uso de ácidos minerales y de la filtración en el tratamiento del agua

USO DE ÁCIDOS MINERALES Y DE LA FILTRACIÓN EN EL TRATAMIENTO
DEL AGUA RESIDUAL DE UNA INDUSTRIA PRODUCTORA DE ACEITE DE
ORIGEN VEGETAL
Gabriela ARRIAGA TOLEDO, Alicia ORTIZ MORENO y Eliseo CRISTIANI
URBINA
Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional.
Prolongación de Carpio y Plan de Ayala s/n. Col. Plutarco Elías Calles. Delegación
Miguel Hidalgo. C.P. 11340. México, D.F. E-mail: ecristia@encb.ipn.mx
Palabras clave: medio filtrante, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico.
RESUMEN
En el presente trabajo se determinó el efecto de la adición de ácidos minerales y
de la filtración sobre la remoción de los contaminantes presentes en el agua
residual de una Industria productora de aceites vegetales. El efluente industrial se
caracterizó y se sometió a un tratamiento fisicoquímico, el cual consistió en ajustar
el pH del agua residual a distintos valores, utilizando para ello ácido sulfúrico o
ácido clorhídrico. Los sólidos precipitados fueron separados por filtración utilizando
como medio filtrante papel filtro de poro grueso empleado a nivel laboratorio. Se
observó que la mayor eficiencia de remoción de contaminantes (medida como
remoción de la demanda química de oxígeno) se obtenía cuando el agua residual
se ajustaba a un pH de 3.0. Posteriormente, al agua residual se le adicionó los
ácidos minerales hasta alcanzar este último valor de pH y se filtró a través del
papel filtro antes mencionado, así como a través de lona y papel utilizados a nivel
industrial. Las eficiencias de remoción de las demandas química (91.40 – 92.10%)
y bioquímica de oxígeno (91.80 – 95.50%) obtenidas con los dos ácidos minerales
y con los tres medios filtrantes fueron semejantes. Se logró recuperar del 91.40 al
98.50% del aceite inicialmente presente en el agua residual, lo cual podría ser de
utilidad para las Industrias ya que se incrementaría el rendimiento del proceso.
INTRODUCCIÓN
Durante los procesos de producción de aceites vegetales se generan aguas
residuales con una alta concentración de materia orgánica, por lo que estos
efluentes pueden ocasionar problemas severos de contaminación y de salud si no
son tratados adecuadamente. Las características fisicoquímicas y los volúmenes
de las aguas residuales producidas varían significativamente de una Industria a
otra, e incluso se presentan variaciones en las propiedades de los efluentes de
una misma Industria. Dichas variaciones se deben a las diferentes operaciones
unitarias y procesos químicos que se utilizan durante la extracción y refinación de
los aceites, así como a la diferente composición química de los vegetales (Institute
of Shortening and Edible Oils, 2002; Azbar y Yonar, 2004).
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Las aguas residuales de estas Industrias contienen cantidades variables de aceite
vegetal debido a que se presentan pérdidas de este material a lo largo de las
diferentes etapas del proceso de producción. Además, contienen diversas
sustancias químicas que se emplean durante la extracción y refinación del aceite
(tales como el hidróxido de sodio, carbonato de sodio, ácido fosfórico, ácido
sulfúrico y disolventes), así como para la limpieza y sanitización de los equipos
(World Bank Group, 1998).
Los aceites vegetales presentes en estas aguas son considerados contaminantes
peligrosos cuando se encuentran en ecosistemas acuáticos, ya que forman
películas (natas) sobre la superficie y se depositan en los bordes de los cuerpos
de agua, con lo que interfieren con los procesos naturales de oxigenación e
iluminación de éstos, además afectan el metabolismo de los organismos vivos y
causan finalmente la descomposición de los ecosistemas (El-Masry et al. 2004a;
Laws, 1993; Pereire, 2002).
Una de las consecuencias de las descargas de efluentes que contienen aceites
vegetales en los sistemas acuáticos es la gran pérdida de aves que ocasiona, ya
que los aceites tienden a cubrir sus plumas, destruyen su aislamiento térmico lo
que provoca su muerte por frío; también afectan su sistema de flotación y
movilidad, lo que las hace más vulnerables a los depredadores (Bucas y Saliot,
2002). La contaminación de los ambientes acuáticos con aceites vegetales
también afecta al resto de la fauna marina, tales como a los peces, crustáceos y
delfines, ya que si estos animales ingieren grandes cantidades de aceite pueden
morir de asfixia y/o por obstrucción en el tracto digestivo. También se ha reportado
que los derrames de aceite de cacao en ambientes marinos han provocado un
excesivo crecimiento de las algas verdes (Bucas y Saliot, 2002).
