Alternativas de solución para el tratamiento de efluentes textiles

/Ø
MEXICO
ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN PARA EL
TRATAMIENTO DE EFLUENTES
TEXTILES
ESPECIALIDAD: Ingeniería Textil
Alejandra Alicia Peláez Cid
Doctora en Ciencias Químicas
Area de Fisicoquímica
31/Octubre/2013
Puebla, Pue., México

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES TEXTILES
CONTE NIDO
Resumen ejecutivo 3
CAPÍTULO
1 Introducción.... .............. . .............. . ............................. 4
2 Problemática en la industria textil........................8
3 Técnicas de tratamiento de efluentes textiles 12
4 Adsorción... .............. . ............... . ................................. 21
Conclusiones ................... . ..................... . ....... .. .... .... ..36
Referencias... ........... ......... ... ................................. .. ... 37
Bibliografía...... ..... . .... . ........................... . . ................... 39
Agradecimientos ........ . . ............................................. 40
Currículum vitae del candidato..............................41
ANEXOS
1 Abreviaturas ........ . ...................................................... 42
II Lista de tablas ....... . ..................................... . ............ .43
III Lista de figuras ........................ .. ....................... . ....... 44
L
Especialidad: Ingeniería Textil 2

RESUMEN EJECUTIVO.
En este trabajo se sugieren alternativas de solución en el tratamiento de
efluentes textiles que contienen colorantes. Después de definir los
parámetros generales que permiten cuantificar la calidad de las aguas
residuales, son descritas de manera breve, las diversas técnicas físicas y
químicas que pueden utilizarse para disminuir la coloración de las aguas
residuales procedentes de las empresas textiles, así como las ventajas y
desventajas de cada una de ellas en particular.
Posteriormente se hace énfasis en las ventajas que ofrece el proceso de
adsorción como técnica de tratamiento, proponiendo la utilización de
adsorbentes naturales de bajo costo. El carbón activado es el
adsorbente tradicionalmente utilizado en la eliminación de
contaminantes por lo que también se presenta la alternativa de su
preparación utilizando como precursores desechos vegetales ligno-
celulósicos. Se presentan resultados concretos de remoción de
colorantes, los cuales fueron obtenidos de la experimentación realizada
con efluentes textiles de empresas nacionales, utilizando tanto
adsorbentes naturales como carbones activados preparados a partir de
desechos vegetales abundantes en México.
Finalmente se muestra, cómo la combinación de dos técnicas de
tratamiento, como son la coagulación-floculación y la adsorción, pueden
mejorar sustancialmente la calidad de un efluente textil, al lograr
eliminar completamente el colorante presente y reducir su DQO hasta
un 93w/o. Estos resultados permiten sugerir que con la implementación
de la adsorción, como la principal técnica de tratamiento
económicamente viable, se obtiene la remoción del color en los
efluentes textiles para lograr construir circuitos cerrados de
aprovechamiento del agua, reduciendo costos y haciendo un uso
sustentable de este importante recurso natural.
PALABRAS CLAVE.
Colorantes textiles, Tratamiento de efluentes textiles, Adsorción,
Adsorbentes naturales, Carbón activado, Coagulación -Floculación,
Calidad del agua.
Especialidad; Ingeniería Textil 3

