguiente muestra.
43
3. DATOS EXPERIMENTALES
3.1 Caracterización de la muestra de curtido
Los datos preliminares resultaron del análisis previo realizado a la muestra de curtido para
determinar las características de dicho efluente y establecer el tratamiento adecuado para la
remoción del cromo disuelto en las aguas de curtido. La determinación de parámetros
fisicoquímicos de las aguas residuales del proceso de curtido se realizó en base a los métodos
normalizados para análisis de aguas residuales, presentado en la Tabla 15.
Tabla 15. Parámetros Fisicoquímicos analizados en el agua residual de curtido
Parámetro Método Estándar
APHA
Medido(a) Límite permisible(b) Cumple
pH 4500 H+ 3.1 5 a 9 NO
A y G, mg/l 5520 8.6 100 SI
DBO5, mg/l 5210 2844 250 NO
DQO, mg/l 5220 4740 500 NO
SSed, ml/l 2540 F 0.3 20 SI
SST, mg/l 2540 D 153 220 SI
Cr6+, mg/l 3500-Cr 0.400 0.5 SI
Cromo Total, mg/l 3500-Cr 1785.26 -- --
(a) Resultados analíticos del agua de descarga del bombo de curtido
(b) Fuente: TULAS, libro VI, Anexo 1, Tabla 11.
A y G : Aceites y grasas
DBO5 : Demanda bioquímica de oxígeno
DQO : Demanda química de oxígeno
SSed : Sólidos sedimentables
SST : Sólidos suspendidos totales
Cr6+ : Cromo hexavalente
44
3.2 Datos para la remoción de cromo mediante adsorción
Las tablas 16 a la 20 muestran los datos obtenidos del contacto entre el adsorbente y la solución
cromada manteniendo el tiempo constante, pero variando la dosificación de adsorbente. Para cada
caso se tienen 3 concentraciones correspondientes a las 3 repeticiones realizadas en cada caso.
Tabla 16. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 30 minutos
Concentración inicial Cr3+, mg/l 1785.26
Experimento
Dosis de adsorbente por
cada litro de muestra a
tratar, g
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R1)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R2)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R3)
1 30 1548.33 1542.03 1552.03
2 50 1394.25 1391.23 1391.64
3 70 1254.87 1252.48 1205.06
4 90 1099.15 1115.65 1042.36
Tabla 17. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 60 minutos
Concentración inicial Cr3+, mg/l 1785.26
Experimento
Dosis de adsorbente por
cada litro de muestra a
tratar, g
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R1)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R2)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R3)
1 30 1006.39 992.31 1016.15
2 50 452.96 448.19 465.34
3 70 87.65 80.93 106.95
4 90 45.88 42.36 54.37
Tabla 18. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 120 minutos
Concentración inicial Cr3+, mg/l 1785.26
Experimento
Dosis de adsorbente por
cada litro de muestra a
tratar, g
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R1)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R2)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R3)
1 30 896.26 848.23 819.46
2 50 223.25 215.57 264.25
3 70 28.47 27.49 32.46
4 90 25.88 24.99 24.04
45
Tabla 19. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 180 minutos
Concentración inicial Cr3+, mg/l 1785.26
Experimento
Dosis de adsorbente por
cada litro de muestra a
tratar, g
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R1)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R2)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R3)
1 30 824.00 813.98 821.20
2 50 183.53 196.79 148.18
3 70 19.98 21.42 22.15
4 90 18.26 19.58 19.58
Tabla 20. Adsorción de Cr3+ con bentonita para un tiempo de agitación de 240 minutos
Concentración inicial Cr3+, mg/l 1785.26
Experimento
Dosis de adsorbente por
cada litro de muestra a
tratar, g
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R1)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R2)
Concentración
de Cr3+, mg/l
(R3)
1 30 815.27 832.80 824.70
2 50 164.36 166.55 145.24
3 70 19.54 19.80 20.05
4 90 18.01 18.25 19.05
Tabla 21. Datos adicionales de sedimentación y porcentaje de lodos
N Tiempo de
agitación, min
Tiempo de
sedimentación, min % Lodos
1 30 39.2 48.9
2 60 25.4 45.1
3 120 23.5 30.3
4 180 20.4 29.7
5 240 48.4 36.8
3.3 Datos para la remoción de cromo mediante precipitación
Para poder comparar los resultados obtenidos de la remoción de cromo por el método de adsorción
con el de precipitación química se realizaron algunas experimentaciones que se encuentran
resumida en la tabla 22.
46
Tabla 22. Datos para remoción de Cr3+ por precipitación con solución de NaOH.
Concentración inicial Cr3+, mg/l 1785.26
Experimento pH
Concentración de
Cr3+, mg/l
(R1)
Concentración de
Cr3+, mg/l
(R2)
Concentración de
Cr3+, mg/l
(R3)
1 8 21.68 22.01 21.75
2 9 2.30 1.99 2.08
3 10 0.60 0.52 0.59
Tabla 23. Datos adicionales de sedimentación y porcentaje de lodos
N pH
Tiempo de
sedimentación, min % Lodos
1 8 39 72.5
2 9 88 69.4
3 10 99 87.27
47
4. CÁLCULOS
4.1 Generalidades
Es necesario realizar un procesamiento de los datos de cada una de las evaluaciones realizadas
para la remoción de cromo por adsorción aplicando la variación de los dos factores estudiados,
tiempo de agitación y dosis de adsorbente, para determinar cuantitativamente los valores de
trabajo óptimos y proponerlos como condiciones de adsorción.
Para esto, se empieza realizando el análisis estadístico de los datos generados para observar la
variabilidad de cada condición estudiada con respecto al número de repeticiones realizadas y
conocer el nivel de confiabilidad de estos datos. Con el análisis de varianza se calcula la media y
de este análisis se establecen las mejores condiciones de tiempo y dosis de adsorbente para realizar
la remoción de cromo del efluente de curtido de una tenería. Con las condiciones de trabajo, se
construyen las isotermas de adsorción, para lo cual se necesita del porcentaje de remoción
obtenido en función de la concentración del metal medida luego del tratamiento de adsorción;
además, se necesita calcular la capacidad de adsorción. Las isotermas de adsorción nos permiten
apreciar con mayor claridad el tipo de adsorción que se tiene con la bentonita en la adsorción de
cromo.
Se determina la interacción entre los dos factores mediante la gráfica de Tiempo de agitación vs.
Concentración de Cr3+. Esta concentración se toma en base a la media de las tres repeticiones
realizadas. Al determinar dicha interacción se observa más claramente el efecto que tiene cada
factor sobre la concentración final de cromo en la solución, demostrando las mejores condiciones
para la adsorción.
Al graficar los efectos principales por separado, se observa la tendencia de cada uno y el punto al
cual se logra la mínima cantidad de Cr3+ en solución, es decir, cuando se logra una mayor
remoción del metal pesado gracias al efecto adsorbente de la bentonita.