Los aceites, además, recubren las superficies con las que están en contacto,
causan iridiscencia y diversos problemas de operación y de mantenimiento de los
equipos e instalaciones de las Industrias y de las plantas de tratamiento de aguas
residuales, ya que bloquean las alcantarillas, bombas y sensores, por lo que se
incrementan los costos de mantenimiento (Romero, 1999; El-Masry et al. 2004a).
Por otro lado, como el aceite es flamable, se tiene el riesgo de explosiones
peligrosas (El-Masry et al. 2004b).
Con la finalidad de disminuir el problema de contaminación ocasionado por las
aguas residuales que contienen niveles elevados de aceite, es necesario
someterlas a algún proceso de depuración.
MATERIAL Y METODOS
El agua residual que se utilizó durante el desarrollo de este trabajo fue
proporcionado por una Industria productora de aceites vegetales. La planta
industrial se encuentra ubicada en el Estado de México, México.
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Las características físicas y químicas del agua residual fueron evaluadas conforme
a los procedimientos descritos en la Norma Oficial Mexicana (NOM-001-ECOL1996), y fueron las siguientes: grasas y aceites, materia flotante, sólidos totales,
sólidos sedimentables, sólidos suspendidos totales, demanda química de oxígeno
(DQO), demanda bioquímica de oxígeno evaluada a los 5 días (DBO5), nitrógeno
total y fósforo total.
Muestras del efluente industrial se sometieron a un tratamiento fisicoquímico, el
cual consistió en adicionar cantidades variables de ácido sulfúrico o de ácido
clorhídrico concentrado hasta obtener distintos valores de pH. Las muestras se
mantuvieron en reposo por periodos diferentes de tiempo a fin de permitir la
separación de las fases líquidas (oleosa y acuosa). Como esto no ocurrió, el agua
residual se filtró a través de papel filtro de poro grueso empleado a nivel
laboratorio, así como a través de papel y lona de uso industrial, previamente
colocados a peso constante,
Se determinó la demanda química de oxígeno (DQO) a los filtrados obtenidos a
los distintos valores de pH ensayados. Posteriormente, al agua residual ajustada
al pH en el que se obtuvo la máxima remoción de DQO, se le determinó la
concentración de DBO5, nitrógeno total, fósforo total, sólidos totales, así como de
grasas y aceites.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Cuando se adicionó alguno de los dos ácidos minerales (ácido clorhídrico o
sulfúrico), se observó que la turbiedad del agua residual se incrementaba, más no
se llevaba a cabo la separación de las fases líquidas (fase oleosa y acuosa), aun
cuando las muestras tratadas permanecieron en reposo durante largos periodos
de tiempo.
El incremento de la turbiedad del agua residual sugirió que el pH de la solución
podría tener alguna influencia en la separación de la materia orgánica e inorgánica
del agua residual, por lo que se ensayó su efecto. El agua residual se ajustó a
distintos valores de pH con alguno de los ácidos antes mencionados, se agitó y se
filtró a través de papel filtro de poro grueso. Como muestra control se utilizó agua
residual a la que no se le adicionó ácido (pH ≈ 12). Es conveniente mencionar que,
en experimentos previos, se demostró que no se logró el rompimiento de la
emulsión a ninguno de los valores de pH ensayados.
En la figura 1 se muestra el efecto del pH sobre la remoción de la demanda
química de oxígeno del agua residual (filtrado), cuando se utilizó ácido clorhídrico
y sulfúrico. Se observa que a medida que el pH del agua residual disminuyó, la
demanda química de oxígeno del filtrado se redujo considerablemente. Los niveles
más bajos de DQO se obtuvieron a valores bajos de pH, entre 1 y 4.0.
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Remoción de DQO
4000
DQO (mg/L)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
2
4
6
pH
8
10
12
DQO (H2SO4)
DQO (HCl)
Figura 1. Efecto del pH sobre la remoción de la demanda química de oxígeno del
agua residual (filtrado).
Debido a que los aceites tienden a cubrir las superficies con las que están en
contacto, se esperaba que parte del aceite vegetal presente en el agua residual
quedara retenido en la superficie y/o en la matriz del medio filtrante (papel filtro de
poro grueso). Por lo que, a continuación, se determinó la cantidad de grasas y
aceites retenido por éste. Estos experimentos se realizaron únicamente con las
muestras de agua residual sin tratar (pH de aproximadamente 12) y con aquellas a
las que se les ajustó el pH a 3.0, ya que a este último valor de pH se obtuvo la
mayor remoción de la demanda química de oxígeno. Los resultados mostraron
que el medio filtrante retenía aproximadamente el 91.40-96.60% del aceite
originalmente presente en el agua residual. Para determinar si esto sería factible
de llevarse a cabo a mayor escala, se consiguieron dos medios filtrantes de uso
industrial, papel y lona, los cuales son de bajo costo y se utilizan ampliamente en
procesos de filtración con filtros prensa de placas y marcos.