INTRODUCCIÓN
La industria textil tiene como objetivos: estudiar, planificar, desarrollar e
implementar técnicas que permitan mejorar la calidad y competitividad
de sus productos así como la productividad de todos sus procesos.
La realización de cada uno de sus procesos, ya sea hilatura, tejido,
confección, teflido o acabados, implica el consumo de diversos
materiales, agua y energía, así como la generación de residuos sólidos,
líquidos o gaseosos. Específicamente como resultado de las operaciones
de tefido se producen efluentes altamente coloridos, los cuales afectan
negativamente la vida acuática cuando son descargados a ríos y lagos
sin un tratamiento previo.
Como ingenieros consientes del deterioro ambiental, comprometidos con
la sustentabilidad de México, podemos agregar un nuevo objetivo a
nuestra práctica profesional. Este objetivo es proponer e implementar
soluciones eficaces y económicas, para el tratamiento de los efluentes
generados, las cuales disminuyan y resuelvan los problemas de
contaminación durante la operación de las fábricas textiles, sin que
impacten de manera negativa en los costos de producción.
La industria textil consume grandes volúmenes de agua, aproximada-
mente 100 L de agua por kg de tela tefida (R. Sivaraj, 2001), y
productos químicos para el acondicionamiento de los textiles mediante
los llamados procesos húmedos. Los reactivos químicos empleados son
muy diversos en cuanto a composición química, se utilizan agentes
tensoactivos, polímeros, así como compuestos inorgánicos y orgánicos,
sobresaliendo el uso de colorantes.
La presencia de colorantes aún a bajas concentraciones en los efluentes
es muy visible e indeseable. En las corrientes, el color afecta la
naturaleza del agua e inhibe la penetración de la luz solar reduciendo la
fotosíntesis. Existen comercialmente más de 100,000 colorantes (Ó.
Tunç, 2009) disponibles con una producción anual de más de 7x10 8 kg,
de los cuales la industria textil es la mayor consumidora con el SO% de
la producción mundial (A.A. Peláez Cid, 2008). Debido a su compleja
estructura química y origen sintético, los colorantes son resistentes a la
decoloración por exposición a la luz, al calor, al agua, a los detergentes
y a muchos productos químicos. Existen muchas variedades de
colorantes, según el Colour Index (CI) y en función de su forma de
EspeceIidad: Ingeniería Textil 4

aplicación, se clasifican como: Ácidos, básicos, directos, dispersos, con
brillo fluorescente, para piel, mordientes, pigmentos, reactivos,
solvente, azufrados y cuba.
Considerando la estructura química del grupo funcional responsable de
impartir color a la molécula de colorante (cromóforo), el CI los clasifica
en: Azo, azoicos, nitrosos, nitro, antraquinona, triarilmetano, metino,
azina, oxacina, indigo, ftalocianina, estilbeno, xanteno, acridina,
quinolina, tiazol y tintes de complejos metálicos. Hay muchas
variedades estructurales de colorantes que caen dentro de los tipos:
catiónico, aniónico y no iónico. Los colorantes catiónicos son los básicos.
Los colorantes directos, ácidos y reactivos tienen un carácter aniónico.
Los colorantes no jónicos son los colorantes dispersos porque no ionizan
en un medio acuoso.
El poliéster, la fibra sintética con mayor producción (45.3%) a nivel
mundial se tiñe regularmente con colorantes dispersos. El algodón, la
fibra natural más utilizada (35.7%) en la actualidad (Oerlikon Textile,
2010), puede ser teñida con colorantes directos, o cuba y reactivos para
lograr altas solideces. Según estas cifras, es de esperarse que las cuatro
clases de colorantes antes mencionadas se encuentren con más
frecuencia y en mayor cantidad en los efluentes textiles.
Los colorantes dispersos son moléculas no iónicas, con cromóforos azo y
antraquinona, insolubles en agua, se utilizan en fibras hidrófobas
(poliéster, poliamida, acetato o acrílico) como dispersiones acuosas
finas, a menudo se aplican a alta temperatura y presión. Los colorantes
directos azo y ftalocianina, son moléculas aniónicas solubles en agua, se
utilizan para algodón, rayón, papel, piel y nylon, se aplican en baños
neutros o ligeramente alcalinos que contienen electrólitos. Los
colorantes reactivos presentan grupos azo o antraquinona como
cromóforos además de grupos reactivos, como el vinilsulfonil o dicloro-
triazinil, éstos forman enlaces covalentes con la fibra de algodón bajo la
influencia del calor y un pH alcalino. Casi el 45% de todos los colorantes
textiles producidos anualmente pertenece a la clase reactiva como
consecuencia del uso intensivo de estos colorantes para el teñido de
celulosa y viscosa (Ó. Tun(;, 2009). Los colorantes cuba son insolubles
en agua, se aplican principalmente a las fibras celulósicas en su forma
leuco (incolora y soluble) después de su reducción en un baño alcalino
con hidrosulfito de sodio. Posterior al agotamiento sobre la fibra, las
formas leuco se reoxidan a las formas insolubles. Las principales clases
químicas de colorantes cuba son antraquinona e indigoide.
Especialiddd: Ingeniería Textil 5