48
4.2 Análisis estadístico
4.2.1 Análisis estadístico para los datos de adsorción. Para el análisis de datos, se realizó la
evaluación estadística de los mismos mediante la medición de concentraciones de cromo total en
las aguas tratadas, resultantes de las diferentes unidades de experimentación, a través del análisis
procesado en el programa estadístico Minitab 17 con el fin de determinar la variabilidad de los
resultados obtenidos, la capacidad de adsorción de la bentonita para adsorber cromo y el tiempo
óptimo de agitación. Además, se realizó el análisis de varianza (ANOVA).
Los parámetros estadísticos utilizados para el estudio de la variación de los datos en cada punto
son:
4.2.1.1 Media (𝒙).
�̅� =∑ 𝑥𝑖𝑛𝑖=1
𝑛
(7)
Donde,
xi = resultados
n = número de resultados
Cálculo modelo de la media para los datos a 30 min de agitación y 30 g de adsorbente.
�̅�30:30 =(1548.33 + 1542.03 + 1552.03)𝑚𝑔/𝑙
3= 1547.46𝑚𝑔/𝑙
Cálculo de la media global para los datos obtenidos en este trabajo de grado, a diferentes tiempos
de agitación y dosis.
�̅� =(1548.33 + 1542.03 +⋯+ 19.05)𝑚𝑔/𝑙
60= 503.19 𝑚𝑔/𝑙
Los resultados obtenidos del cálculo de la media para las tres réplicas de cada experimentación
se muestran en la Tabla 24.
49
Tabla 24. Resultados para el cálculo de la Media
N
Tiempo de
agitación,
min
Peso de
adsorbente,
g
Concentración
de Cr3+, mg/l
Concentración
de Cr3+, mg/l
Concentración
de Cr3+, mg/l Media
(R1) (R2) (R3)
1
30
30 1548.33 1542.03 1552.03 1547.46
2 50 1394.25 1391.23 1391.64 1392.37
3 70 1254.87 1252.48 1205.06 1237.47
4 90 1099.15 1115.65 1042.36 1085.72
5
60
30 1006.39 992.31 1016.15 1004.95
6 50 452.96 448.19 465.34 455.50
7 70 87.65 80.93 106.95 91.84
8 90 45.88 42.36 54.37 47.54
9
120
30 896.26 848.23 819.46 854.65
10 50 223.25 215.57 264.25 234.36
11 70 28.47 27.49 32.46 29.47
12 90 25.88 24.99 24.04 24.97
13
180
30 824 813.98 821.2 819.73
14 50 183.53 196.79 148.18 176.17
15 70 19.98 21.42 22.15 21.18
16 90 18.26 19.58 19.58 19.14
17
240
30 815.27 832.8 824.7 824.26
18 50 164.36 166.55 145.24 158.72
19 70 19.54 19.8 20.05 19.80
20 90 18.01 18.25 19.05 18.44
Media 503.19
4.2.1.2 Desviación estándar (s). Es una medida de la dispersión de los resultados alrededor de la
media. Está expresada en las mismas unidades que la media.
𝑠 = √∑ (𝑥𝑖 − �̅�)
2𝑛𝑖=1
(𝑛 − 1) (8)
Cálculo modelo de s para 30 min de agitación y 30 g de adsorbente.
𝒔𝟑𝟎:𝟑𝟎
= √(𝟏𝟓𝟒𝟖. 𝟑𝟑 − 𝟏𝟓𝟒𝟕. 𝟒𝟔)𝟐 + (𝟏𝟓𝟒𝟐. 𝟎𝟑 − 𝟏𝟓𝟒𝟕. 𝟒𝟔)𝟐 + (𝟏𝟓𝟓𝟐.𝟎𝟑 − 𝟏𝟓𝟒𝟕. 𝟒𝟔)𝟐
(𝟑 − 𝟏)
𝒔𝟑𝟎:𝟑𝟎 = 𝟓. 𝟎𝟔
Cálculo modelo de s para todos los datos.
50
𝒔 = √(𝟏𝟓𝟒𝟖. 𝟑𝟑 − 𝟓𝟎𝟑. 𝟏𝟗)𝟐 + (𝟏𝟓𝟒𝟐. 𝟎𝟑 − 𝟓𝟎𝟑. 𝟏𝟗)𝟐 +⋯+ (𝟏𝟗. 𝟎𝟓 − 𝟓𝟎𝟑. 𝟏𝟗)𝟐
(𝟔𝟎 − 𝟏)
𝒔 = 𝟓𝟐𝟒. 𝟑𝟔
Los resultados obtenidos del cálculo de la desviación estándar para las tres réplicas de cada
experimentación se muestran en la Tabla 25, además se muestra la desviación estándar total.
Tabla 25. Resultados para el cálculo de la Desviación estándar
N
Tiempo de
agitación,
min
Peso de
adsorbente,
g
Concentración
de Cr3+, mg/l
Concentración
de Cr3+, mg/l
Concentración
de Cr3+, mg/l s
(R1) (R2) (R3)
1
30
30 1548.33 1542.03 1552.03 5,06
2 50 1394.25 1391.23 1391.64 1,64
3 70 1254.87 1252.48 1205.06 28,09
4 90 1099.15 1115.65 1042.36 38,45
5
60
30 1006.39 992.31 1016.15 11,99
6 50 452.96 448.19 465.34 8,85
7 70 87.65 80.93 106.95 13,51
8 90 45.88 42.36 54.37 6,17
9
120
30 896.26 848.23 819.46 38,80
10 50 223.25 215.57 264.25 26,17
11 70 28.47 27.49 32.46 2,63
12 90 25.88 24.99 24.04 0,92
13
180
30 824 813.98 821.2 5,17
14 50 183.53 196.79 148.18 25,13
15 70 19.98 21.42 22.15 1,10
16 90 18.26 19.58 19.58 0,76
17
240
30 815.27 832.8 824.7 8,77
18 50 164.36 166.55 145.24 11,72
19 70 19.54 19.8 20.05 0,26
20 90 18.01 18.25 19.05 0,54
Desviación estándar total, s 524.36
4.2.1.3 Desviación estándar relativa (RSD). Medida para comparar la dispersión de los
resultados que tienen diferente magnitud o unidades.
𝑅𝑆𝐷 =𝑠
�̅� (9)
Cálculo modelo de la RSD para 30 min de agitación y 30 g de adsorbente.
51
𝑅𝑆𝐷30:30 =5.06
1547.46̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ = 0.0033
Cálculo modelo de la RSD para todos los datos generados en este trabajo.
𝑅𝑆𝐷 =524.36
503.19= 1.0421
4.2.1.4 Coeficiente de variación (CV). Comparación de la desviación estándar con respecto a la
media y se expresa en porcentaje.
𝐶𝑉 = %𝑅𝑆𝐷 =𝑠
�̅�× 100 (10)
Cálculo modelo del Coeficiente de variación para 30 min de agitación y 30 g de adsorbente.
𝐶𝑉30:30 = 0.0033 × 100 = 0.33%
Cálculo modelo de la RSD para todos los datos generados en este trabajo.
𝐶𝑉 = 0.0033 × 100 = 0.33%
Los resultados obtenidos del cálculo para el Coeficiente de variación en las tres réplicas de cada
experimentación se muestran en la Tabla 26, además se muestra el CV total.
