Proyecto de Tesis
April 11, 2023 | Author: Anonymous | Category: N/A
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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO ESCUELA DE POSGRADO ESQUEMA DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
I.
AS ASPE PECT CTOS OS IN INFO FORM RMA ATI TIV VOS 1. TITULO TITULO DEL PRO PROYECT YECTO O DE INVE INVESTIG STIGACION ACION.. Proceso de Peroxi - Electrocoagulación para degradar las aguas residuales urbanas de la ciudad de Chota-Cajamarca, 2019
2. PERSONAL PERSONAL INVE INVESTIGA STIGADOR. DOR. 2.1.
AUTOR: ng! "ilmer #riarte $irad $iradoo
2.2.
ASESOR: %!&c! Carlos 'a(ier %edina )alderrama
3. TIPO DE INVESTIG INVESTIGACIO ACION: N: n(estigación aplicada
4. MAESTR MAESTRIA IA EN EN:: Ciencias con mención en ngenier*a +mbiental
5. LOCALIDAD E INSTITU INSTITUCION CION DONDE SE DESARROLLARÁ DESARROLLARÁ EL PROYECTO. - Pro(incia de Chota Cajamarca - aboratorio de aguas residuales de la #ni(ersidad .acional +utónoma de Chota!
6. DURACION DURACION ESTI ESTIMADA MADA DEL P PROYE ROYECTO CTO:: / meses
. FEC!A FEC!A DE IINIC NICIO: IO: Enero 2019
". PRESEN PRESENT TADO POR: POR: ng! "ilmer #riarte $irado
---------------------------------- ng! "ilmer #riarte $irado +#$
------------------------------------------------%!&c! Carlos 'a(ier %edina )alderrama +&E&
+P+3 P:
--------------------------------'#+3 4Presidente5
---------------------------'#+3 4&ecretario5
------------------------------'#+3 4)ocal5 4)ocal5
II II..
AS ASPE PECT CTOS OS DE LA PR PRO# O#LE LEMÁ MÁTI TICA CA 2.2. 2.2. RE REAL ALID IDAD AD PRO PRO#L #LEM EMA ATI TICA CA.. El agua constitu6e el elemento 7undamental para el desarrollo normal de la (ida, una (e8 ue el agua es usada en di7erentes acti(idades de tipo antropognica, resulta preocupante como sta es dispuesta en los suelos o cuerpos de agua, 6a ue en muchos de los casos son (ertidas sin ning;n tipo de tratamiento 4ahera, 20105! + ni(el mundial las caracter*sticas de las aguas residuales (ar*an de un lugar a otro, 6a ue los estilos de (ida 6 el grado de desarrollo de cada pa*s generan aguas residuales de 7acil degradación o recalcitrantes, as*< en +merica latina 6 el Caribe las aguas residu res iduale aless res result ultan an ser una pro proble blem= m=tic ticaa de co consi nsider deraci ación ón por la inade inadecua cuada da disposición de excretas 6 la ausencia de tratamientos oportunos 6 adecuados, las ue contamin cont aminan an agua aguass supe super7icia r7iciales, les, subterrra subterrraneas neas 6 8onas 8onas cost costeras eras 4>on8=le 4>on8=less et!al!, et!al!, 200?5! 3ependiendo del grado de contaminación, las aguas residuales pueden ser noci(as para la (ida acu=tica, pueden generar sustancias (ol=tiles ue producen mal olor, color 6 sabor 6 ser portadoras de en7ermedades in7ecciosas, ue pueden tornar mu6 di7*cil su tratamiento 6 puri7icación, por la ue se debe tener una constante (igilancia de acuerdo a las normas (igentes de cada pa*s 4@a(elaar et!al!, 20015! Es por ello ue la problem=tica de las aguas residuales a obligado a buscar nue(as alternati(as de tratamiento ue superen las limitaciones de las con(encionales 6 ue sean mas (iables desde el punto de (ista económico 6 de manejo 4odr*gue8 6 3ur=n, 200/5, puesto ue existe una relación asociati(a entre contaminación de las aguas 6 riesgos a la salud humana por utili8ación 6 consumo 4ópe8 et!al, 19905! En nuestro pa*s la generación de aguas residuales son cada (e8 mas alarmantes dada al crecimiento exponencial de las poblaciones ue se asientan en 8onas urbanas 6
ue de deman manda dann ma6 ma6or or pro produc ducció ciónn de ali alimen mentos tos,, (estid (estido, o, 7=rma 7=rmacos cos,, etc! etc! cu cu6as 6as acti(idades industriales generan grandes cantidades de aguas contaminadas ue son (ertidas en la ma6or*a de los casos directamente a cuerpos de agua, las ue a su (e8 pueden ser usadas como agua de riego en la agricultura 6 ue stas pueden exceder los ni(eles establecidos para coli7ormes 7ecales, coli7ormes totales, nitritos, cadmio 6 plomo 4&il(a et!al, 20025 los cuales pueden repercutir en la cadena tró7ica! #no de los desa7*os ue debe en7rentar la municipalidad pro(incial de Chota es el tratamiento de las aguas residuales ue se generan a ni(el urbano, debido a ue dicha dic hass agu aguas as no rec recibe ibenn tratam tratamien iento to alg alguno uno,, 6 son (e (ertid rtidas as delibe deliberad radame amente nte a cuerpos de agua como las del r*o Chotano constitu6endo un atentado a la salud de las 7amilias ue se encuentran asentadas en las cercan*as de la desembocadura del desagAe 6 de auellas ue probablemente hagan uso de esta agua en la parte baja de la ciudad!
2.3.. PLA 2.3 PLANTE NTEAMI AMIENT ENTO O DEL DEL PRO PRO#LE #LEMA MA a problem=tica de las aguas residuales urbanas tiene repercusión en todo el mundo .#,, el B0 de la lass ag agua uass re resi sidu dual ales es 6 seg; seg;nn in7o in7orm rmac ació iónn o7 o7ic icia iall de la .# mundiales no se descontaminan antes de su (ertimiento o reh;so, lo ue ocasiona, no sólo sólo la cont contam amina inaci ción ón de la 7lor 7loraa 6 7a 7aun una, a, si sino no,, en en7e 7erm rmed edad ades es 6 muer muerte tess prematuras ue cuestan anualmente (arios cientos de miles de millones al P del planeta! as entidades reguladoras en Per;, encargadas de super(isar el cumplimiento de los decretos supremos relacionados al tratamiento de agua residual, por ejemplo, la &090, la &0?D, adem=s de, el cumplimiento de los *mites %=ximos Permisibles 6 de los (alores de EC+ a los ue se compromete cada empresa pri(ada o p;blica,
cuando cua ndo sol solici icita ta un pe permi rmiso so para para -se -seg;n g;n el EC+ ue de desea sea alcan8 alcan8ar ar-- reali8 reali8ar ar (ertimiento, riego o reh;so del agua e7luente< cumplen con su trabajo de 7orma exhausti(a, pero, la obligación de cumplir con estas normati(as no deber*a sólo responder al hecho de e(itar una multa, sino, a una concienti8ación 6 respeto por el medio ambiente! En Per;, como en la ma6or*a de pa*ses, tenemos dos panoramas 7rente al tratamiento de agua agua resi residu dual al!! a ass agua aguass resi residu dual ales es do dom mst stic icas as o in indu dust stria riale less u uee (a (ann al alcantarillado, 6, 6, las aguas residuales ue debe tratar cada empresa pri(ada o p;blica, bajo su responsabilidad 6 cumpliendo los est=ndares indicados por la le6 nacional, as* el tratamiento de ma6or cantidad de aguas residuales domsticas generadas por las ciudades 6 la recuperación de un ma6or n;mero de e7luentes en 7orma 7actible 6 segura es un reto de suma importancia ecológica, social 6 económica para nuestro pa*s en las próximas próximas dcada dcadas! s! +lgunas empresas de ser(icios p;blicos e instituciones gubernamentales 6 tcnicas de la región han iniciado es7uer8os para tratar apropiadamente las aguas residuales 4#E.E&FF5 domsticas en las 8onas urbanas 6, utili8ar los e7luentes tratados en di(ers di( ersas as apl aplica icacio ciones nes agr agr*co *colas las!! &in em embar bargo, go, la ma6or ma6or*a *a de las instit instituci ucione oness in(olucradas con las aguas residuales domsticas a;n no incorporan la opción del re;so por las siguientes ra8ones:
.o existe conciencia del en7oue integral del manejo de las aguas residuales para alcan8ar el desarrollo sostenible! En parte es consecuencia consecuencia del predominio de ciertos conceptos conceptos de la ciencia modern moderna, a, como la exigencia de la especiali8ación, el uso de la tecnolog*a de punta 6 la dependencia de insumos externos Gcon7iablesG! a ma6or*a de los pro6ectos de tratamiento de aguas residuales tienen como ;nico objeti(o el saneamiento ambiental,
m=s no el apro(echamiento de ese recurso para desarrollar =reas (erdes 6 agric ag ricult ultura ura!! Estas Estas emp empres resas as de agu aguaa a; a;nn no han co compr mpren endid didoo ue los e7luentes tienen un alto (alor para la acti(idad agr*cola 6 ue pueden (ender ese recurso al igual ue el agua potable!