Durante el proceso de teñido, cierta cantidad del colorante no es capaz
de interaccionar con el sustrato textil, permaneciendo en el baño de
tintura. El grado de fijación estimado de los colorantes dispersos en
poliéster es de 90-100%, para los directos en algodón de 75-90%, para
los cuba en fibras celulósicas de 8095% y para los colorantes reactivos
también en algodón de 50-90% (C. O'Neill, 1999). Estos valores nos
indican que siempre hay pérdidas de colorantes en los efluentes.
Claramente puede apreciarse que son los colorantes reactivos los que
pasan al ambiente en mayor proporción y que además han perdido su
capacidad de enlazar covalentemente con las fibras celulósicas al
encontrarse en su forma hidroxilada.
Muchos colorantes son inocuos y no tóxicos a las concentraciones
descargadas dentro de los cuerpos de agua receptores. Sin embargo, la
preocupación surge, porque una gran cantidad de colorantes se
sintetizan a partir de compuestos carcinogénicos o mutagénicos tales
como la bencidina y otros compuestos aromáticos, liberando al
degradarse en el ambiente estos compuestos tóxicos. En 1987 Weber y
Wolfe demostraron que los cromóforos azo y nitro se reducen en los
sedimentos. De manera similar en 1978 Chung et al. estudiaron la
reducción de colorantes en el ambiente intestinal de los peces, lo que
resulta en la formación de aminas tóxicas. Los colorantes
antraquinónicos son más resistentes a la degradación debido al
acoplamiento estructural de sus tres anillos aromáticos. También ha sido
demostrada la capacidad de bioacumulación de algunos colorantes
dispersos (T. Robinson, 2001).
A nivel mundial los gobiernos, mediante la promulgación de leyes y
normas sanitarias, realizan intentos para obligar a los productores a
minimizar los daños al ambiente, concientizar a la población y proteger
a los usuarios y consumidores sobre el impacto toxicológico de los
colorantes.
En un estudio de la ETAD más del 90% de los aproximadamente 4,000
colorantes probados presentaron valores LD50 (Dosis Letal) superiores a
2x10 3 mg/kg, encontrándose que los índices más altos de toxicidad los
presentaron los colorantes básicos y los diazo directos (T. Robinson,
2001).
La legislación de los gobiernos es cada vez más estricta, especialmente
en los países desarrollados, por lo cual las grandes empresas textiles
optan por establecer sus fábricas en países en vías de desarrollo, como
el nuestro, cuyas leyes son más laxas, generando serios y visibles
problemas de contaminación en los cuerpos de agua receptores.
Especialidad: Ingenieria Textil 6

El propósito de este trabajo es presentar las alternativas de solución
para el tratamiento de efluentes textiles que contienen colorantes, las
características de los métodos químicos y físicos, sus ventajas y
desventajas. Dando especial atención al proceso de adsorción, las
nuevas tendencias en la producción de adsorbentes y la combinación de
diferentes técnicas de tratamiento para el mejoramiento de la calidad
del agua.
vi