Tabla 26. Resultados para el cálculo del Coeficiente de Variación
N
Tiempo de
agitación,
min
Peso de
adsorbente,
g
Concentración
de Cr3+, mg/l
Concentración
de Cr3+, mg/l
Concentración
de Cr3+, mg/l CV, %
(R1) (R2) (R3)
1
30
30 1548.33 1542.03 1552.03 0,33
2 50 1394.25 1391.23 1391.64 0,12
3 70 1254.87 1252.48 1205.06 2,27
4 90 1099.15 1115.65 1042.36 3,54
5
60
30 1006.39 992.31 1016.15 1,19
6 50 452.96 448.19 465.34 1,94
7 70 87.65 80.93 106.95 14,71
8 90 45.88 42.36 54.37 12,99
9
120
30 896.26 848.23 819.46 4,54
10 50 223.25 215.57 264.25 11,17
11 70 28.47 27.49 32.46 8,93
12 90 25.88 24.99 24.04 3,69
52
Tabla 26. (Continuación)
N
Tiempo de
agitación,
min
Peso de
adsorbente,
g
Concentración
de Cr3+, mg/l
Concentración
de Cr3+, mg/l
Concentración
de Cr3+, mg/l CV, %
(R1) (R2) (R3)
13
180
30 824 813.98 821.2 0,63
14 50 183.53 196.79 148.18 14,26
15 70 19.98 21.42 22.15 5,21
16 90 18.26 19.58 19.58 3,98
17
240
30 815.27 832.8 824.7 1,06
18 50 164.36 166.55 145.24 7,39
19 70 19.54 19.8 20.05 1,29
20 90 18.01 18.25 19.05 2,95
Coeficiente de variación total, % 104,21%
4.2.1.5 Repetibilidad (r). Capacidad de un operador para repetir de manera uniforme la misma
medición del mismo tratamiento, utilizando el mismo procedimiento, bajo las mismas
condiciones. Permite estudiar cuan variable es el sistema de medición en comparación con la
variabilidad del proceso.
𝑅 = 𝑥𝑚á𝑥 − 𝑥𝑚𝑖𝑛 (11)
�̅� =1
𝑛∑𝑅𝑖
𝑛
𝑖=1
(12)
�̅̅� =1
𝑚∑𝑅�̅�
𝑚
𝑖=1
(13)
%𝑅𝑒𝑝𝑒𝑡𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝐾1 × �̿�
𝑇× 100% (14)
Donde:
R = Rango de cada punto
n = Número de mediciones realizadas para cada punto
m = Número de puntos
�̅� = Rango promedio de cada punto
�̿� = Rango promedio de todos los rangos
K1= Constante que depende del número de mediciones realizadas en cada punto y proporciona
un intervalo de confianza del 99% para estas características. Véase Anexo D.
T = Tolerancia de la característica de la medida. Se obtiene de la diferencia máxima entre xmáx y
xmin.
Cálculo modelo del Rango para 30 min de agitación y 30 g de adsorbente.
53
𝑅30:30 = 1552.03 − 1542.03 = 10.00
�̅� =1
4(10.00 + 3.02 + 49.81 + 73.29) = 34.03
�̅̅� =1
5(34.03 + 19.76 + 33.07 + 15.53 + 10.10) = 22.50
%𝑅𝑒𝑝𝑒𝑡𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =3.05 × 22.50
49.81× 100% = 137.80
4.2.1.6 Análisis de Varianza. Las ecuaciones utilizadas para la comparación de medias varianzas
se resumen en la tabla 27.
𝑌𝑖𝑗𝑘 = 𝜇 + 𝛼𝑖 + 𝛽𝑗 + (𝛼𝛽)𝑖𝑗 + 𝜀𝑖𝑗𝑘 (15)
𝑖 = 1, 2, … , 𝑎; 𝑗 = 1, 2, … , 𝑏; 𝑘 = 1, 2,… , 𝑛
Donde,
µ = Media general
αi = Efecto debido al i-ésimo nivel del factor A
βj = Efecto debido al j-ésimo nivel del factor B
(αβ)ij = Efecto debido a la interacción en la combinación ij
εijk = Error aleatorio
Para esta experimentación se tiene que a = 5, b = 4 y n = 3 réplicas. La hipótesis para los efectos
de este modelo son:
𝐻𝑂: 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝐴) = 0
𝐻𝐴: 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝐴) ≠ 0
𝐻𝑂: 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑜𝑠𝑖𝑠 (𝐵) = 0
𝐻𝐴: 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑜𝑠𝑖𝑠 (𝐵) ≠ 0
𝐻𝑂: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 × 𝑑𝑜𝑠𝑖𝑠 (𝐴𝐵) = 0
𝐻𝐴: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 × 𝑑𝑜𝑠𝑖𝑠 (𝐴𝐵) ≠ 0
Para probar las hipótesis se requiere de la técnica de análisis de varianza, que para el tipo de
diseño factorial a x b con n réplicas resulta de descomponer la variación total como,
𝑆𝐶𝑇 = 𝑆𝐶𝐴 + 𝑆𝐶𝐵 + 𝑆𝐶𝐴𝐵 + 𝑆𝐶𝐸 (16)
Donde los respectivos grados de libertad de cada una de ellas son:
54
𝑛𝑎𝑏 − 1 = (𝑎 − 1) + (𝑏 − 1) + (𝑎 − 1)(𝑏 − 1) + 𝑎𝑏(𝑛 − 1) (17)
La suma de cuadrados divididos entre sus correspondientes grados de libertad se llama cuadrados
medios (CM). Al dividir éstos entre el cuadrado medio del error (CME) se obtienen estadísticos
de prueba con distribución F. Toda esta información se sintetiza en la tabla 27.
Si el valor-p es menor al nivel de significancia α prefijado, se rechaza la hipótesis nula y se
concluye que el correspondiente efecto está activo o influye en la variable de respuesta.
Tabla 27. ANOVA para el diseño factorial a x b
Fuente de
variación
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadro medio Fo Valor-p
Factor A SCA a-1 𝐶𝑀𝐴 =𝑆𝐶𝐴𝑎 − 1
𝐶𝑀𝐴𝐶𝑀𝐸
𝑃(𝐹 > 𝐹0
𝐵)
Factor B SCB b-1 𝐶𝑀𝐵 =𝑆𝐶𝐵𝑏 − 1
𝐶𝑀𝐵𝐶𝑀𝐸
𝑃(𝐹 > 𝐹0
𝐴)
Interacción
AB SCAB (a-1)(b-1)
𝐶𝑀𝐴𝐵
=𝑆𝐶𝐴𝐵
(𝑎 − 1)(𝑏 − 1)
𝐶𝑀𝐴𝐵𝐶𝑀𝐸
𝑃(𝐹 > 𝐹0𝐴𝐵)
Error SCE ab(n-1) 𝐶𝑀𝐸 =𝑆𝐶𝐸
𝑎𝑏(𝑛 − 1)
Total SCT abn-1
Fuente: GUTIÉRREZ, Humberto. Análisis y diseño de experimentos. Editorial McGraw Hill,
Segunda edición, México, 2008, p. 136.