Po Poca ca parti partici cipa paci ción ón acti acti(a (a de la co comu muni nida dadd ju junt ntoo co conn pr pro7 o7es esio iona nale less especiali8ados en el =rea para elegir tecnolog*as apropiadas acorde a las necesidades para tratar las aguas residuales, permitiendo a las empresas tomar decisiones acertadas antes de adoptar tecnolog*as de alto costo 6 ue no logran las exigencias de calidad sanitaria reuerida! r euerida!
$ra rata tand ndoo de adop adopta tarr las las expe experi rien enci cias as de lo loss pa pa*s *ses es de desa sarro rroll llad ados os,, much muchos os pro6ectistas de la egión est=n utili8ando la remoción de materia org=nica 6 nutrientes como ;nico criterio para seleccionar la tecnolog*a 6 dimensionar los sistemas de tratamiento de aguas residuales domsticas, sin tener en cuenta ue el principal objeti(o debe ser la remoción de par=sitos, bacterias, (irus patógenos 6 materia org=nica recalcitrante ue permita ue el agua tratada pueda ser dispuesta sobre cuerpos de agua o suelo! Con mucha 7recuencia, las plantas de lagunas de estabili8ación existentes trabajan sobrecargadas, generando problemas de malos olores 6 e7luentes de baja calidad sanitaria, sta situación ha ocasionado en muchos casos el recha8o de la comunidad por tecnolog*as con(encion con(encionales ales sin embargo, a;n es necesario resaltar ue diseHar una planta de tratamiento es tan importante como operarla adecuadamente! + pesar de ue en nuestro pa*s se ha enriuecido una legislación cada (e8 m=s dura respecto a la disposición de aguas residuales 4$abla 15 se puede obser(ar en campo ue la omisión a la normati(idad (igente es reiterati(a 6 junto a ello la ine7ica8 labor
de (igi (igila lanc ncia ia 6 7isc 7iscal ali8 i8ac ació iónn por por pa part rtee de lo loss es esta tame ment ntos os gu gube bern rnam amen enta tale less contribu6en a ue dicho camal contin;e reali8ando labores de 7aenado de animales e incumpliendo con las disposiciones legales (igentes! $abla .I1
esumen de legislación ambiental nacional relacionado a las aguas residuales
Constitución Pol*tica del Per; de 199? ?1J10J199? e6 general de salud e6 .K 2/BL2 e6 general del ambiente e6 .K2B/11 e6 de creación, organi8ación 6 7unciones 3!! .K101? del %.+%! e6 org=nica de municipalidades e6 .K 2D9D2 e6 de recursos h*dricos e6 .K 29??B e6 del sistema nacional de E(aluación de e6 .K 2DLL/ impacto ambiental! eso e solu luci ción ón 'e 'e7a 7atu tura rall .K .K02 0291 91 - 2009 2009 +. +.+ + +u +uto tori ri8a 8aci ción ón de (e (ert rtimi imien ento toss 6 reuso de aguas residuales tratadas tr atadas eso e solu luci ción ón 'e 'e7a 7atu tura rall .K .K0? 0?M1 M1-2 -200 0099 +. +.+ + %o %odi di7i 7ica ca ! '! .K0 .K029 2911 20 2009 09 +.+ 3!&! 021 2009 (i(ienda )alores m m==ximos pe permisibles de de aguas residuales no domesticas en el sistema de alcantarillado! 3!&! .K 0002 200B %.+% +prueban es est=ndar de d e ca calidad de del agua! 3!&! .K 000? 2010 %.+% *mites m=ximos permisibles para e7luentes de plantas de tratamiento de aguas residuales domsticas 6 municipales! .orma procesal procesal penal ambiental e6 .K 2//?1 2//?1 Nuente: ecuperado del compendio de legislación ambiental del Per; %.+% +unn cuan +u cuando do exis existe tenn expe experi rien enci cias as exit exitos osas as en la re regi gión ón de tr trat atam amie ient ntoo 6 us usoo integrados4 donde 6 ue tipo de tecnolog*aFFF5, no existe su7iciente in7ormación sistemati8ada ni di7usión su7iciente como para con(encer a un gran n;mero de personas sobre la necesidad de incrementar los es7uer8os para orientar a los responsabless 6 a la población en general sobre los mejores modelos 6 reuerimientos responsable de este en7oue!
&onn po &o poca cass las las inst instit ituc ucio ione ness u uee como como el CEP CEP& & 4C 4C C C+ + . .% %E E C%PE$ P P%E+ )EO5 ejecutan programas para desarrollar 6 di7undir estas tecnolog*as! %=s a;n, son limitadas las instituciones nacionales de la egión comprometidas en esta tarea!
2.4. 2.4. FO FORM RMUL ULAC ACIO ION N DEL PR PRO# O#LE LEMA MA &e degradar= las aguas residuales urbanas de la Ciudad de Chota - Cajamarca mediante la aplicación del proceso de Peroxi - Electrocoagulac ElectrocoagulaciónF iónF +lternati(as: En u medida se degradar=n las aguas residuales de la ciudad de Chota-Cajamarca mediante la aplicación del proceso de peroxi-electrocoagulaciQnF Cóm C ómoo in7l in7lu6 u6ee la apli aplica caci ción ón del del po poce ceso so de pe pero roxi xi-e -ele lect ctro roco coag agul ulac acio ionn en la degradación de las aguas residuales de la ciudad de chota CajamarcaF
2.5. $UST $USTIFIC IFICACION ACION E IMP IMPOR ORT TANCIA DEL ESTUDIO ESTUDIO a municipalidad pro(incial de Chota es la institución encargada de (elar por el correcto tratamiento de las aguas urbanas de la ciudad de Chota, por tal moti(o la presente in(estigación se justi7ica por el estudio de una alternati(a de tratamiento electrou*mico ue puede ser(ir a la municipalidad ccu6a u6a aplicación aplicación pro(ocar= un impacto positi(o al ecosistema 6 sobre todo a la salud de las 7amilias ue (i(en en las cercan*as de la desembocadura del desagAe de la ciudad de Chota 6 de auellas ue hagan uso del agua del r*o Chotano! a importancia de la in(estigación radica en ue se e(aluar= una tecnolog*a poco di7undida en nuestro medio como es el proceso peroxi-electrocoagulació peroxi-electrocoagulación, n, el cual es adaptable 6 compatible para el tratamiento a peueHa 6 mediana escala 6 ue se muestr mue straa co como mo tratam tratamien iento to ele electr ctrou ou*mi *mico co e7e e7ecti cti(o (o 6 prome prometed tedor or cu cu6o 6o estudi estudioo
permitir=
conocer la
capacidad oxidante
ue
posee
la
reacción
de
electrocoagulación, 6 cómo se comporta 7rente a aguas residuales con altas cargas org=nicas!