PROBLEMÁTICA EN LA INDUSTRIA TEXTIL
La industria textil al igual que otras industrias debe vencer numerosos
retos para lograr transformar las materias primas en productos útiles
para la sociedad. La problemática para lograr sus objetivos es muy
variada y depende de cada empresa en particular. Sin embargo
problemas comunes a todas las empresas son: el suministro de agua y
la disposición de los efluentes generados durante la producción.
No obstante que los sistemas aéreos, terrestres y acuáticos pueden ser
impactados negativamente por las actividades textiles, el mayor impacto
recae en el agua, debido a que los procesos de tefido utilizan grandes
volúmenes de agua y elevadas cantidades de colorantes y productos
químicos que sirven como auxiliares de tefido durante la coloración de
las telas y prendas por comercializar.
La calidad del agua puede evaluarse en términos de su temperatura, pH,
color, conductividad eléctrica, contenido de sólidos, DQO (demanda
química de oxígeno) y DBO (demanda bioquímica de oxígeno).
El aumento de temperatura disminuye la solubilidad de los gases,
como el oxígeno (02) y aumenta, en general, la de las sales. Aumenta la
velocidad de las reacciones y el metabolismo, acelerando la
putrefacción.
El potencial Hidrógeno (pH) mide la acidez o basicidad del medio
acuoso. El pH típicamente va de O a 14 en disolución acuosa, siendo
ácidas las disoluciones con pH menores a 7 y básicas las que tienen pH
mayores a 7. El pH igual a 7 indica la neutralidad de la disolución.
La conductividad eléctrica mide la cantidad de sales presentes en el
agua. La unidad de medida es el Siemens/cm (S.cm). Este parámetro
se puede reducir solamente mediante un sistema de filtración a través
de membranas semipermeables.
Los sólidos presentes en un agua pueden estar en suspensión o
disueltos. Específicamente en el caso de los efluentes textiles, los
colorantes del tipo ácido, básico, directo y reactivo se encuentran
disueltos y los colorantes dispersos y cuba en suspensión.
Por definición la DQO es la cantidad de oxígeno disuelto consumida por
un agua residual durante la oxidación por vía química provocada por un
Especialidad: Ingeri ¡ ería Textil 8

agente químico fuertemente oxidante. Es una medida de la cantidad de
materia orgánica presente en el agua, se mide en mg/L o ppm. La DQO
no mide toda la materia orgánica presente en el agua, sino sólo aquella
fracción que se puede oxidar mediante un potente agente oxidante,
como es el dicromato de potasio (K 2Cr207) en medio ácido. La DQO es la
medida de contaminación más utilizada, entre otros motivos, por su
rapidez de ejecución, aproximadamente 3 horas.
La 11911305 es la cantidad de 02 disuelto consumida por un agua residual
durante la oxidación por vía biológica de la materia orgánica
biodegradable presente en dicha agua residual, bajo las siguientes
condiciones de ensayo: 20 °C, presión atmosférica, oscuridad y muestra
diluida con agua pura manteniendo condiciones aerobias durante la
prueba, durante un período de cinco días. La DBO5 al igual que la DQO
es una medida de la cantidad de materia orgánica presente en el agua,
pero en este caso sólo aquella que es biodegradable.
Frecuentemente los cambios en los colorantes empleados en el proceso
de tefiido causan considerables variaciones en las características del
agua residual, particularmente el pH, color y la concentración de la
DQO.
En la tabla 1 se muestra la calidad de efluentes textiles conteniendo
diferentes tipos de colorantes, se observa que su calidad es muy
variable y esta depende en gran medida del tipo de colorante utilizado.
Tabla 1.
calidad del agua residual conteniendo diferentes tipos de colorantes.
Tipo de
T' '
H Conductividad Sólidos totales DQO
Colorante (ms/cm) (mg/L) (mg/L)
Verde Directo 50 9.2 54.8 50,330 652
Azul Directo 50 10.4 31.1 391 780 786
Azul Reactivo 40 11.5 46.9 301 290 3651
Rojo Reactivo 40 11.1 28.4 19,320 822
Gris cuba 40 11.9 13.5 11 1 140 3360
Negro Cuba 40 8.7 8.6 171 590 19740
Si se comparan algunos de los parámetros de los efluentes textiles con
las que fija la NORMA Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996, que
establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las
descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o
municipal. Por ejemplo el límite máximo permisible de la temperatura es
de 40 °C, el cual en algunos casos es rebasado. Con respecto al pH, que