𝑌… =∑∑∑𝑌𝑖𝑗𝑘
𝑛
𝑘=1
�̅�… =𝑌…𝑎𝑏𝑛
𝑏
𝑗=1
𝑎
𝑖=1
(18)
𝑌𝑖.. =∑∑𝑌𝑖𝑗𝑘 �̅�𝑖.. =𝑌𝑖..𝑏𝑛 𝑖 = 1, 2, … , 𝑎
𝑛
𝑘=1
𝑏
𝑗=1
(19)
𝑌.𝑗. =∑∑𝑌𝑖𝑗𝑘 �̅�.𝑗. =𝑌.𝑗.
𝑎𝑛 𝑗 = 1, 2,… , 𝑏
𝑛
𝑘=1
𝑎
𝑖=1
(20)
𝑌𝑖𝑗. = ∑𝑌𝑖𝑗𝑘
𝑛
𝑘=1
�̅�𝑖𝑗. =𝑌𝑖𝑗.
𝑛 (21)
Donde:
Y... : Suma de todas las observaciones
55
�̅�... : Media global
𝑌𝑖.. : Total en el nivel i del factor A
�̅�𝑖.. : Media en el nivel i del factor A
𝑌.𝑗. : Total en el nivel j del factor B
�̅�.𝑗. : Media en el nivel j del factor B
En base a esta notación, la suma de cuadrados totales es:
𝑆𝐶𝑇 =∑∑∑𝑌𝑖𝑗𝑘2 −
𝑌…2
𝑁
𝑛
𝑘=1
𝑏
𝑗=1
𝑎
𝑖=1
(22)
Siendo N = abn el total de observaciones en el experimento. La suma de cuadrados para cada
efecto es:
𝑆𝐶𝐴 =∑𝑌𝑖..2
𝑏𝑛−𝑌…2
𝑁
𝑎
𝑖=1
(23)
𝑆𝐶𝐵 =∑𝑌.𝑗.2
𝑎𝑛−𝑌…2
𝑁
𝑏
𝑗=1
(24)
𝑆𝐶𝐴𝐵 =∑∑𝑌𝑖𝑗.2
𝑛
𝑏
𝑗=1
𝑎
𝑖=1
−𝑌…2
𝑁− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵 (25)
Y al final, al restar éstas del total, se obtiene la suma de cuadrados del error como:
𝑆𝐶𝐸 = 𝑆𝐶𝑇 − 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝐴𝐵 (26)
De acuerdo a esto para obtener el ANOVA se calculan los totales necesarios:
𝑆𝐶𝐴 =∑𝑌𝑖..2
4 × 3−
𝑌…2
5 × 4 × 3
5
𝑖=1
=(15789.072 + 4799.472 + 3430.322 + 3108.652 + 3063.602)
4 × 3−30191.112
5 × 4 × 3
= 10070459.35
56
𝑆𝐶𝐵 =∑𝑌.𝑗.2
5 × 3−
𝑌…2
5 × 4 × 3
4
𝑗=1
=(15153.122 + 7251.312 + 4199.312 + 3587.372)
5 × 3−30191.112
5 × 4 × 3
= 5655077.68
𝑆𝐶𝐴𝐵 =∑∑𝑌𝑖𝑗.2
3
4
𝑗=1
5
𝑖=1
−𝑌…2
5 × 4 × 3− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵
=(4642.392 + 3014.842 +⋯+ 55.302)
3−30191.112
5 × 4 × 3− 10070459.35
−5655077.68 = 485264.48
La suma de cuadrados totales y la suma de cuadrados del error están dados por
𝑆𝐶𝑇 =∑∑∑𝑌𝑖𝑗𝑙2 −
𝑌…2
5 × 4 × 3= 16222423.75
3
𝑙=1
4
𝑗=1
5
𝑖=1
𝑆𝐶𝐸 = 𝑆𝐶𝑇 − 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝐴𝐵
= 16222423,75 − 10070459,35 − 5655077,68 − 485264.48
= 11622.25
4.2.2 Análisis estadístico para los datos de precipitación. Para el análisis de datos, se realizó la
evaluación estadística de los mismos mediante la medición de concentraciones de cromo total en
las aguas tratadas, resultantes de las diferentes unidades de experimentación. Además se realizó
el análisis de varianza (ANOVA) en Excel.
4.2.2.1 Media (𝒙)
Cálculo modelo de la media para los datos de precipitación de Cr3+ a pH 8, utilizando la ecuación
7.
�̅�𝑝𝐻8 =(21.68 + 22.01 + 21.75)𝑚𝑔/𝑙
3= 21.81𝑚𝑔/𝑙
57
La media total para todos los puntos es:
�̅� =(21.68 + 22.01 +⋯+ 0.59)𝑚𝑔/𝑙
9= 8.17𝑚𝑔/𝑙
4.2.2.2 Desviación estándar (s).
Cálculo modelo de la desviación estándar para la remoción de Cr3+ a pH 8, por precipitación
química, haciendo uso de la ecuación 8.
𝑠𝒑𝑯𝟖 = √(21.68 − 21.81)2 + (22.01 − 21.81)2 + (21.75 − 21.81)2
(3 − 1)= 𝟎. 𝟏𝟕
La desviación estándar para la precipitación es:
𝑠 = √(21.68 − 8.17)2 + (22.01 − 8.17)2 +…+ (0.59 − 8.17)2
(9 − 1)= 10.26
4.2.2.3 Desviación estándar relativa (RSD).
Cálculo modelo de la RSD para la remoción de Cr3+ a pH 8, por precipitación química, haciendo
uso de la ecuación 9.
𝑅𝑆𝐷𝑝𝐻8 =0.17
21.81̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅= 0.0080
El RSD para el tratamiento de precipitación es:
𝑅𝑆𝐷 =10.26
8.17= 1.2555
4.2.2.4 Coeficiente de variación (CV).
Cálculo modelo del CV para la remoción de Cr3+ a pH 8, por precipitación química, haciendo uso
de la ecuación 10.
𝐶𝑉𝑝𝐻8 = 0.0080 × 100 = 0.80%
Cálculo del Coeficiente de Variación del tratamiento de remoción de Cr3+ por precipitación:
58
𝐶𝑉 = 1.2555 × 100 = 125.55%
4.2.2.5 Repetibilidad (r).
Cálculo modelo del Rango para pH 8, utilizando la ecuación 11.
𝑅𝑝𝐻8 = 22.01 − 21.68 = 0.33
En función de la ecuación 13 se obtuvo el promedio de rangos para la remoción de Cr3+ por
precipitación.
�̅̅� =1
3(0.33 + 0.31 + 0.08) = 0.24
Para el %Repetibilidad, se hace uso de la ecuación 14, donde K1 se obtiene de la Tabla del
ANEXO D y la tolerancia se toma como la máxima diferencia entre el valor máximo y mínimo.
%𝑅𝑒𝑝𝑒𝑡𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =3.05 × 0.24
0.33× 100% = 221.82
4.2.2.6 Análisis de Varianza. Las ecuaciones utilizadas para la comparación de medias varianzas
se resumen en la tabla 28.
