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Revista de la Sociedad Química del Perú

versión impresa ISSN 1810-634X

Rev. Soc. Quím. Perú vol.86 no.4 Lima oct-dic 2020

http://dx.doi.org/10.37761/rsqp.v86i4.312 

Trabajos originales

Tratamiento fisicoquímico de los efluentes del proceso de lavado de lana en una industria textil de Arequipa

Physicochemical treatment of the effluents of the wool washing process in a textile industry or Arequipa

María Ofelia Guillén Zevallos*  a 

Virginia Pérez Murilloa 

Tania Quispe Carrizalesa 

María Elena Talavera Núñeza 

Flora Elsa Huamán Paredesb 

a Facultad de Ciencias Naturales y Formales, Departamento Académico de Química. Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa, Santa Catalina N° 117 casilla 23, Arequipa - Perú.

b Centro de Investigación en Química, Toxicología y Biotecnología Ambiental, Departamento Académico de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima - Perú.

RESUMEN

El objetivo del presente estudio fue evaluar el tratamiento fisicoquímico de los efluentes de lavado de lana provenientes de una industria textil de la ciudad de Arequipa con la finalidad de cumplir con los Valores Máximos Admisibles (VMA), utilizando como coagulante tricloruro férrico al 40 % y floculante polímero MT-FLOC 4299 al 0,1 %. Se caracterizó física y químicamente el efluente al inicio y al final del tratamiento, midiendo pH, temperatura, demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos totales suspendidos (TSS), aceites y grasas, sulfatos, sulfuros, nitrógeno amoniacal, cianuro total, cromo hexavalente y turbidez. Para determinar las dosis óptimas de coagulante y floculante se realizaron tres tratamientos utilizando un equipo de jarras (Jar-test) a 50, 200 y 40 rpm. El tiempo de sedimentación fue de 10 minutos. Los rangos de turbidez inicial oscilaron entre 200 y 800 NTU obteniéndose una remoción del 89 % en relación a la turbidez promedio de 526,96 NTU. La mejor dosis aplicada al efluente fue 200 mg/L de tricloruro férrico y 0,8 mg/L del floculante polímero catiónico MT-FLOC 4299. Los parámetros de remoción de contaminantes fueron: 84,97 % aceites y grasas; 82,55 % demanda bioquímica de oxígeno; 79,36 % demanda química de oxígeno; 99,60 % sólidos totales suspendidos; 96,67 % sólidos sedimentables y 75,65 % cianuro total, cumpliendo así con la Normativa Peruana, por lo que es factible aplicar el tratamiento a mayor escala.

Palabras clave: Coagulación; floculación; agua residual; textil; lavado de lana

ABSTRACT

The objective of this study was to evaluate the physicochemical treatment of wool washing effluents from a textile industry in the city of Arequipa in order to comply with the Maximum Admissible Values (VMA), using 40% ferric trichloride as coagulant and 0,1% MT-FLOC 4299 polymer flocculant. The effluent was physically and chemically characterized at the beginning and at the end of the treatment, measuring pH, temperature, Biochemical Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), total suspended solids (TSS), oils and fats, sulfates, ilosulphides, ammoniacal nitrogen, total cyanide, hexavalent chromium and turbidity. To determine the optimal doses of coagulant and flocculent, three treatments were done using a jug set at 50, 200 and 40 rpm. The sedimentation time of the floc was 10 minutes. The initial turbidity ranges oscillated between 200 and 800 NTU, obtaining a removal of 89

% in relation to the average turbidity of 526.96 NTU. The best dose applied to the effluent was 200 mg/L of ferric trichloride and 0,8 mg/L of the cationic polymer flocculent MT- FLOC 4299. The contaminant removal parameters were: 84,97 % oils and fats; 82,55 % Biochemical Oxygen Demand; 79,36 % Chemical Oxygen Demand; 99,60 % suspended total solids; 96,67 % settleable solids and 75,65% total cyanide, thus complying with the Peruvian Regulations, so it is feasible to apply the treatment on a larger scale.