según la tabla 1 oscila entre 11.9 y 8.7, también se rebasa, ya que la
norma establece que el intervalo permisible de pH en las descargas de
aguas residuales es de 10 y 5.5 unidades. La DQO debe encontrarse
entre 200 y 240 mg/L, según la NORMA Oficial Mexicana NOM-CCA-014-
ECOL/1993, que establece los límites máximos permisibles de
contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos
receptores provenientes de la industria textil y como se aprecia en la
tabla 1 estos valores de rebasan con mucho en los efluentes analizados.
Las características de las aguas residuales mostradas en la tabla 1
indican que es difícil tratar los efluentes textiles debido a su elevada
temperatura y alta coloración, además de que esta agua residual
contiene una gran cantidad de sólidos en suspensión, alta DQO y un pH
altamente fluctuante. Por lo tanto es una necesidad la eliminación de los
colorantes de tefido de las aguas residuales antes de que se mezclen
con los cuerpos de agua receptores.
En México el costo del m 3 de agua entubada varía de región en región y
depende de la facilidad para su extracción. Información reciente
(CONAGUA, 2013) indica que el costo de agua en México oscila entre
$3.00 y $18.50 por m 3 consumido, en promedio el costo es de
$10.75/m 3 . Considerando que una fábrica textil procesadora de algodón
consume mensualmente alrededor de 20,000 m 3 de agua, el gasto
mensual por este concepto es aproximadamente de $2 15,000.
Estas cifras nos hablan de la necesidad de implementar sistemas de
tratamiento eficientes, que permitan lograr una calidad del agua tratada
tal que, sea posible su reutilización en los procesos productivos. Si
además consideramos la disminución de los vertidos a los cuerpos de
agua receptores, el tratamiento del agua resulta preponderante para
asegurar la sustentabilidad del vital líquido.
Un gran número de tecnologías están disponibles con diversos grados de
éxito al controlar la contaminación del agua. Entre ellas tenemos:
procesos de oxidación avanzada, coagulación -floculación, flotación,
filtración, interca m bio jónico, extracción con disolventes, adsorción,
electrólisis, tratamiento biológico aerobio y anaerobio, reducción
microbiana y lodos activados. Sin embargo, la mayoría de ellos
requieren elevados costos de instalación, restringiendo su uso debido a
factores económicos y a que no todas estas técnicas son capaces de
remover eficientemente los colorantes. Por tal motivo debe darse
especial importancia a aquellas que han probado ser eficaces en la
reducción de la concentración de los colorantes.
Especial dad: Ingeniería Textil 10

TÉCNICAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES TEXTILES
Las técnicas que han demostrado ser útiles en el tratamiento de
efluentes que contienen colorantes son la oxidación, coagulación-
floculación, adsorción y la filtración con membranas.
En este capítulo se describirán brevemente los principales métodos,
físicos y químicos, de tratamiento de los efluentes textiles utilizados
para la remoción del color.
Cuando los efluentes textiles son tratados y dependiendo del tipo de
tratamiento utilizado, pueden ocurrir cualquiera de los siguientes
procesos: Eliminación, remoción, decoloración, degradación y
mineralización.
La eliminación es la desaparición o supresión total de los colorantes
presentes en el efluente.
La remoción consiste en la supresión parcial de los compuestos
colorantes disueltos en el agua residual.
La decoloración es simplemente la desaparición del color, pero no
necesariamente del colorante disuelto. La decoloración puede ocurrir
debido a la reducción química del colorante (forma leuco) o a cambios,
aún ligeros, en el pH de la solución colorante, como es el caso de la
fenolftaleína que a un pH de 8.2 es incolora y a uno de 8.4 presenta una
coloración rosa.
La degradación consiste en la ruptura del enlace del grupo cromóforo
de las moléculas de colorante, generando moléculas más pequeFas, las
cuales pueden ser más tóxicas que los colorantes mismos. Por ejemplo,
algunos colorantes reactivos conteniendo cromóforos azo, al degradarse
han probado que producen aminas carcinogénicas.
La mineralización es el proceso mediante el cual los colorantes
orgánicos se degradan hasta dióxido de carbono (CO2) y agua (H20).