Tabla 28. Análisis de Varianza para un solo factor
Fuente de
variación
Suma de cuadrados Grados de
libertad
Cuadro
medio
Fo
Tratamientos 𝑆𝐶𝑇𝑟𝑎𝑡 =∑𝑌𝑖.2
𝑛𝑖−𝑌..2
𝑁
𝑘
𝑖=1 k-1
𝐶𝑀𝑇𝑟𝑎𝑡
=𝑆𝐶𝑇𝑟𝑎𝑡𝑘 − 1
𝐶𝑀𝑇𝑟𝑎𝑡𝐶𝑀𝐸
Error 𝑆𝐶𝐸 = 𝑆𝐶𝑇 − 𝑆𝐶𝑇𝑟𝑎𝑡 N-k 𝐶𝑀𝐸 =𝑆𝐶𝐸𝑁 − 𝑘
Total 𝑆𝐶𝑇 =∑ ∑ 𝑌𝑖𝑗2 −
𝑌..2
𝑁
𝑛𝑖
𝑗=1
𝑘
𝑖=1 N-1
Fuente: GUTIÉRREZ, Humberto. Análisis y diseño de experimentos. Editorial McGraw Hill,
Segunda edición, México, 2008, p. 69.
4.3 Cálculo del porcentaje de remoción cromo, %R
El porcentaje de remoción se calcula en función de la cantidad retenida en el adsorbente, es decir,
la diferencia entre la concentración de cromo en la solución luego del tratamiento con respecto a
59
la cantidad existente al inicio del tratamiento, expresado como porcentaje. Así se indica en la
ecuación 27.
100%
i
i
C
CCR
(27)
Donde:
%R = Porcentaje de remoción de cromo
C = Media de Concentración final de cromo en la solución
Ci = Concentración inicial de cromo en la solución
Cálculo modelo del %R para adsorción con bentonita, condiciones 180:70, 180 es el tiempo de
agitación y 70 el peso del bentonita utilizado. La concentración final de cromo en la solución fue
tomada del promedio de las tres réplicas.
%𝑅 =𝐶𝑖 − 𝐶
𝐶𝑖× 100 =
1785.26 − 21.18
1785.26× 100 = 98.8
En función al %R se logra obtener la optimización del proceso en función de la combinación de
los factores de tal manera que se logra maximizar la remoción de Cr3+ en la bentonita, esto se
logra utilizando Statgraphics.
4.4 Cálculo de la Capacidad de adsorción, Qe
Para determinar la capacidad de adsorción de la bentonita, se parte de una solución de cromo de
concentración conocida (Concentración inicial), a la cual se agrega el adsorbente se lo deja en
contacto con agitación durante cierto tiempo. Al finalizar cada experimento se filtra la suspensión.
El filtrado es analizado para determinar la cantidad de cromo residual en la muestra.
La capacidad de adsorción del ión metálico en disolución se determina utilizando la siguiente
ecuación:
𝑄𝑒 =𝐶𝑖 − 𝐶𝑒𝑚
× 𝑉 (28)
Donde:
Qe = Capacidad de adsorción (mg/g)
Ci = Concentración inicial de soluto en la solución (mg/l)
Ce = Media de Concentración final o de equilibrio del soluto en la solución (mg/l)
M = Masa de adsorbente (g)
60
V = Volumen de muestra (l)
Cálculo modelo de Qe, para las condiciones de 180:70.
𝑄𝑒 =1785.26 − 21.18
70× 1 = 25.20
4.5 Cálculos para la construcción de Isotermas de adsorción
4.5.1 Isoterma de Langmuir. Como el cromo se encuentra en solución, la ecuación a utilizar es:
e
eLe
aC
CKQ
1
(29)
Donde:
Qe = Capacidad de adsorción. Cantidad de cromo adsorbido por peso unitario de bentonita (mg/g)
KL = Constante de adsorción de Langmuir (l/g)
Ce = Concentración en equilibrio (mg/l)
a = Constante de Langmuir (l/mg)
Los valores de las constantes se obtienen de la linealización de la curva Qe vs. Ce.
1
𝑄𝑒= 𝑎 +
1
𝐾𝐿𝐶𝑒
(30)
1
𝑄𝑒= 0.0297 +
0.3178
𝐶𝑒
𝑎 = 0.0297
1
𝐾𝐿= 0.3178 → 𝐾𝐿 = 3.1466
4.5.2 Isoterma de Freundlich. En la isoterma de Freundlich los sistemas de adsorción se suponen
ser heterogéneos y de adsorción reversible, además de no estar restringidos a la formación de
monocapas. Para este modelo la expresión que permite calcular los mg de ión metálico adsorbido
por gramo de solvente es la siguiente:
n
efe CKQ 1 (31)
61
Donde:
Qe = Cantidad de metal adsorbido por peso unitario de adsorbente (mg/g)
Kf = Constante de Freundlich (l/g)
Ce = Concentración en equilibrio (mg/l)
n = Constante de Langmuir (l/mg)
La forma linealizada de la ecuación anterior es:
𝐿𝑜𝑔𝑄𝑒 = 𝐿𝑜𝑔𝐾𝑓 +1
𝑛𝐿𝑜𝑔𝐶𝑒
(32)
𝐿𝑜𝑔𝑄𝑒 = 1.2101 + 0,1119𝐿𝑜𝑔𝐶𝑒
𝐿𝑜𝑔𝐾𝑓 = 1.2101 → 𝐾𝑓 = 16.2218
1
𝑛= 0.1119 → 𝑛 = 8.9366
62
5. RESULTADOS
5.1 Generalidades
Se presentan los valores finales de los cálculos realizados para el porcentaje de remoción de cromo
(III) durante la adsorción; además, se muestra el resultado de la evaluación de la capacidad de
retención del cromo con bentonita arcicol. En base a las distintas experimentaciones, se
establecieron las mejores condiciones para la adsorción y en función de éstas se construyeron las
isotermas de adsorción. Se analizan los modelos de isotermas y se escoge la que mejor encaja con
los datos obtenidos de las experimentaciones, así se concluye sobre el tipo de adsorción favorable,
para este caso.