2.6. O#$ETIVOS 2.6. .6.1. GE GENE NERA RAL L E(aluar el proceso de Peroxi - Electrocoagulación para degradar las aguas residuales urbanas de la ciudad de Chota-Cajamarca
2.6. 2.6.2. 2. ES ESPE PEC% C%FI FICO COS S -
Carac racteri teri88ar las las agua guas res residu idual alees urb rbaana nass de la ciu iuda dadd de Chot ChotaaCajamarca! ptimi timi88ar los los pa par= r=me metr tros os p@ p@,, (ol olta taje je 6 pe peró róxxid idoo de hid idro roggeno de dell proceso de Peroxi - Electrocoagula Electrocoagulación ción en las aguas residuales urbanas
-
de la ciudad de Chota-Cajamarca! Calcular la mejora del *ndice de biodegradabilidad de las aguas residuales urbanas de la ciudad de Chota Cajamarca!
III.
MARCO T TE EÓRICO 3.1.. ANT 3.1 ANTECE ECEDEN DENTES TES DEL PRO PRO#LE #LEMA MA 4E7ec 4E7 ectua tuarr un bre bre(e (e introd introducc ucción ión para para agu aguas as res residu iduale aless contam contamina inadas das,, uno unoss 10 renglones5 luego empie8as a citar: Ejemplo: as aguas residuales se han generado desde tiempos remotos por el hombre, pero su puri7icación 6 tratamiento siempre le 7ue encarga encargada da a la naturale8a, sin embargo embargou ->u8ma 8man, n, 201 201B! B! U3esco U3esconta ntamin minaci ación ón de super super7ic 7icies ies met=li met=lica cass radiacti(as por electrocoagulaciónV! .os habla de la descontaminación de desechos radiacti(os no compactables, como herramientas 6 euipos, tiene como objeti(o reduci red ucirr el (ol (olume umenn de de desec sechos hos a acondi acondicio cionar nar 6 almace almacenar nar!! $ambin ambin ue la electrocoagulación 4EC5 es aplicada en la descontaminación de residuos radiacti(os no comparables de acero inoxidable ue contiene uranio, se estudió para e(aluar su (iabil (ia bilida idadd tcnic tcnica! a! o oss pri primer meros os es estud tudios ios 7ue 7ueron ron lle lle(a (ados dos con placas placas de ac acero ero inoxidable recubiertas con "? para simular una contaminación 7ija 6 determinar las mejores condiciones de eliminación de tungsteno por EC considerando el p@,
soporte de electrolitos, distancia entre los electrodos, potencial de celda 6 material de contra electrodo! +dem +d em=s =s,, 'i 'im mne ne88 a aut utis ista ta,, Sa Sarl rlaa Ce Ceci cili lia, a, 20 201B 1B!! Ued Ueduc ucci ción ón de 3 3 po por r tratamien trata mientos tos 7*sic 7*sico-u* o-u*mico micoss de coagulac coagulación-7l ión-7locul oculación ación 6 electroco electrocoagula agulación ción en aguas residualesV! %enciona ue las acti(idades antrópicas ue producen di7erentes tipos de aguas residuales por lo ue es necesario tratarlas para mantener un ambiente euili eu ilibra brado! do! El objeti objeti(o (o del des desarr arroll olloo de est estaa in(est in(estiga igació ciónn 7ue reali8 reali8ar ar una comparación entre dos tipos de tratamiento para (er cu=l es m=s e7iciente en cuanto a la disminución de 3 en aguas procedentes de la trampa de grasas de una estación de ser(icio< uno de los tratamientos 7ue coagulación - 7loculación usando como (ariables tipo de coagulante 6 dosi7icación! 4la re(isiQn bibliogr=7ica debe contener un bre(e resumen de la metodolog*a usada 6 la conclusión a la ue llego el in(estigador5 Para @uani @e, Ohi Ohou, 201D! UProceso Electro-Nenton para tratamiento agua potable 6 aguas residualesV! Este es un proceso parecido a la PeroxiElectrocoagulación< Electrocoagula ción< nos habla sobre la electrocoagulación ue es el proceso ElectroNenton ue es una tecnolog*a de tratamiento emergente para agua potable 6 aguas residuales! Electro-Nenton utili8a radicales hidroxilos para oxidar contaminantes peligrosos 6 es especialmen especialmente te ;til para tratar compuestos recalcitrantes ue no son 7=ciles degradar en plantas con(encionales de tratamiento de agua potable 6 aguas residu res iduale ales! s! Es Este te art art*cu *culo lo re( re(isa isa el me mecan canism ismoo del proces procesoo electr electro-N o-Nen enton ton 6 su modelado cintico! os e7ectos de los materiales de los electrodos, concentración de peróxido, concentración de iones 7errosos, p@, electrolito, tasa de burbujeo de ox*geno, temperatura, concentración inicial de contaminante, modo de alimentación, densidad de corriente 6 distancia entre los electrodos tambin son re(isados!
En el siguiente art*culo cient*7ico publicado por "ojciech aran, EWa +dameT, %arcin 'ajTo, +ndr8ej &obc8aT, 201D! UEliminación de antibióticos (eterinarios de aguas agu as res residu iduale aless por ele electr ctroco ocoagu agulac lación iónV! V! En es esta ta in(es in(estig tigac ación ión se e(aluó e(aluó la e7ecti e7e cti(id (idad ad de la elimin eliminaci ación ón de ant antibi ibióti ótico coss (eteri (eterinar narios ios de ag aguas uas res residu iduale aless ut util ili8 i8an ando do un m mto todo do de elec electr troc ocoa oagu gula laci ción ón!! a e7 e7ic icac acia ia de el elim imin inac ació iónn de ampicilina, doxiciclina, sul7atia8ol 6 tilosina< el grado de degradación del antibiótico de desp spu uss de la elec electró tróli lisi sis< s< 6 la to toxi xici cida dadd 6 la co comp mpos osic ició iónn cu cual alit itat ati( i(aa de la lass soluciones de antibióticos despus de la electrocoagulación se determinaron en los di7erentes experimentos reali8ados! Para los in(estigadores 'ean .epo @aTi8imana, ouchaib >ourich, %ohammed Cha7i, Xousse7 &tiriba, Christophe )ial, PatricT 3rogui, 'amal .aja, 201/! UProceso de electrocoagulación en el tratamiento del agua: #na re(isión de los mtodos de mod odel eli8 i8aació ción
de
elec lectroc trocoa oagu gula lacción iónV!