Métodos químicos de tratamiento
. Procesos de oxidación
Este es el método más comúnmente utilizado para la degradación de los
efluentes textiles por medios químicos, lo cual se debe principalmente a
su simplicidad de aplicación. Con la oxidación química se remueve el
colorante contenido en el efluente por oxidación, lo que provoca la
ruptura de los grupos cromóforos de las moléculas de colorante. El
principal agente oxidante es el peróxido de hidrógeno (H202). Este
agente oxidante debe ser activado por algún medio, por ejemplo,
radiación ultravioleta (Uy). Los métodos de degradación química varían
en función de la forma en que se activa el 1-1 202 .
. Reactivo de Fenton (1-1202 - sales de Fe(7I)).
El reactivo de Fenton es un medio de tratamiento químico adecuado de
las aguas residuales que son resistentes al tratamiento biológico o son
tóxicas para la biomasa viva. La reacción del Fe 21 y H202 va a generar
radicales hidroxilo (H0) altamente reactivos, que a su vez van a
reaccionar a continuación por dos vías: la oxidación de Fe(II) a Fe(III)
(reacción secundaria) y el ataque a la materia orgánica (moléculas de
colorante) disuelta en el agua residual. Este método de oxidación ha
demostrado ser efectivo en la decoloración tanto de colorantes solubles
e insolubles. Su principal desventaja es la generación de lodos debido a
la floculación del reactivo y las moléculas de colorante. El lodo en que se
han concentrado las impurezas requiere disposición. Regularmente se
incinera para producir energía, pero dicha disposición es vista como no
amigable con el ambiente. El rendimiento depende de la formación final
de los flocs y su capacidad de sedimentación, sin embargo los colorantes
catiónicos no coagulan en absoluto. Los colorantes ácidos, directos,
cuba, mordientes y reactivos generalmente si coagulan, pero los flocs
resultantes son de mala calidad y no se unen entre sí, obteniéndose
resultados mediocres.
. Ozonización
El ozono (0 3) fue utilizado por primera vez en la década de los 70's y es
considerado un buen agente oxidante debido a su alto potencial de
oxidación en comparación con el cloro (CI), otro agente oxidante o con
el H202. La oxidación con 03 es capaz de degradar fenoles, pesticidas e
hidrocarburos dorados y aromáticos. La dosis aplicada al efluente que
contiene colorante depende del color total y de la DQO residual para ser
eliminada y no deja residuos o formación lodos y no hay metabolitos

tóxicos. La ozonización deja el efluente sin color y con una baja DQO,
adecuada para su descarga en los cursos de agua ambientales.
La ventaja más importante es que el 03 puede aplicarse en su estado
gaseoso y por lo tanto no se incrementan ni el volumen ni los lodos de
las aguas residuales.
Este método muestra preferencia por las moléculas de colorante con
grupos cromóforos, los cuales son por lo general grupos funcionales
orgánicos con dobles enlaces conjugados que puede romperse formando
moléculas más pequeñas, lo que resulta en una reducción de coloración.
Estas moléculas más pequeñas pueden convertirse en sustancias
cancerígenas con propiedades tóxicas, por lo que la ozonización puede
utilizarse en conjunto con algún método físico para evitar esto. La
decoloración se produce en un tiempo relativamente corto.
Una desventaja de la ozonización es su corto tiempo de vida media,
siendo típicamente de 20 mm. Este tiempo puede acortarse aún más
con la presencia de los colorantes y su estabilidad puede afectarse por la
presencia de sales, el pH y la temperatura. En condiciones alcalinas la
descomposición del ozono se acelera, por lo que se requiere un
monitoreo cuidadoso del pH del efluente. Uno de los principales
inconvenientes de la ozonización es el costo, ya que es necesaria una
continua ozonización debido a su corto tiempo de vida media.
• Degradación fotoquímica
Este método degrada completamente las moléculas de colorante a CO2 y
H20 (mineralización) por tratamiento con radiación UV en presencia de
1-1202 . La degradación es causada por la producción de altas
concentraciones de radicales hidroxilo. La luz UV se puede utilizar para
activar productos químicos, tales como H202 y la tasa de eliminación de
los colorantes se ve influenciada por la intensidad de la radiación UV, el
pH, la estructura del colorante y la composición de baño de tintura. Este
método puede realizarse ya sea en sistemas continuos y discontinuos.
Dependiendo de los materiales iniciales y el grado del tratamiento de
decoloración, pueden producirse subproductos adicionales, tales como,
halogenuros, metales, ácidos orgánicos e inorgánicos y aldehídos.
Las ventajas del tratamiento fotoquímico de los efluentes que contienen
colorantes, son que no se producen lodos y los olores se reducen en
gran medida.
La radiación Uy activa la destrucción de H202 en dos radicales hidroxilo:
Especial ¡dad: Ingeniería Textil 13