5.2 Resultados para la capacidad de adsorción y %Remoción
Tabla 29. Resultados de Qe y %R
Experimento Réplica
Tiempo de
agitación,
min
Dosis de adsorbente
por cada litro de
muestra a tratar, g
Qe, mgCr3+
/g bentonita %Remoción
1 1
30
30 7,90 13,3
2 1 50 7,82 21,9
3 1 70 7,58 29,7
4 1 90 7,62 38,4
5 1
60
30 25,96 43,6
6 1 50 26,65 74,6
7 1 70 24,25 95,1
8 1 90 19,33 97,4
9 1
120
30 29,63 49,8
10 1 50 31,24 87,5
11 1 70 25,10 98,4
12 1 90 19,55 98,6
63
Tabla 29. (Continuación)
Experimento
Réplica Tiempo de
agitación,
min
Dosis de adsorbente
por cada litro de
muestra a tratar, g
Qe, mgCr3+
/g bentonita
%
Remoción
13 1
180
30 32,04 53,8
14 1 50 32,03 89,7
15 1 70 25,22 98,9
16 1 90 19,63 99,0
17 1
240
30 32,33 54,3
18 1 50 32,42 90,8
19 1 70 25,22 98,9
20 1 90 19,64 99,0
21 2
30
30 8,11 13,6
22 2 50 7,88 22,1
23 2 70 7,61 29,8
24 2 90 7,44 37,5
25 2
60
30 26,43 44,4
26 2 50 26,74 74,9
27 2 70 24,35 95,5
28 2 90 19,37 97,6
29 2
120
30 31,23 52,5
30 2 50 31,39 87,9
31 2 70 25,11 98,5
32 2 90 19,56 98,6
33 2
180
30 32,38 54,4
34 2 50 31,77 89,0
35 2 70 25,20 98,8
36 2 90 19,62 98,9
64
Tabla 29. (Continuación)
Experimento
Réplica Tiempo de
agitación,
min
Dosis de adsorbente
por cada litro de
muestra a tratar, g
Qe, mgCr3+
/g bentonita
%
Remoción
37 2
240
30 31,75 53,4
38 2 50 32,37 90,7
39 2 70 25,22 98,9
40 2 90 19,63 99,0
41 3
30
30 7,77 13,1
42 3 50 7,87 22,0
43 3 70 8,29 32,5
44 3 90 8,25 41,6
45 3
60
30 25,64 43,1
46 3 50 26,40 73,9
47 3 70 23,98 94,0
48 3 90 19,23 97,0
49 3
120
30 32,19 54,1
50 3 50 30,42 85,2
51 3 70 25,04 98,2
52 3 90 19,57 98,7
53 3
180
30 32,14 54,0
54 3 50 32,74 91,7
55 3 70 25,19 98,8
56 3 90 19,62 98,9
57 3
240
30 32,02 53,8
58 3 50 32,80 91,9
59 3 70 25,22 98,9
60 3 90 19,62 98,9
65
5.3 Análisis estadístico
Tabla 30. Resumen de resultados para la Media, s, CV y %Repetibilidad
Tratamiento Media, mg/l s, mg/l CV, % %Repetibilidad
Adsorción con
bentonita 503.19 524.36 104.2 137.8
Precipitación con
NaOH 8.17 10.26 125.6 221.8
5.3.1 Resultados para el análisis estadístico de adsorción de cromo en bentonita
Tabla 31. Resultados del Análisis de Varianza para el diseño factorial 4 x 5 con tres réplicas.
Fuente de variación Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadro
medio
Fo Valor-P
A: Tiempo de
agitación 1.02199E7 4 2.55497E6 1183.30 0.0000
B: Dosis de
adsorbente 5.54163E6 3 1.84721E6 855.51 0.0000
Interacción AB 436231 12 36352.5 16.84 0.0000
Error 86367.8 40 2159.19
Total 1.62841E7 59
La tabla ANOVA descompone la variabilidad de la Concentración final (Ce) en contribuciones
debidas a los dos factores de estudio: tiempo de agitación y dosis de adsorbente. Los valores-P
prueban la significancia estadística de cada uno de los factores. Puesto que 3 valores-P son
menores que 0.05, estos factores tienen un efecto estadísticamente significativo sobre Ce con un
95.0% de nivel de confianza.
Tabla 32. Media la concentración final de Cr3+, Qe y %R
Experimento
Tiempo de
agitación,
min
Dosis de adsorbente
por cada litro de
muestra a tratar, g
Media de
Cr3+ final,
mg/l
Media de
Qe, mgCr3+
/g bentonita
%R
1
30
30 1547.46 7.93 13.3
2 50 1392.37 7.86 22.0
3 70 1237.47 7.83 30.7
4 90 1085.72 7.77 39.2
66
Tabla 32. (Continuacción)
Experimento
Tiempo de
agitación,
min
Dosis de adsorbente
por cada litro de
muestra a tratar, g
Media de
Cr3+ final,
mg/l
Media de
Qe, mgCr3+
/g bentonita
%R
5
60
30 1004.95 26.01 43.7
6 50 455.50 26.60 74.5
7 70 91.84 24.19 94.9
8 90 47.53 19.31 97.3
9
120
30 854.65 31.02 52.1
10 50 234.35 31.02 86.9
11 70 29.47 25.08 98.3
12 90 24.97 19.56 98.6
13
180
30 819.73 32.18 54.1
14 50 176.17 32.18 90.1
15 70 21.18 25.20 98.8
16 90 19.14 19.62 98.9
17
240
30 824.25 32.03 53.8
18 50 158.71 32.53 91.1
19 70 19.80 25.22 98.9
20 90 18.43 19.63 99.0
Gráfico 1. Dosis vs. %Remoción para la media
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
20 30 40 50 60 70 80 90 100
%R
em
oci
ón
Dosis de adsorbente, g
30 min
60 min
120 min
180 min
240 min
67
Gráfico 2. Tiempo de agitación vs. %Remoción
5.4 Resultados del análisis estadístico
5.4.1 Optimización de la remoción de Cr3+, (%R). Es importante conocer los valores óptimos de
los factores estudiados para el proceso de adsorción con el cual se logra una mayor adsorción de
cromo, es por esto que se utilizó Statgraphics para el procesamiento de datos y en sí del diseño
factorial multinivel con la finalidad de encontrar el tiempo óptimo de agitación y la dosis adecuada
de adsorbente maximizando así la adsorción de cromo en el adsorbente. Los resultados
desplegados por el programa se encuentran representados en la tabla 33.
Tabla 33. Parámetros analizados para la optimización del proceso de adsorción
Meta maximizar %Remoción
Valor óptimo 110.1
Factor Bajo Alto Óptimo
Masa adsorbente, g 30.0 90.0 80.4
Tiempo de agitación, min 30.0 240.0 177.4
Esta tabla muestra la combinación de los niveles de los factores, la cual maximiza %Remoción
sobre los datos analizados.