%e %enc ncio ionnan
u uee
el
pr proc oceeso
de
electrocoagulación 4EC5 ha sido objeto de (arios comentarios en la ;ltima dcada, 6 sigue siendo un =rea de in(estigación mu6 acti(a! a ma6or*a est=n dadas en las aplicaciones para el tratamiento de agua de consumo 6 aguas residuales urbanas, indu indust stri rial ales es o agr* agr*co cola lass con con el 7in 7in de mejo mejora rarr la re redu ducc cció iónn si simu mult lt=n =nea ea de la contaminación soluble 6 coloidal! Estos tambin inclu6en las contribuciones a la comprensión teórica, materiales del electrodo, condiciones de operación, diseHo de reactor e incluso an=lisis tecno-económic tecno-económico! o! $ambin los cient*7icos chinos "ei 'in, @ao 3u, &hili Oheng, Xi Ohang, 201/! UProcesos electrou*micos para el medio ambiente remediación de Cr 4)5 tóxico: una re(isiónV! Centraron su in(estigación en el cromo hexa(alente Cr 4)5 ue es extremadamente tóxico 6 est= clasi7icado como uno de los 1D productos u*micos ue presentan la ma6or amena8a para los humanos! +dem=s, grandes cantidades de
compuestos de Cr 4)5 son directa o indirectamente (ertido en el medio ambiente, por lo tanto, se han reali8ado es7uer8os considerables considerables para controlar Concentración Concentración de Cr 4)5 por debajo del ni(el recomendado! &e ha demostrado ue a tcnica electrou*mica es uno de los en7oues ben7icos m=s e7icientes 6 ambientales para el Eliminación de Cr 4)5! Esta re(isión tiene como objeti(o los a(ances recientes en tecnolog*a electrou*mica para pr=cticas +plicaciones +plicaciones de tratamiento Cr 4)5! En la tesis doctoral elaborada por 3a(id )alero )alero, 201L! U$ratamiento de las aguas residuales de la industria de la almendra mediante tcnicas electrou*micas! Estudio de la alimentación de los sistemas mediante energ*a solar 7oto(oltaicaV! Este in(estigador espaHol habla de los procesos industriales generan grandes cantidades de aguas residuales a las ue se debe aplicar un tratamiento adecuado para cumplir con con los los l*mi l*mite tess 7ija 7ijado doss por por la legi legisl slac ació ión! n! Entr Entree lo loss se sect ctor ores es in indu dust stri rial ales es,, el agroalimentario es uno de los ue genera un ma6or (olumen de aguas en sus procesos 6 por tanto uno de los m=s a7ectados por esta legislación! En EspaHa, 6 locali8ado en la Comunidad )alenciana, el sector de la almendra tiene una gran importancia, siendo el segundo productor mundial en n;mero de toneladas! En el tratamiento de aguas subterr=neas tenemos a la in(estigación reali8ada por ei i,Case %! (an >enuchten,&usan E! +! +dd6,'uanjuan Xao,.ai6un >ao,+shoT '! >adgil! 2012! U%odelado,
oxidación
6 eliminación
de +s 4 5 con
electrocoagulación electrocoagula ción usando hierro en aguas subterr=neasV! En la cual es importante la cintica u*mica del arsnico durante la electrocoagulación 4EC5 el tratamiento es esencial para una comprensión m=s pro7unda de la eliminación de arsnico usando EC bajo una (ariedad de condiciones operati(as 6 composiciones de solución! +dem +d em=s =s de se serr una una desc descri ripc pció iónn de un mode modelo lo di din= n=mi mico co u u*m *mic icoo al alta tame ment ntee restringido 6 simple de oxidación del +s 45! as predicciones del modelo est=n de
acue acuerd rdoo bi bien en con con ambo amboss dato datoss extr extra* a*do doss de es estu tudi dios os pr pre( e(io ioss 6 su suss da dato toss experimentales obser(ados obser(ados en una amplia gama de condiciones de operación 4tasa de dosi7 dosi7ica icació ciónn de car carga5 ga5 6 u* u*mic micaa de la sol soluc ución ión 4p@, 4p@, iones iones concur concurren rentes tes55 sin par=metros de modelo modelo libres! X por ;ltimo tenemos el art*culo de Carlos E! arrera-3*a8, )ioleta ugo-ugo, r6an r6 an il il6eu 6eu,, 201 2012! 2! U#n U#naa re(isi re(isión ón de m mtod todos os u* u*mic micos, os, ele electr ctrou ou*mi *micos cos 6 biológicos para reducción acuosa de Cr 4)5V! Este es un art*culo en el cual tambin se le da mu much chaa im impo port rtan anci ciaa al crom cromoo he hexa xa(a (ale lent ntee el cu cual al es de pa part rtic icul ular ar preocupaciónn ambiental debido a su toxicidad 6 mo(ilidad 6 es desa7iante para preocupació elimin eliminar ar de agu aguas as res residu iduale aless ind indust ustria riales les!! Es un 7uerte 7uerte agente agente oxida oxidante nte ue es canc cancer er*g *gen enoo 6 mu muta tag gnic nicoo 6 se di di7u 7und ndee r= r=pi pida dame ment ntee a tr tra( a(s s de dell su suel eloo 6 lo loss ambientes acu=ticos! os oxianiones de Cr 4)5 son mu6 mó(iles 6 tóxicos en el medio ambiente, los cationes Cr 45 no lo son! +l igual ue muchos cationes met=licos, 7orman Cr 45 ue son precipitados insolubles! Por lo tanto, la reducción de Cr 4)5 a Cr 45 simpli7ica su eliminación del e7luente 6 tambin reduce su toxicidad 6 mo(ilidad!
3.2. .2. #ASE ASE TE TEÓR ÓRIICA 3. 3.2. 2.1. 1. M& M&''() (()* )*(+ (+,,-& &// C)&0/&(*: Es un proceso 7isicou*mico utili8ado en el tratamiento de aguas, 6 b=sicamente consiste en la aglutinación de part*culas contaminantes en peueHas masas con peso espec*7ico superior al del agua, denominadas 7locs! $odo el proceso es lle(ado a cabo mediante el uso de reacti(os llamados coagulantes ue desest des estabi abili8 li8an an las part*c part*cula ulass ue lue luego go ch choca ocann entre entre si au aumen mentan tando do su pes pesoo espec*7ico! 43omingue8, et al!, 200B, p! L9D5!
&uspen pensió siónn de par part*c t*cula ulass dim diminu inutas tas de una sustan sustancia cia,, lla llamad madaa 7ase 7ase C)/) C) /) +: +: &us dispersada, en otra 7ase llamada continua o medio de dispersión 4C=rdenas, 200M, p! 1?/5!
DQO: %edida de la cantidad de ox*geno reuerido para oxidación u*mica de la materia org=nica del agua residual, usando como oxidantes sales inorg=nicas de permanganato permangana to o dicromato en un ambiente =cido 6 a altas temperaturas 4>iraldo Y campo, 200L, p! LB5!
E/+*-+: *uido ue sale de un proceso de tratamiento
E/ E / * *:: Estado 7*sico de la me8cla de un compuesto lipo7*lico con otro hidro7*lico: en dicha me8cla uno de los componentes se encuentra en part*culas aisladas, o sea la 7ase dispersa, dentro del otro ue llena todos los espacios 6 7orma la 7ase continua 4Piedaita Y om=n, 19B0, p! 205!
,!: 4Potencial de hidrógeno o concentración de protones5 de una solución acuosa se de7ine por por medio de una 7unción logar*tmica, eso uiere decir ue el p@ es el logaritmo negati(o de la concentración de hidrogeniones! a escala de p@ est= basada en la disociación disociación del agua 6 tiene como (alor (alor central el p@ del agua pura a 2MKC 4PeHa, 200L, p! MB5!
P)-+*(&/ P)-+ *(&/ Z+-&: Es un par=metro 7*sico ue caracteri8a la carga electrost=tica de las part*culas ue, a su (e8, es el origen del mo(imiento de stas hacia el polo de
carga opuesta cuando se encuentran bajo la acción de un campo elctrico 4Xo(al, et al!, 20005!
R+&(-) R+& (-)'' -, -,)) #&-(7: #&-(7: Es auel tipo de reactor donde se agrega una carga de reactantes ue son lle(ados a condiciones espec*7icas por un tiempo determinado 6 despus se extrae el producto, se caracteri8a por la (ariación ene l grado de reacción 6 en las propiedades de la me8cla reaccionante con el transcurso del tiempo 4%a6a, 200L, p! 9M5!
T+- + $&''&: &ir(e para determinar si un e7luente puede ser tratado de manera rentab ren table le 6 con la e7i e7icie cienci nciaa des desea eada da med median iante te tratam tratamien iento to de co coagu agulac lación ión-7loculación! Consiste en colocar agua residual en (aso de precipitado 6 aHadir progresi(amente cantidades de coagulante, se somete al juego de (asos 4'arras5 a una agitación r=pida para homogeni8ar el medio, 6 posteriormente a una lenta para 7a(orecer la 7ormación del 7loc! Pasado cierto tiempo, se dejan las jarras en reposo 6 se anali8a tanto el sobrenadante como los lodos producidos! 4'imne8, 200M, p! 20B5!
E/+(-' E/+ (-')() )()&0 &0/&( /&(* *:: Es un proc proces esoo u uee ut util ili8 i8aa el elec ectri trici cida dadd pa para ra el elim imin inar ar contaminantes del agua ue se encuentran suspendidos, disueltos o emulsionados! a tcnica consiste en introducir corriente elctrica en el agua residual a tra(s de placas met=licas paralelas de di(ersos materiales! a corriente elctrica proporciona la 7uer8a auto motri8 ue pro(oca las reacciones u*micas ue desest des estabi abili8 li8an an las 7orma 7ormass en ue los con contam tamina inante ntess se encue encuentr ntran an presen presentes tes!! Cuando esto ocurre, los contaminantes 7orman compuestos hidro7óbicos ue se
precipitan 6Jo 7lotan 6 se pueden remo(er mediante una posterior operación unitaria! 4u*8, 200M, p! M05!