A continuación, al agua residual se le adicionó ácido clorhídrico o sulfúrico hasta
alcanzar un pH de 3.0 y posteriormente se filtró a través de los medios filtrantes de
uso a nivel industrial. A los filtrados se les determinó la demanda química y
bioquímica de oxígeno y al medio filtrante la cantidad de grasas y aceites
retenidos. En la tabla I se muestran las eficiencias de remoción de la demanda
química de oxígeno y de la demanda bioquímica de oxígeno, así como el
porcentaje de aceite retenido por los distintos medios filtrantes utilizados en este
trabajo. Se aprecia que los valores obtenidos con los medios filtrantes industriales
son semejantes a los alcanzados con el papel filtro de poro grueso utilizado a nivel
laboratorio. Las eficiencias de remoción de las demandas química y bioquímica de
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oxígeno fueron de 91.40 – 92.10% y de 91.80 – 95.50%, respectivamente, y la
cantidad de aceite recuperado en el medio filtrante fue del 91.40 – 98.50%. Esto
último podría ser de interés para las Industrias productoras de aceites vegetales,
ya que se incrementaría el rendimiento del producto de interés. Además, la lona
no fue afectada durante el proceso de extracción del aceite, por lo que podría ser
reutilizada en otros procesos de filtración, con lo que se disminuirían los costos de
operación.
Tabla I. Eficiencia de remoción de contaminantes y de recuperación de grasas y
aceites, cuando el agua residual se ajustó a un pH de 3.0 y se utilizaron distintos
medios filtrantes.
Medio filtrante
Papel filtro
Lona
Parámetro
de poro
industrial
Papel
industrial
grueso
Eficiencia de remoción (%)
HCl
H2SO4
HCl
H2SO4
HCl
H2SO4
ÁCIDO
91.40 91.50 92.10 91.40 91.50 91.50
DQO
DBO5
95.50 91.80 95.50 94.70 95.00 94.70
GyA
96.60 91.40 98.50 98.40 98.40 98.50
Las eficiencias de remoción de contaminantes que se lograron con el HCl y el
H2SO4 fueron muy semejantes, por lo que sería indistinto utilizar cualquiera de los
dos ácidos.
CONCLUSIONES
Las eficiencias de remoción de las demandas química (91.40 – 92.10%) y
bioquímica de oxígeno (91.80 – 95.50%) obtenidas con los dos ácidos minerales
(HCl y H2SO4) y con los tres medios filtrantes ensayados fueron muy similares, y la
cantidad de aceite recuperado en el medio filtrante (91.40 – 98.50%) podría ser
de utilidad para la industria.
Los niveles residuales de DQO, DBO5 y de grasas y aceites del agua tratada en
este trabajo son inferiores a los límites establecidos por las Normas Oficales
Mexicanas.
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REFERENCIAS
- Azbar, N. & Yonar, T. (2004). Comparative evaluation of laboratory and full-scale
treatment alternatives for the vegetable oil refining industry wastewater (VORW).
Process Biochemistry. 39: 869-875.
- Bucas, G. & Saliot, A. (2002). Sea transport of animal and vegetable oils and its
environmental consequences. Marine Pollution Bulletin 44:1388-1396.
- El-Masry, M.H, El-Bestawy, E. & El-Adl, N.I. (2004a). Bioremediation of vegetable
oil and grease from polluted wastewater using a sand biofilm system. World J.
Microbiol. Biotechnol. 20(6): 551-557.
- El-Masry, M.H., El-Bestawy, E. & El-Adl, N.I. (2004b). The potentiality of free
Gram-negative bacteria for removing oil and grease from contaminated industrial
effluents. World J. Microbiol. Biotechnol. En prensa.
- Institute of Shortening and Edible Oils, Inc. (2002). Treatment of wastewaters
from food oil processing plants in municipal facilities. pp. 1-18.
- Kemmer, N.F. & McCallion, J. (1989). Manual del agua. Su naturaleza,
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- Laws, A.E. (1993). Aquatic pollution. 2nd.edition. John Wiley & Sons, Inc. pp.
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- Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996. Que establece los límites
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- Pereire, M.G., Mudge, S.M. & Latchford, J. (2002). Consequences of linseed oil
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- Romero, R.J.A. (1999). Tratamiento de aguas residuales por lagunas de
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- World Bank Group. (1998). Vegetable Oil Processing. Pollution Prevention and
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