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
0 50 100 150 200 250
%R
em
oci
ón
Tiempo de agitación, min
30 g
50 g
70 g
90 g
68
5.4.2 Resultados para el análisis estadístico de precipitación de cromo trivalente
Tabla 34. Resumen Estadístico para Concentración de Cr(III)
pH Promedio Desviación
Estándar
Coeficiente de
Variación Mínimo Máximo Rango
8 21.81 0.173866 0.797014% 21.68 22.01 0.33
9 2.12 0.159199 7.51175% 1.99 2.30 0.31
10 0.57 0.0425793 7.44394% 0.52 0.60 0.08
Total 8.17 10.2571 125.6% 0.523 22.012 21.49
Tabla 35. Resultados del Análisis de Varianza para la precipitación de cromo
Fuente de
variación
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadro
medio Fo Valor-p
Entre grupos 841.551 2 420.776 21996.87 0.0000
Intra grupos 0.114773 6 0.0191289
Total 841.666 8
5.5 Isotermas de adsorción
Tabla 36. Resultados de Ce vs. Qe para la construcción de las Isotermas de adsorción (t =
180 min)
Dosis de adsorbente
por cada litro de
muestra a tratar, g
Media de
Concentración
de Cr3+, mg/l
Qe, mg Cr3+ /g
bentonita
30 819.73 32.18
50 176.17 32,18
70 21.18 25,20
90 19.14 19,62
69
Gráfico 3. Ce vs Qe
Tabla 37. Resultados para la linealización de la isotermas
Dosis de adsorbente
por cada litro de
muestra a tratar, g
Media de
Concentración
de Cr3+, mg/l
Langmuir Freundlich
1/Ce 1/Qe Log Ce Log Qe
30 819.73 0.001 0.031 2.914 1.508
50 176.17 0.006 0.031 2.246 1.508
70 21.18 0.047 0.040 1.326 1.401
90 19.14 0.052 0.051 1.282 1.293
Gráfico 4. Isoterma de Langmuir linealizada para la adsorción de cromo en bentonita
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00
Qe
, mg/
g
Ce, mg/l
1/Qe = 0.3178/Ce + 0.0297R² = 0.8199
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060
1/Q
e
1/Ce
Isoterma de Langmuir
70
Gráfico 5. Isoterma de Freundlich linealizada para la adsorción de cromo en bentonita
Tabla 38. Constantes de las isotermas
Isoterma Pendiente
KL o Kf
Ordenada al origen
a o 1/n
Coeficiente de
correlación
Langmuir 3.1466 0.0297 0.8199
Freundlich 16.2218 0.1119 0.7322
5.5. Resultados y comparación de los métodos estudiados
Tabla 39. Cuadro comparativo de los métodos estudiados para la remoción de Cr3+
Método de
remoción de
Cr3+
Concentración
inicial de Cr3+
en el efluente de
tenería. mg/l
Concentración
final de Cr3+ en el
efluente tratado
de tenería. mg/l
%
Remoción
de Cr3+
Tiempo de
sedimenta-
ción. min
%
Lodos
Adsorción
con bentonita 1785.26 21.18 98.9 48 36.8
Precipitación
con NaOH 1785.26 2.12 99.9 88 69.4
LogQe = 0.1119LogCe + 1.2101R² = 0.7322
1.250
1.300
1.350
1.400
1.450
1.500
1.550
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500
Log
Qe
log Ce
Isoterma de Freundlich
71
6. DISCUSIÓN
Al comparar los valores de los ensayos fisicoquímicos del efluente de curtido con los
máximos permisibles establecidos por el TULAS, se observaron a tres parámetros fuera de
norma (pH, DQO y DBO5), y un parámetro sin valor asignado, cromo total. El cromo utilizado
en el proceso de curtiembre, es cromo trivalente en forma de sales minerales, pero bajo ciertas
condiciones durante el proceso de curtido, el cromo trivalente puede oxidarse a cromo
hexavalente, el cual es tóxico y clasificado como cancerígeno y mutagénico, haciendo
necesaria su remoción de forma cuantitativa.
En el análisis de los CV obtenidos para las tres réplicas de cada punto, tanto en la adsorción
con bentonita como en la precipitación con NaOH, se observaron variabilidades máximas de
14.71% y 7.51% respectivamente (Tabla 26 y 34), significando una variación de ±15.73 mg/l
con respecto a la media, para el primer caso, y ±0.16 mg/l para la precipitación. Debido a los
porcentajes de variabilidad analizados, se concluye que los datos son heterogéneos, sin
embargo, existen otros resultados con menor %CV, indicando la homogeneidad de los
mismos. Las razones de esta variación en los datos se debe a trazas de adsorbente que se pudo
quedar en el fondo del vaso sin dispersarse en forma homogénea formando una masa en el
fondo del recipiente, el peso de adsorbente para cada réplica no fue exactamente el mismo y
el pH alcanzado en la precipitación no fue exacto por condiciones del pHmetro.
El método de promedios y rangos, es un método matemático que determina la variabilidad de
los datos en función de la repetibilidad y reproducibilidad. Para este estudio, dicha
variabilidad está determinada únicamente por la repetibilidad porque los ensayos fueron
realizados por una misma persona. Para adsorción se obtuvo 137.8%, por lo tanto no existe
repetibilidad en los datos; la respuesta está en el rango de datos, abarcando desde 1552.03
hasta 18.01 mg/l. Mientras que para precipitación 221.8; al tratarse de menos puntos, el
estudio se vuelve más sensible al rango de datos estudiados, bajando desde 21.75 a 0.59 mg/l.
El %Repetibilidad se obtuvo para analizar la variabilidad de cada método, no de cada grupo
de datos, por eso, los resultados obtenidos son elevados.
72
Los valores-P prueban la significancia estadística de cada uno de los factores. Puesto que en
la tabla 31, tres valores-P son menores que 0.05. Estos factores tienen un efecto
estadísticamente significativo sobre la concentración final de cromo en la solución y a su vez
en el % Remoción con un 95.0% de nivel de confianza.
La tabla 35, ANOVA, para la precipitación química, descompone la varianza de Cr (III) en
dos componentes: un componente entre-grupos y un componente dentro-de-grupos. La razón-
F, que en este caso es igual a 21996.9, es el cociente entre el estimado entre-grupos y el
estimado dentro-de-grupos. Puesto que el valor-P de la prueba-F es menor que 0.05, existe
una diferencia estadísticamente significativa entre la media de Cr (III) entre un nivel de pH y
otro. con un nivel del 95.0% de confianza.
Al analizar los coeficientes de correlación, la isoterma de Langmuir se ajusta mucho mejor a
los datos que la de Freundlich, por lo tanto, el proceso de adsorción se lleva a cabo por
monocapas, ya que se asume a la bentonita como sólido no poroso, a pesar de que se conoce
que es un sólido microporoso.
La gráfica 3, que relaciona la cantidad de Cr3+ adsorbido por gramo de bentonita vs. la
concentración final de Cr3+ en solución, explica de forma más completa el proceso que
conduce a la formación de monocapas, ya que las isotermas al ser linealizadas, dan lugar a la
representación de Langmuir.
La isoterma del gráfico 3, es cóncava respecto al eje de la concentración de equilibrio,
aumenta rápidamente a baja concentración y posteriormente alcanza la saturación. Esta clase
de isotermas es característica de materiales microporosos, por lo tanto se demuestra que la
bentonita es un material microporoso. Una vez que se ha cargado el metal pesado en los
microporos de la bentonita, la isoterma permanece en un valor casi constante sobre un amplio
rango de concentraciones. Se dice casi constante porque en este caso, influye drásticamente
la presencia de carga orgánica presente en los efluentes de curtido de las tenerías, permitiendo
que los microporos de la arcilla se saturen una vez que han logrado remover gran cantidad de
cromo total.
La adsorción de cromo total en la bentonita se realiza sin interacción entre las moléculas
adsorbidas, por lo tanto sólo se adsorbe una molécula sobre cada posición. Esto implica que
a pesar de producirse un proceso de adsorción favorable, no sea tan conveniente porque
resulta óptimo si se forman varias capas sobre la superficie de la bentonita.