E/+(-') E/+( -'))' )'+ +:: Nenómeno de migración ue presentan las part*culas cargadas cuando se someten a la acción de un campo elctrico 4a(ina, 199?5! Cienc ncia ia ue tra trata ta los cam cambio bioss u*mic u*micos os pro produc ducido idoss por la E/+(-' E/+ (-')8 )89 9(&: (&: Cie corriente elctrica, 6 de la producción de electricidad mediante la energ*a de reacciones u*micas 4>iraldo Y campo, 200L, p! M15!
L+ + F&'& L+ F&'&& &:: Establece ue el n;mero de moles producidos 4m5 en un electrodo durante un proceso electrou*mico es directamente proporcional a la cantidad de carga ue pasa por el circuito! Puesto ue la carga 4en culombios5 est= dada por el producto de la corriente 4en amperios5 6 el tiempo 4en segundos5, 4N es la constante de Narada65< se tiene ue el n;mero de moles ue reaccionan es:
Figura 1. Ecuación de Faraday
A,+'&;+: Cantidad de 7lujo de electrones o de corriente en un circuito elctrico 4"ithman Y 'ohnson, 2000, p! 2L?5!
Á*)): Es el electrodo hacia el cual 7lu6e la corriente de electrones liberados por el c=todo 4aster, 19BM, p! 12L5!
Cennaro, 2000, p! DLB5!
D+*& D+* & + C)''+ C)''+*-+: *-+: &e de7ine como una magnitud (ectorial representada como ', como la corriente por unidad de =rea ue atra(iesa la super7icie cu6a normal coincide con la dirección de ' 4odr*gue8, 201?, p! 2/5!
E/+( E/+(-' -') )): ): os conduc conductor tores es el elctr ctrico icoss de metal metal o carbon carbonoo sumer sumergid gidos os en electrolitos 4>ennaro, 2000, p! 2B/5
E/+(-'))) + &('(): El =nodo ue pro(ee iones met=licos, 6a ue la placa ue E/+(-') con7orma el mismo logra disol(erse! 4u*8, et al!, 200D5!
E/+(-' E/+ (-')/ )/-): -): Es una sustancia ue se disocia en agua o en otro disol(ente apropiado, produciendo produciendo una disolución conductora de electricidad 4&ienTo, 200M, p! 21D5!
F+*-+: Es un suministro de (olteje en serie con una resistencia 4o6lestad Y .ashelsT6,, 200?, p! /LL5! .ashelsT6
I)*+: Part*cula cargada elctricamente obtenida a partir de un =tomo o grupo de =tomos enla8ados u*micamente al aHadir o eliminar electrones 4>ammon Y Ebbing, 2009, p! LB5!
V)/-&; )/-&;+: +: %edida ue cuanti7ica la di7erencia de potencial elctrico, entendido como pres presión ión el elctr ctrica ica,, 7ue 7uer8a r8a ele electr ctromo omotri8 tri8 presió presiónn elctr elctrica ica gradie gradiente nte de potencial 6 di7erencia di7erencia de potenc potencial! ial! 4@arper, 20 200L, 0L, p! 1D5!
3. 3.2. 2.2. 2. M& M&''() T T+ +' '() () 4+#Z )+ + $E+ #E &#&$E.$+ $# $++'5 4E&CE + $E+ 3E + PE[-EEC$C+>#+C., E. #E C.&&$E, E+CC.E& #%C+&, #E &#CE3E E. & EEC$3& E$C5 El tratamiento de aguas residuales se lle(a a cabo en plantas de tratamiento las cuales son diseHadas de acuerdo a las caracter*sticas del (ertimiento entre las cuales la m=s importante resulta ser la carga contaminante ue es 7undamental para la selección del tratamiento 6 operaciones a implementar implementar!! En una P$+ P$+ se encuentran di(ersas unidades de ue garanti8an la remoción de contaminantes, 6 ue suelen clasi7icarse seg;n su 7inalidad, estos son el tratamiento preliminar, primario, secundario 6 terciario: El preliminar permite la remoción de sólidos de gran tamaHo, el primario, ue consiste en una serie de operaciones capaces de remo(er solidos suspendidos 6 sedimentables mediante procesos 7isicou*micos, el secundario consiste en procesos biológicos en los cuales se remue(en la ma6or proporción de carga org=nica e inorg=nic inorg=nica, a, por ;ltimo el terciario ue permite la remoci rem oción ón de contam contamina inante ntess inc incapa apaces ces de ser remo(i remo(idos dos pre(ia pre(iamen mente te 6 ue permitir*an en primera instancia el re;so del recurso 4$ 4$chobanoglous chobanoglous Y Crites, 20005!
Puntuali8ando, la presente in(estigación se basó en la operación unitaria de la coagulación 7isicou*mica perteneciente al tratamiento primario, la cual se basa
en la teo teor*a r*a de las 7ue 7uer8a r8ass int interm ermole olecul culare aress de repuls repulsión ión 6 atrac atracció ciónn en entre tre part*culas, planteada por 3erjaguin, andau, )erWe6 )erWe6 6 (erbee, llamada tambin teor*a 3), 3), 4E&$ 4E&$+ + 3EE &E &E $# $E+\+%P $E+\+%P+5 +5 ue se basa en el euilibrio entre 7uer8as opuestas de repulsión electrost=tica 6 atracción tipo )an der "aals 6 explica por u algunos coloides se aglomeran mientras ue otros no lo hacen 4Xo(al, et al!, 20005!
3.2.2. 3.2 .2.1. 1. C&' C&'&( &(-+' -+'99-(& (& + /& /& ,&' ,&'-9( -9(/& /& ()/ ()/) )&/+ &/+
Cada coloide tiene una carga elctrica ue suele ser de naturale8a negati(a, aunue tambin puede ser positi(a! Estas cargas producen 7uer8as de repulsión electrost=tica entre los coloides (ecinos! &i la carga es su7icientemente ele(ada los colo coloid ides es perm perman anec ecen en disc discre reto tos, s, disp disper erso soss 6 en su susp spen ensi sión ón!! edu educi cien endo do o eliminando estas cargas se obtiene el e7ecto opuesto 6 los coloides se aglomeran 6 sedimentan 4Xo(al, et al!, 20005!
Para la aplicación de lo anterior es necesario entender 4E)$ 4E)$+ + E&$& E&$& $P& 3E P+++& . E& +3EC#+35 el concepto de potencial 8eta, ue supone una
medida de la estabilidad de una part*cula e indica el potencial ue se reuiere para penetrar la capa de iones circundante en la part*cula para desestabili8arla 4Xo(al, 4Xo(al, et al!, 20005! 3icho proceso se da por la existencia del modelo de la doble capa, ue permite (isuali8ar la atmós7era iónica en la proximidad del coloide cargado explicando cómo act;an las 7uer8as elctricas de repulsión, (er la 7igura 2!
Figura 2. Capas de un coloide.
nicialmente en la solución, el coloide negati(o hace ue algunos iones positi(os 7ormen una r*gida capa ad6acente alrededor de la super7icie del coloide< esta capa de cont contra raio ione ness es cono conoci cida da como como la ca capa pa de &t &ter ern! n! t tro ross io ione ness po posi siti ti(o (oss adicionales son toda(*a atra*dos por el coloide negati(o, pero estos son ahora recha8ados por la capa de &tern! Este euilibrio din=mico resulta en la 7ormación de una capa di7usa de contraiones, stos tienen una alta concentración cerca de la super7icie, la cual disminu6e gradualmente con la distancia, hasta ue se logra un euilibrio con la concentración de los contraiones en el seno de la disolución 4Xo(al, et al!, 20005!
En 7orma similar, aunue opuesta, en la capa di7usa ha6 un d7icit de iones negati(os, llamados coiones pues tienen la misma carga ue el coloide! &u concentración se incrementa gradualmente al alejarse del coloide, mientras ue las 7uer8as repulsi(as del coloide son compensadas por los iones positi(os, hasta alcan8ar nue(amente el euilibrio!
3.2. .2.2. 2.22.