Key words: Coagulation; flocculation; wastewater; textile; wool washing

INTRODUCCIÓN

Muchas son las industrias que generan aguas residuales que afectan la calidad del agua. Una de ellas es la industria textil de la ciudad de Arequipa, que en su proceso de lavado genera aguas residuales que contienen alto contenido de materia orgánica y sales inorgánicas, así como elevada DBO5 (demanda bioquímica de oxígeno), DQO (demanda química de oxígeno), grasas, sulfuros, y otros que dañan el sistema de alcantarillado, canales de regadío, generando riesgo potencial a la salud de las personas si se vierten sin tratamiento alguno1.

El efluente textil es uno de los tipos de aguas residuales más peligrosas para el medio ambiente y la salud humana cuando se descarga sin el tratamiento adecuado2. Esta industria consume grandes volúmenes de agua, aproximadamente 100 litros de agua por kilogramo de tela teñida3,4.

Una de las alternativas para la mitigación de los efluentes de la industria textil de lana es la aplicación de tratamientos efectivos de bajo coste. El tratamiento fisicoquímico de coagulación-floculación es un método alternativo frente a otros tratamientos que generan mayores gastos a las empresas, elevando los costos de producción en el tratamiento de sus aguas residuales5,6.

Enríquez7, planteó una tecnología combinada de tratamiento anaerobio usando un reactor anaerobio de flujo ascendente y un reactor insuflado con aire, para tratar aguas procedentes del lavado de lana de oveja de la industria textil. Luego de combinar los dos tratamientos se obtuvieron porcentajes de remoción de 87,05% demanda bioquímica de oxígeno DBO5; 85,04 % demanda química de oxígeno DQO; 88,52 % sólidos totales suspendidos SST y 89,75% aceites y grasas, cumpliendo con la normativa de la descarga de efluentes industriales. Se estudió el tratamiento de aguas residuales textiles a escala de laboratorio con los procesos: coagulación-floculación, biológico anaerobio y biológico aerobio, teniendo como resultado una remoción de más del 50 % de los parámetros de DQO total, DQO soluble, DBO5 y color. Se observó que el coagulante Roquat-ATR produce una mejora en la eliminación de DQO, color y turbidez frente al cloruro ferroso8.

En la ciudad de Arequipa la mayoría de empresas de la industria textil no realizan el tratamiento adecuado a sus efluentes, motivo por el cual nuestro objetivo para la presente investigación fue evaluar el tratamiento fisicoquímico de los efluentes de lavado de lana provenientes de una industria textil de la ciudad de Arequipa con la finalidad de cumplir con los valores máximos admisibles (VMA) utilizando coagulante tricloruro férrico al 40 % y floculante polímero MT-FLOC 4299 al 0,1 %.

PARTE EXPERIMENTAL

Muestras de efluente textil

Se tomaron muestras compuestas de la matriz del agua residual de la industria textil ubicada en el parque industrial de Arequipa del proceso de lavado de lana por un tiempo de 24 horas. Se preservaron para análisis posterior de acuerdo al protocolo de monitoreo de efluentes aprobado por la RM N° 026-2000-ITINCI/DM9.

Se determinaron los parámetros físico-químicos DQO, DBO5, TSS, aceites y grasas10,11,12,13establecidos en el anexo 1 que recomienda la norma vigente DS N° 010-2019-VIVIENDA14 en el efluente.

Proceso de coagulación-floculación

Antes de empezar las pruebas experimentales con el efluente se procede a homogenizar la muestra con un agitador tipo mariposa por 10 minutos, según se indica en la figura 1.

Figura 1 (a) Muestra de efluente textil. (b) Homogenización de la muestra. Fuente: Elaboración propia. 

Figura 2 (a) Detección de inhibidores. (b) Carga del efluente en equipo de prueba de jarras. Fuente: Elaboración propia. 

En la figura 2 se muestra la detección de aceites y grasas como posibles inhibidores de la coagulación - floculación, y el llenado del efluente textil en el equipo de prueba de jarras.

La muestra textil se caracterizó antes de realizar la prueba de jarras: temperatura 22,6°C, pH promedio 7,65 y turbidez en el rango de 200 a 800 NTU.