73
Los resultados expuestos en la Tabla 38 indican el proceso de adsorción del Cr3+ en la
bentonita. KL= 3.1466, es mayor a 0, como KL resulta de la relación entre kadsorción y kdesorción
la adsorción se ve favorecida. La cantidad máxima de adsorbato en el adsorbente, o el
volumen de monocapa formado sobre el adsorbente es de 0.0297.
En la tabla 39 se indica el porcentaje de lodos generados para un mismo tiempo de
sedimentación; al comparar la cantidad de lodos generados entre adsorción y precipitación
química se observa la gran ventaja que posee el método de adsorción con una arcilla. El peso
que posee la bentonita ayuda a que el tiempo de sedimentación sea menor, y por lo tanto que
los sólidos puedan descender generando una menor cantidad de lodos. Por el contrario, el
álcali utilizado para la remoción. reacciona con el cromo presente en la muestra de curtido
formando un compuesto, Cr(OH)3, que precipita en el fondo del recipiente; estos sólidos se
encuentran dispersos en el agua tratada hasta ganar el peso suficiente que los permita
descender, por esta razón la cantidad generada de lodos es mayor así como el tiempo en que
tarda en sedimentarse el Cr(OH)3.
74
7. CONCLUSIONES
En base al gráfico 1 se establece que para el efluente de curtido con 1785.26 ppm de cromo
total, se requiere de una dosis de 70 g de bentonita por litro de solución y una agitación mayor
a 180 min para lograr una remoción mayor al 98.8%. La capacidad de adsorción en este caso
es de 25.2 mg/g.
El máximo CV obtenido para la adsorción con bentonita fue de 14.71%, y para la precipitación
con NaOH 7.51%, demostrando datos homogéneos, es decir que el tratamiento siguió un
mismo procedimiento de ensayo, exhibiendo similitud en los resultados.
Estadísticamente se obtuvieron las condiciones óptimas logrando maximizar la remoción de
cromo total presente en los efluentes de curtido. Para las condiciones óptimas de 80.4 g de
bentonita y 177.4 min de agitación, se alcanza una adsorción de 22.2 mg de Cr total por cada
gramo de bentonita utilizado, por tanto, para tratar 1m3 de efluente de curtido de las mismas
características, se necesitan 80.4 kg de bentonita.
Los resultados experimentales reportan mayor ahorro en bentonita por cada metro cúbico de
efluente a tratar, comparado con los valores óptimos obtenidos estadísticamente, porque se
requieren 70 kg de bentonita arcicol para remover 1785.26 ppm de cromo total presente.
Significando un ahorro de 10.4 kg por cada metro cúbico.
La isoterma que mejor se ajusta a la adsorción de cromo total sobre bentonita arcicol es la
isoterma de Langmuir con R2 = 0.8199 y 1/Qe=0.3178/Ce+0.0297. Bajo este modelo se
establece la formación de monocapas sobre la superficie de la bentonita en el proceso de
adsorción de cromo cuyo volumen es de 0.0297 l/mg y una constante de equilibrio KL de
3.1466 l/g, que demuestra que la adsorción del metal se ve favorecida con respecto a la
desorción.
De acuerdo con el Coeficiente de determinación (R2) del análisis de varianza, se puede decir
que al menos el 95% de los resultados del tratamiento de adsorción tienen influencia de la
dosis de adsorbente utilizada y del tiempo de agitación durante las experimentaciones.
75
El uso de la bentonita en la remoción de cromo trae ventajas como generar una menor cantidad
de lodos de 30 a 50%, mientras que por precipitación se generan de 70 a 88% en lodos, sin
contar los tiempos destinados para la sedimentación. Ambos métodos logran una buena
remoción, 98.8% en la adsorción y 99.9% en la precipitación, por lo tanto se consideran aptos
para su aplicación en el ámbito industrial para remoción de cromo en tenerías, aunque es
procedente seguir investigando para mejorar el proceso de remoción mediante adsorción.
76
8. RECOMENDACIONES
La investigación realizada se desarrolló en base a pruebas de laboratorio, lo que significa un
primer paso a procesos de flujo en investigaciones futuras donde se trabaje en plantas de
tratamiento de aguas residuales o en el diseño e implementación de estas.
De igual manera para futuras investigaciones, es necesario un estudio cinético de las reacciones
que incluyan a la bentonita para poder comprender de una manera más clara los mecanismos
involucrados.
Es aconsejable determinar el pH óptimo para realizar los estudios de las isotermas de adsorción.
A pesar de que se obtuvieron excelentes resultados de la efectividad de la bentonita, es
importante seguir experimentando con esta arcilla, ya que esta eficiencia puede ser mejorada
al combinarla con otros métodos de tratamiento.
Se recomienda el uso de bentonita cargada con cromo trivalente, en la fabricación de pastas
cerámicas, edificaciones y obras civiles.
77
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ANEXO C. HOJA DE SEGURIDAD PARA BENTONITA ARCICOL
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ANEXO C. (Continuación)
Fuente: CORQUIVEN C.A. Hoja de Seguridad- Bentonita [en línea]. Venezuela. [Fecha de
consulta: 5 de enero del 2016]. http://www.corquiven.com.ve/PDF/MSDS-BENTONITA.pdf
90
ANEXO C. (Continuación)
Fuente: CORQUIVEN C.A. Hoja de Seguridad- Bentonita [en línea]. Venezuela. [Fecha de
consulta: 5 de enero del 2016]. http://www.corquiven.com.ve/PDF/MSDS-BENTONITA.pdf
91
ANEXO D. TABLA DE VALORES K1 PARA EL CÁLCULO DEL %REPETIBILIDAD
Fuente: LLAMOSA. Luis; MEZA. Luis y BOTERO. Marcela. Estudio de repetibilidad y
reproducibilidad utilizando el método de promedios y rangos para el aseguramiento de la calidad
de los resultados de calibración de acuerdo con la norma técnica NTC-ISO/IEC 17025. Revista
Scientia Et Technica de la Universidad Tecnológica de Pereira Colombia. 35(8): 455-460. agosto
2007. p. 457.
92
ANEXO E.EFLUENTE INDUSTRIAL DE UNA TENERÍA (ETAPA CURTIDO)
Figura E.1. Control de pH in situ de muestra de curtido
Figura E.2. Efluente de curtido filtrado
93
ANEXO F. REMOCIÓN DE CROMO TRIVALENTE POR ADSORCIÓN
Figura F.1. Muestra de curtido sin adsorbente
Figura F.2. Interacción entre Tiempo de agitación vs. Dosis de adsorbente
94
ANEXO F. (CONTINUACIÓN)
Figura F.3. Sedimentación de la bentonita cargada de cromo
Figura F.4. Efluente de curtido tratado
95
ANEXO F. (Continuación)
Figura F.5. Bentonita cargada de cromo trivalente (Residuo)
96
ANEXO G. PROCESO PARA CONSTRUCCIÓN DE LAS ISOTERMAS DE
ADSORCIÓN
97
ANEXO H. REMOCIÓN DE CROMO POR PRECIPITACIÓN QUÍMICA CON NaOH