P))-++*(& *(&// Z+Z+-&&
#n punto de particular inters es el potencial donde se unen la capa di7usa 6 la de &tern! Este potencial es conocido como la potencial 8eta, el cual es importante porue puede ser medido de una manera mu6 simple, mientras ue la carga de la super7icie 6 su potencial no pueden medirse! a potencial 8eta puede ser una manera e7ecti(a de controlar el comportamiento del coloide puesto ue indica cambios en el potencial de la super7icie 6 en las 7uer8as de repulsión entre los coloides!
Figura 3 Potencial Z y superficial.
+hora bien, entendidas las 7uer8as ue act;an en el interior de un coloide se retoma la teor*a 3), en la cual la repulsión electrost=tica es importante cuando
los coloides se aproximan 6 la doble capa comien8a a inter7erir por lo ue se reuie re uiere re ene energ rg*a *a par paraa sob sobrep repas asar ar est estaa repuls repulsión ión 6 7or8a 7or8arr la unión unión entre entre las part*culas 4Xo(al, 4Xo(al, et al!, 2000 20005! 5!
3.2. .2.2. 2.33.
T+)' +)'9& D DL LVO
a teor*a 3) explica entonces la tendencia de los coloides a aglomerarse permanecer separados al combinar la atracción de )an der "aals 6 la cur(a de repulsión electrost=tica!
Para aglomerar dos part*culas ue (an a chocar, stas deben tener su7iciente energ*a cintica debido a su (elocidad 6 masa, como para pasar sobre la barrera de energ*a! &i la barrera desaparece, entonces la interacción neta es totalmente atracti(a 6 consecuentemente las part*culas se aglomeran 4X 4Xo(al, o(al, et al!, 20005!
Es posible alterar el entorno del coloide para aumentar o disminuir la barrera energtica! &e pueden utili8ar (arios mtodos para este propósito, tales como cambios en la atmós7era iónica, el p@ o agregando compuestos acti(os para a7ecta a7e ctarr dir direct ectame amente nte la car carga ga del col coloid oide, e, para para una poster posterior ior aglome aglomerac ración ión!! 4Xo(al, et al!, 20005!
3.2. 3.2.2. 2.4. 4. P+ P+' '> >) ) ++ !' !'0 0+* +*))
Es un l*uido incoloro con punto de ebullición a 1M0,2 KC, con una densidad relati(a de 1,LM gJm a 20 KC cu6a estabilidad a di7erentes temperaturas con di7erentes potenciales de hidrogeno 7ue estudiado por iang et! al! 420025 4citado por Ch=(e8 200/5, conclu6end conclu6endoo ue a p@ menores de 9 el peróxido es relati(amente estable en un inter(alo de temperatura de 10 KC a M0 KC para per*odos menores a 9/ horas, pero a p@ ma6ores a 9, existe una marcada descomposición descomposic ión a per*odos ma6ores a 9/ horas!
Cuadro 1 Límites de dominio del peróxido de hidrogeno hidrogeno en función del pH
Especies u*micas @] J @@22 J @2@- J @] @- J @@] J @22 @] J @2@- J @22 @- J @2
Potencial en 7unción del p@ p@ ^ D,00 p@ ^ 11,/? 11,/? E0 ^ -1,12M E0 ^ 0,D1D 0,0M91 p@ E0 ^ 1,DD/ 0,0BB/ p@ E0 ^ 2,119 0,11B1 p@ E0 ^ 1,?/2 - 0,029? p@ E0 ^ 1,D0/ - 0,0M91 p@
Fuente Pour!aix 1"#$ %citado por por Ch&'e( )**#+
Figura 4. ,iagrama de e-uili!rio electro-uímico para el H )) en agua
El cuadro 1 muestra los l*mites de dominio del @22 en 7unción del p@, 6 la 7igura L permite una interpretación m=s 7=cil de dichos l*mites!
3.2. .2.2. 2.55.
C)& )&0 0/& /&(( * *
En la actu actual alid idad ad lo ante anteri rior or se lle( lle(aa a ca cabo bo po porr un pr proc oces esoo de deno nomi mina nado do coagulación-7loculación, el cual es un proceso 7isicou*mico ue consiste en la aglutinación de part*culas contaminantes en peueHas masas con peso espec*7ico superior al del agua, denominadas 7locs! a coagulación tiene inicio en el instante en ue se agrega el coagulante al agua 6 dura 7racciones de segundo, la etapa siguiente se denomina 7loculación 6 durante sta las part*culas 6a desestabili8adas chocan entre ellas para aumentar su tamaHo 6 7a(orecer su posterior eliminación por sedimentación sedimentación 6Jo 7iltración 43omingue8 43omingue8,, et al!, 200B5!
3.2. 3.2.2. 2.6. 6. E/+( E/+(-' -')( )()& )&0 0/& /&( (* *
Como alternati(a a la coagulación u*mica, se ha usado la coagulación generada por la aplicación de corriente elctrica al agua residual! El paso de corriente elctrica a tra(s del medio acuoso causa la desestabili8ación de las part*culas ue se encuentran, bien sea emulsionadas, suspendidas o disueltas! + este proceso se le den denomi omina na ele electr ctroco ocoagu agulac lación ión 4u 4u*8, *8, 201 20125! 25! Cuando Cuando estas estas car carga gass se han neutrali8ado las 7uer8as ue mantienen las part*culas en suspensión desaparecen, permitiendo la 7ormación de agregados iniciando as* el proceso de coagulación7loculación de contaminantes 4u*8, et al!, 200D5
En el caso de la electrocoagulación a di7erencia de la clari7icación u*mica el coagulante es generado in-situ por la oxidación electrol*tica del =nodo, la cantidad de iones desprendidos de ste dependen de la carga elctrica ue se haga pasar por el mi mism smo, o, tal tal como como lo expl explic icaa la le6 le6 de Na Nara rada da66 4( 4(er er marc marcoo co conc ncep eptu tual al5! 5! 43omingue8, et al!, 200B5!
3.2.2. 3.2 .2.6.1 6.1.. R+& R+&(-) (-)'' + E/+(-' E/+(-')() )()&0 &0/&( /&(* *
#n reactor para la Electrocoagulación est= 7ormado por una celda electrol*tica, esta a su (e8 consta de =nodo 6 c=todo conectados a una 7uente (oltaica, los cuales con el paso de corriente elctrica aportan los iones desestabili8adores de part*culas coloidales, permitiendo la 7ormación in situ de coagulante, ue genera gen erar= r= com compue puesto stoss met=l met=lico icoss ue sup suplen len las 7un 7uncio ciones nes de los compue compuesto stoss u*micos ue se utili8an en el tratamiento con(encional con(encional 4NeCl?, +l24&?5?, entre otros5! El material de los electrodos (ar*a de acuerdo al tipo de sistema utili8ado,
bien pueden ser de hierro, aluminio, cobre, acero, o aleaciones de aluminio 6 magnesio 4%orante, 20025!
En la elec electr troc ocoa oagu gula laci ción ón se comb combin inan an lo loss e7 e7ec ecto toss de la pr prod oduc ucci ción ón,, po por r electrólisis de gases como hidrógeno 6 ox*geno 6 la producción de cationes tales como el Ne]] 6 el +l]]] por la oxidación de los =nodos de sacri7icio! os iones met=li met =licos cos pue pueden den reacci reacciona onarr con el @@-pro produc ducido ido en el c= c=tod todoo duran durante te la 7ormac 7or mación ión de @2, 7or 7orman mando do hidróx hidróxido idoss ue ad adsor sorbe benn los con contam tamina inante ntess 6 contribu6en a la coagulación 4u*8, et al!, 200D5!
Procesos -ue ocurren ocurren en la electrocoagulación electrocoagulación Figura 5.