Para determinar el rango de dosis óptima del coagulante y floculante se realizaron pruebas preliminares durante dos semanas con tres repeticiones al día, contabilizando un total de 30 repeticiones en la prueba de jarras modelo Phipps & Bird digital programable.

Se ajustó la velocidad de las paletas de la prueba de jarras a 50 rpm para uniformizar la muestra. Después se dosificó el coagulante tricloruro férrico al 40 % a diferentes concentraciones con un tiempo de mezcla rápida de un minuto a 200 rpm según se indica en la tabla 1.

Tabla 1 Dosificación preliminar de coagulante, FeCl3 a 200 rpm. 

Concentración Tratamientos
1 2 3 4 5 6
FeCl3 40% (mg/L) 120 160 200 240 280 320

Fuente: Elaboración propia.

Para estos seis tratamientos preliminares se redujo la velocidad de agitación de las paletas a 40 rpm por 15 minutos observando el tamaño de formación del flóculo.

En la figura 3. (a) y (b) se observan los dosificadores y flóculos mediante el índice de Willcomb, dejando sedimentar por 10 minutos.

Figura 3 (a) Tamaño de flóculo y dosificadores. (b) Formación del coágulo. Fuente: Elaboración propia. 

Para la determinación de la turbidez residual del agua decantada, se tomó la muestra directamente de los grifos de cada jarra y se expresaron en unidades nefelométricas de turbidez (NTU)15,16. Se realizó la caracterización de los parámetros fisicoquímicos del agua tratada17, figura 4 (a) y (b).

Figura 4 (a) Toma de muestra para determinación de turbidez y parámetros fisicoquímicos. (b) Agua tratada. Fuente: Elaboración propia. 

Después de determinar la dosis óptima del coagulante18, bajo las condiciones operacionales (número de líneas y tipo de compósito) se decidió extender el rango de coagulante y las concentraciones de floculante como se muestra en la tabla 2 manteniendo el sistema a 200 rpm/min y 40 rpm/15 min. En la tabla 2 se observan las concentraciones de coagulante y floculante propuestas.

Tabla 2 Dosis del coagulante: FeCl3 al 40 % y floculante: MT-FLOC. 

Concentración Tratamientos
1 2 3
Coagulante: FeCl3 40 %
(mg/L) (Concentración) 200 220 240
(mL) (Volumen) 0,5 0,55 0,6
Floculante 0,1% (mg/L)
(Concentración) 0,4 0,8 1,2
(mL) (Volumen) 0,2 0,4 0,6

En la figura 5 se muestra los tratamientos por duplicado para dosis de coagulante y floculante (mL) (volumen).

Figura 5 (a) Detección de inhibidores. (b) Carga del efluente en equipo de prueba de jarras. Fuente: Elaboración propia. 

En la figura 5 se observa un esquema de los tratamientos por duplicado, para las dosis de coagulante y floculante. Para cada dosis de floculante se realizaron cuatro repeticiones trabajando con tres dosis de coagulante óptimo en rango amplio.

Se trabajó en bloques y se observó que la dosis de rango amplio de coagulante manifestaba un mismo comportamiento, por lo que se tomó 0,5 mL como dosis óptima de coagulante. Con la dosis óptima se decidió ensayar las tres dosis (0,4; 0,8 y 1,2 mg/L) del floculante MT- FLOC 4299 como se indicó en la tabla 2.

Figura 6 Turbidez durante 24 horas. Fuente: Elaboración propia. 

La figura 6 muestra el rango de turbidez inicial del efluente de lavado de lana medido durante un periodo de 24 horas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Determinación de dosis óptima del coagulante

La muestra de agua residual de lavado de lana mostró valores de turbidez en el rango de 200 a 800 NTU. Se evaluó el efecto que ejerce el coagulante durante dos semanas. Previo al tratamiento estadístico se realizó un análisis exploratorio con datos de turbidez menor, igual o mayor a 600 NTU. En la figura 7 se observa que el rango óptimo de la dosis del coagulante se encuentra entre los valores de 0,5 mL y 0,6 mL.