#no de los mecanismos de la 7ormación de hidróxidos met=licos cuando se utili8an =nodos de hierro es 43omingue8, 4 3omingue8, et al!, 200B5:
F+?@ F+2B?&8@ B 2+
F+2B?&8@ B 2O!?&8@ F+?O!@2?@
ODO OD O
C TODO
2!2O?/@ B 2+ !2?0@ B 2O!?&8@
El hid hidróx róxido ido 7or 7ormad madoo rem remue( ue(ee los con contam tamina inante ntess pre presen sentes tes en el agua agua por 7ormación de complejos o atracción electrost=tica! os mecanismos de remoción en elec electroco trocoagula agulación ción inclu inclu6en: 6en: oxid oxidació ación, n, redu reducció cción, n, coagulac coagulación, ión, absorció absorción, n, adsorción, precipitación 6 7lotación 43omingue8, et al!, 200B5! os iones ue pro(een los electrodos desencadenan un proceso de eliminación de contaminantes ue se puede dar por dos (*as: la primera por reacciones u*micas 6 la segunda por procesos 7*sicos de asociación de coloides, ue dependiendo de su densidad pueden 7lotar o precipitar! 4u*8, 200M5
Es posible nombrar la electrocoagulación como tratamiento no con(encional para la alteración de los coloides, ue tambin resulta ser una tecnolog*a alternati(a con un porcentaje de remoción entre M0-99 para contaminantes disueltos, en 7orma emulsionada o no emulsionada 6 part*culas suspendidas, (alores ue se han reportado en la bibliogra7*a! 4u*8, et al!, 200D5!
u*8, et al! 4200D5 Exponen: Ula electrocoagulación si bien es una tecnolog*a ue aparece hace cien aHos aproximadamente, no se ha desarrollado una in(estigación sistem=tica ue pueda predecir el proceso desde su comportamiento u*mico, reacciones 6 mecanismos, ni pro(ea las herramientas su7icientes para el diseHo 6 operación de los reactoresV 4p!12B5!
3.3. !IPOTESIS &i aplicación del proceso de Peroxi - Electrocoagulación entonces se degradara las aguas residuales urbanas de la ciudad de Chota-Cajamarca Chota-CajamarcaFF
3.4. )++E&! )++E Proceso de Peroxi -Electrocoagulación
3%E.&.E& )oltaje p@ Concentraciónn de peróxido de Concentració
.3C+3 .&$#%E.$ (oltios )olt*metro 0 - 1L Potenciómetro mgJ
Pipeta
Espectro7otómetro
hidrogeno 3egradación de las aguas residuales
IV.
reducción de 3
MAR ARCO CO M ME ETODO DOL LOGIC OGICO O 4.1. DISE DISEO O D DE E CO CONTRA NTRAST STACIÓ ACIÓN N DE LA !IPO !IPOTESI TESIS S
a in(estigación in(estigación es de tipo cuantit cuantitati(a ati(a aplicad aplicadaa de ni(e ni(ell explicati explicati(o (o 6a ue busca busca (incular la problem=tica de las aguas residuales urbanas de la ciudad de Chota a tra(s del estudio de una alternati(a de solución e7ica8 teniendo a la ciencia b=sica como sustento 6 orientando tales conocimientos hacia un cambio social, mediante la ut util ili8 i8ac ació iónn 6 cons consec ecue uenc ncia iass pr=c pr=cti tica cas, s, de ta tall 7o 7orm rmaa u uee se lo logr gren en de 7o 7orm rmaa simult=nea conocimientos 6 cambio sociales a tra(s de una acti(a 6 democr=tica participación en la toma de decisiones! decisiones!
4.2. 4.2. PO PO#L #LAC ACIO ION N Y MU MUES ESTR TRA A
4.2. 4.2.1. 1. PO PO#L #LAC ACIO ION N a po pobl blac ació iónn es est= t= da dada da por por toda todass las las ag agua uass re resi sidu dual ales es u uee se ge gene nera rann en la lass acti(idades diarias de la población de Chota! &e desconoce los (ol;menes de agua
utili8ada, sin embargo, una estimación promedio es de LL?B0B0 ue se calculó con la cantidad de población de ?0 2B0 habitantes multiplicado por 1LL litros de agua residual ue es la generació generaciónn promedio por persona en la sierra seg;n la EN EN+!
4.2. .2.2. MU MUE EST STR RA as muestras de aguas residuales urbanas de Chota se obtendr=n por medio de la (isita en campo, haciendo uso de en(ases de material pl=stico color blanco, limpios 6 correctamente rotulados, tomadas directamente del punto de descarga cada 1M minutos durante una hora cuando el 7luido de descarga es abundante, luego se homogeni8a 6 se toma una muestra representati(a! El tamaHo de la muestra ser= obtenido con un ni(el de con7ian8a del 9M , donde:
O ^ (alor al ni(el de con7ian8a e ^ error . ^ población población p ^ probabilidad probabilidad a 7a(or ^ probabilidad en contra
+plicando la 7órmula siguiente para determinar el tamaHo de la muestra: n ^
O2 _ p _ _ .
. _ e2 ] O2 _ p _ &abiendo ue a un 9M de con7ian8a: O ^1!9/
4a5
e ^ 0!0M +dem=s: p ^ 0!9 ^ 0!1 . ^ L L?B 0B0 0B0 eempla8ando eempla8a ndo los (alores en la ecuación UaV se obtiene:
n ^ 1?B!2
uego el (olumen de agua residual urbana necesario por unidad experimental ser=:
nexperimental ^ 1?B!2JLM ^ ?!019 &e reuieren aproximadamente ?!019 litros de agua residual urbana por unidad experimental!
4.3. MA MATERI TERIALES ALES TEC TECNICA NICAS S E INS INSTRUME TRUMENTO NTOS S DE RECOLEC RECOLECCIÓN CIÓN DE DE DATOS.
MATERIALES EQUIPOS
0/ 7iolas M00m
12 (asos de precipitación 2M0 ml, 1000ml
0/ pipetas, 2ml, 10ml
02 buretas 2Mml, M0ml
0L soportes uni(ersales
01 espectro7otómetro
01 $ermoreactor
01 balan8a anal*tica
01 celda electrou*mica
01 cocina termomagntica
01 euipo de 3
01 euipo multiparamtrico
01 euipo regulador de (oltaje
Electrodos 4hierro 6 gra7ito5
REACTIVOS
/M (iales de an=lisis de 3
0!M de peróxido de hidrogeno al ?0 grado anal*tico 4@225
0!2M Sg @idróxido de sodio grado anal*tico 4.a@5
0!2M `cido sul7;rico grado anal*tico 4@2&L5
0!1 Sg de óxido de manganeso 4%n25
M g de eriocromo negro $
M g de anaranjado de metilo
M g %urexide
M g Nenol7taleina
M g de dicromato de potasio 4S2Cr2D5
Tabla Nº2 Técnicas e instrumentos de recolección de datos
VARIABLE
TIPO
PARÁETRO
!
$BO
!
$0O
!
$ure4a
!
Alcalinidad
!
!loruros
& + . + 2 1 # & E + # 3 & E 1 & + # > +
!
Acide4
!
):
!
conducti8idad
!
"olidos totales
!
O$
!
turbide4
! !
ORP
RE!#ENTO !OLONIA"
TE!NI!A Incubación en %rasco &ermético a2 2' ' (! )or )or * d+a d+ass en oscu oscuri rida dad, d, O.idac O.i dación ión re%lu1 re%lu1o o cer cerrad rado o con dicromato dicrom ato de )otasio )otasio en e.ceso en medio cido 3 con catali catali4ad 4ador or 5ue se determ determina ina %otométricamente a 62' nm, "e toma una muestra de *'mL 3 se adiciona indicador Ne7ro de Eric Ericro romo mo T 3 lue7 lue7o o se ti titu tula la &aci &acia a un 8i 8ira ra1e 1e de colo colorr a4ul a4ul cielo, "e toma una muestra de *'mL9 se a7re7a una solución bu%%er 3 se adiciona el indicador anaran1ado de metilo 3 lue7o se titu titula la &acia &acia un 8ir 8ira1 a1e e de colo color r ro1o salmón, "e toma una muestra de *'mL9 se adi adicion ciona a indica indicador dor cromat cromato o de )otasio 3 lue7o se titula &acia un 8ira1e de color ro1o ladrillo, "e toma una muestra de *'mL9 se adiciona indicador %enol% %en ol%tal tale+n e+na a 3 lue7o lue7o se tit titula ula &aci &acia a un 8i 8ira ra1e 1e de colo colorr ro1o ro1o 7rosella, $eterminación de la acti8idad de los iones &idro7eno )or medidas )otenciométricas "e toma oma un una a mues muestr tra a 3 se introduce el electrodo calibrado 3 mide directamente el resultado, "e toma oma un una a mues muestr tra a 3 se e8a)ora a se5uedad )or di%ere di%erenci ncia a de )eso )eso se obtien obtiene e los sólidos totales "e toma oma un una a mues muestr tra a 3 se introduce el electrodo calibrado 3 mide directamente el resultado, !om)ar !om )araci ación ón de la intens intensida idad d de la lu4 dis)ersada en condiciones de%inidas, "e toma una nuestra 3 se introduce el electrodo calibrado 3 mide directamente el resultado, "e toma una una mues muestr tra9 a9 se da condiciones de T(9 o.i7eno9 etc, )ara lue7o de la incubación se reali4a un recuento de unidades %ormadoras de colonias en un 7 o mL de muestra,
IN"TR#ENTO Bote Botellllas as -O. -O.ii to to)/ )/ Es)ectro%otómetro
Titulación
Titulación
Titulación
Titulación
):metro
ulti)aramétrico
Balan4a anal+tica ulti)aramétrico
Turbid+metro ulti)aramétrico
#;!
Fuente: elaboración propia C = cuantitativo
4.4. MT MTODOS ODOS Y PROCE PROCEDIMIE DIMIENTO NTOS S PRA LA RECOLECCI RECOLECCIÓN ÓN DE DA DATOS TOS..
Para la recolección de datos se reali8ó trabajo de campo para obtener las muestras de aguas residuales urbanas de la ciudad de Chota mediante muestreo al a8ar! &e toman medi me dici cion ones es de temp temper erat atur uraa in situ situ,, lueg luegoo la lass mues muestr tras as so sonn tr tran ansp spor orta tada dass al labora lab orator torio io de la #ni #ni(e (ersi rsidad dad .ac .acion ional al +ut +utóno ónoma ma de Chota Chota en condic condicion iones es de os oscu curi rida dad! d! &e e7ec e7ect; t;an an prue prueba bass inic inicia iale less de la labo bora rato torio rio pa para ra de dete term rmin inar ar la lass caracter*sticas 7isicou*micas 6 biológicas del agua residual urbana! #na (e8 puesto en marcha el proceso de Peroxi Electrocoagulación, se hacen las medici med icione oness corres correspon pondie diente ntess para para e(a e(alua luarr el compor comportam tamien iento to de la 3 a las di7erentes condiciones pre - establecidas mediante el diseHo de experimento ox ehnTen 4tabla ?5! os mtodos anal*ticos empleados son de tipos instrumentales, (olumtricos 6 gra(imtricos de acuerdo a los mtodos +P@+ 419925 para agua potable 6 aguas rresiduales, esiduales, luego de la optimi8ación del proceso Electro-Nenton se e7ect;an pruebas 7inales 6 los datos obtenidos son almacenados en una plantilla Excel para su posterior procesamiento!
$abla .K? %atri8 de experimentación para la aplicación del proceso de Peroxi Electrocoagulación mediante el diseHo de /ox /ehn0en Experimento
[1
[2
[?
1 2 ? L M / D B 9 10 11 12 1? 1L 1M
] 0 ] ] 0 0 0 0 0 0 0
] 0 0 ] 0 ] 0 0 0 0 ]
0 0 ] 0 0 0 ] ] 0 0 ]
Plan de Experimentación )oltaje 4)5 p@ @22 4mgJ5 M ? M 1 M 1 M ? 1 ? 1 ? ? ? ?
?!M ? ? ?!M ? 2!M 2!M ?!M ? 2!M ? 2!M ? ? ?!M
1D00 1D00 2MM0 1D00 BM0 1D00 1D00 BM0 2MM0 2MM0 BM0 BM0 1D00 1D00 2MM0
$abla .IL )ariables independientes, códigos 6 ni(eles utili8ados en el plan de experimentación!
)ariable #nidades independiente )oltaje )oltios p@ 0 - 1L @22 mgJ
Código de .i(eles 0 ] 1 ? M 2,M ? ?,M BM0 1D00 2MM0
&*mbolo [1 [2 [?
)++E 3E E&P#E&$+
3
4.5. ANAL ANALISIS ISIS ESTADIST ESTADISTICOS ICOS DE LOS DA DATOS TOS.. os datos de laboratorio ser=n almacenados 6 ordenados en plantillas de Excel para luego ser importados al &o7tWare &tatgraphics M!1 plus para la aplicación de la metodolog*a de super7icie de respuesta 4%&5, estad*stica descripti(a e in7erencial 6 as* determinar los (alores óptimos del proceso de Peroxi - Electrocoagulación, e7ectuando el contraste de hipótesis mediante la prueba N de Nisher 6 comparación de rangos m;ltiples mediante la di7erencia m*nima signi7icati(a!
V.
AS ASPE PECT CTOS OS AD ADMI MINI NIST STRA RATI TIVO VO
5.1 5.1
CRON CRONOG OGRA RAMA MA DE AC ACTI TIVI VIDA DADE DES S C.>+%+ 2019
$E%P& E.E
E$+P+& 1!-Elaboración del pro6ecto 2!- Presentación del Pro6ecto ?!- e(isión ibliogr=7ica L!- Elaboración de instrumentos M!- +plicación de instrumentos /!- $abulación de datos D!- Elaboración del in7orme B!- Presentación del in7orme! 9!- &ustentación
[ [ [
NE
%+
[ [
[ [ [ [ [
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+
%+X
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'#.
[ [ [
5.2
PE&#P#E&$
>+&$& PE&#P#E&$+& Partida 2!?!11!11 2!?!1M!1 2!?!1M!? 1 2!?!1 99!1 2 2!?!21!2 1 2!?!22!2 ? 2!?!22!L L 2!?!2D!L 2 2!?!2D!1 2
5.3
+limentos 6 bebidas para consumo humano
&oles 2M0
%ateriales 6 ;tiles de o7icina +seo limpie8a 6 rocador Productos u*micos Pasajes 6 gastos de transporte &er(icio de internet &er(icio de impresiones, encuadernado 6 empastado Procesamiento de datos +sesor*a pro7esional $$+
?00 M0 LM00 900 ?00 ?00 D00 1200 BM00
FINANCIAMIENTO! oss gast o gastos os ge gene nera rado doss para para la pres presen ente te in in(e (est stig igac ació iónn se ser= r=nn as asum umid idos os po porr el in(estigador!
VI. VI.
RE REFE FERE RENC NCIA IA #I #I#L #LIO IOGR GRÁF ÁFIC ICAS AS..
+E &!, +%+.->@+3% +!!, %O+'+. )! emo(al o7 Cr4)5 7rom polluted solutions b6 electrocoagulation: %odeling o7 experimental results using arti7icial neural netWorT! $abri8, $abri8, 2009! ran!
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Poland! +E + E+-3 +-3Z+O Z+O Ca Carlo rloss E!, #>#>-#> #> )iol ioleta eta,, XE# XE# r6 r6an! an! 4 re'ie2 of chemical5 electrochemical and !iological methods for a-ueous Cr%6+ reduction.
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C@+) C@+ )+P +P+$ +$ rat rathai, hai, .>"+.3E .>"+.3EE E %ane %aneerat! erat! ptim ptimi(ing i(ing electrocoa electrocoagulat gulation ion process for the treatment of !iodiesel 2aste2ater using response surface methodology. %ahasaraTham, 2009! $hailand!
E%+%' E%+ %'%E@ %E@ %oh %oham ammad mad!! %!, &) &)+S# +S#%+ %+ %uttuc %uttucuma umaru! ru! 3e'ie2 of pollutants remo'ed !y electrocoagulation and electrocoagulation9flotation processes. ahonar
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.EP @+SO%+.+ 'ean, >#C@ ouchaib, C@+N %ohammed, &$+ Electrocoagulation ulation Xous ousse se7, 7, )+ )+ Christ Christoph ophe, e, 3 3># ># Pat Patric ricT, T, .+'+ .+'+ 'a 'amal mal!! Electrocoag process in 2ater treatment 4 re'ie2 of electrocoagulation modeling approaches approaches !
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Edo! de %xico, 201B! %xico! )+E )+E 3a(id %anuel!
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