Figura 7 Turbidez final en cada nivel de coagulante. Fuente: Elaboración propia. 

Las comparaciones múltiples indican que existe un efecto similar en la reducción del nivel de turbidez cuando la dosis de coagulante es mayor que 0,5 mL (200 mg/L).

Dosis óptimas floculante y coagulante

El tratamiento estadístico fue en bloques (figura 8), ya que se extendió la dosis óptima de coagulante a 0,5 - 0,55 y 0,60 mL equivalente a 200; 220 y 240 mg/L con las dosis de floculante 0,2; 0,4 y 0,6 mL equivalente a 0,4; 0,8 y 1,2 mg/L (tabla 2).

Figura 8 Prueba de Tukey. Fuente: Elaboración propia. 

En la figura 8 se muestra que la mayoría de comparaciones múltiples tienen el mismo comportamiento para el nivel de turbidez, excepto para la comparación de 0,5-0,45 según la prueba de Tukey.

Según la prueba estadística, las dosis adecuadas fueron de 200 mg/L de coagulante y 0,8 mg/L de floculante, obteniendo la mayor remoción para las aguas industriales de la industria textil.

La tabla 3 muestra parámetros medidos tanto para el efluente y para el agua tratada. Observamos que la demanda bioquímica de oxígeno y la demanda química de oxígeno, aceites y grasas manifiestan un alto grado de disminución, logrando un tratamiento eficiente con el coagulante y floculante evaluado 18,19. Se formó una cantidad mínima de espuma que no interrumpió el tratamiento. La medición de los sólidos suspendidos totales TSS nos indicó la eficiencia de la remoción y la medición de aceites y grasas 17. Se determinó la presencia de inhibidores que fueron también removidos con el tratamiento realizado.

Tabla 3 Dosificación preliminar de coagulante, FeCl3 a 200 rpm. 

    AGUA RESIDUAL AGUA TRATADA VMA
Parámetros Unidad Resultado Resultado Normativa
Peruana
Parámetros Físico Químicos        
Temperatura ºC 22,6 22,4 -
pH pH 7,65 6,90 -
Turbidez NTU 526,96 57,97
Sólidos Totales Suspendidos mg/L 608 <2,5 500
Sólidos Sedimentables mL/L/h 3,0 <0,1 -
Parámetros Inorgánicos No Metálicos
Cianuro Total mg/L 0,0087 0,0021 1
Nitrógeno Amoniacal mg/L 10,9 9,63
Sulfuros mg/L 0,0136 0,0107
Aniones por Cromatografía Iónica
Sulfatos, SO4 2- mg/L 295 278
Parámetros Orgánicos
Aceites y Grasas mg/L 51,9 7,8 100
Demanda Bioquímica de Oxígeno mg/L 619 108 500
Demanda Química de Oxígeno mg/L 1407,9 290,6 1000
Metales
Cromo Hexavalente mg/L <0,001 <0,001 0,5

Fuente: Elaboración propia.

CONCLUSIONES

La dosis óptima del coagulante FeCl3 al 40 % fue de 200 mg/L y del floculante MT-FLOC de 0,8 mg/L, que fue determinante en la formación de flóculos más pesados, dando lugar a un incremento de la velocidad de sedimentación, obteniéndose una remoción del 84,97 % de grasas, 82,55 % de DBO5, el 79,36 % de DQO y el 99,60 % de sólidos totales suspendidos. Es factible aplicar el tratamiento de coagulación-floculación en agua residuales de lavado de lana para disminuir los parámetros antes mencionados cumpliendo con la normativa, DS N° 010-2019- VIVIENDA.

AGRADECIMIENTO

A la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa que financió el proyecto de investigación: “Tratamientos fisicoquímicos con métodos convencionales y avanzados de efluentes de la industria textil para el cumplimiento de los valores máximos admisibles (VMA) y su disposición al alcantarillado público”, con el número de contrato IBA-0019- 2016.

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Recibido: 09 de Octubre de 2019; Aprobado: 23 de Noviembre de 2020

*Autor de correspondencia: María Ofelia Guillén Zevallos, email: mguillenz@unsa.edu.pe

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