H202 + hv—. 201-1
Esto causa la oxidación química del material orgánico.
. Tratamiento con hipoclorito de sodio (NaC1O)
Con este método y por medio del cloro (Cfl, se atacan los grupos
amino de las moléculas de colorante, el Cl inicia y acelera el
rompimiento de los enlaces azo. Un aumento en la decoloración se logra
con el aumento de la concentración de cloro. El uso del NaCIO para la
eliminación de colorantes es cada vez menos frecuente debido a los
efectos negativos que tiene al ser liberado al medio acuático y a la
liberación de aminas aromáticas cancerígenas u otras moléculas tóxicas.
e . Tratamiento electroquímico
Esta es una de las técnicas más recientes, fue desarrollada a mediados
de los 90's. La aplicación de una corriente eléctrica (2 - 20 A) entre dos
electrodos en agua produce reacciones químicas que generan radicales
H0 que oxidarán la materia orgánica. Tiene algunas ventajas
significativas para su uso como un método efectivo para la eliminación
de colorantes. No hay consumo de productos químicos y no hay
acumulación de lodos. El rompimiento de los metabolitos no generan
compuestos peligrosos, por esta razón las aguas residuales tratadas
pueden liberarse en los cursos de agua. Muestra una eficiente y
económica remoción de los colorantes y degradación de contaminantes
tóxicos, aunque velocidades de flujo altas provocan una disminución en
la eliminación de los colorantes. El costo de la electricidad utilizada es
comparable al precio de algunos de los reactivos químicos oxidantes.
o Coagulación
Los compuestos que pueden estar presentes en un agua residual textil
pueden ser: sólidos en suspensión (fibras), partículas coloidales
(colorantes) y sustancias disueltas (sales inorgánicas).
La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales
causada por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el
cual, al neutralizar sus cargas electrostáticas, hace que las partículas
tiendan a unirse entre sí formando coágulos o flóculos. Los factores que
pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de
velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son
importantes ya que incrementan la probabilidad de que las partículas se
unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de
la gravedad, y así sedimenten. Por otra parte el pH es un factor
Especialidad: Ingeniería Textil
14

prominente en la acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes
y floculantes.
Un coloide se puede definir como una partícula que se mantiene en
suspensión debido a su tamaño extremadamente pequeño (1 a 200
nm), a su estado de hidratación y su carga eléctrica superficial (carga
neta negativa). Una suspensión coloidal o dispersión coloidal es un
sistema fisicoquímico compuesto por dos fases: una continua,
normalmente fluida (agua), y otra dispersa en forma de partículas
(colorantes), así, se trata de partículas que no son apreciables a simple
vista, pero mucho más grandes que cualquier molécula.
Los agentes coagulantes más comunes utilizados en la depuración de las
aguas residuales se presentan en la tabla 2, actualmente también se
utilizan agentes coagulantes poliméricos, los cuales aunque son más
costosos dan mejores resultados ya que producen flóculos más grandes
que sedimentan rápidamente.
Agentes coagulantes usados en el tratamiento del aaua residual.
Agente coagulante Fórmula
Sulfato de aluminio o alumbre Al
4
(SO )
2 3
Sulfatos férrico Fe (SO )
Sulfato ferroso o caparrosa verde FeSO4
Cloruro férrico FeCI3
Aluminato de sodio NaA1O2 2 4
Óxido de calcio o cal viva CaO
Hidróxido de calcio o cal apagada Ca(OH)2
L Policloruro de aluminio o PAC Al (OH) Cl
n m (3n-m)
Clorhidrato de aluminio o Clurón AI20(OH)5
La coagulación es un método efectivo para la re moción de colorantes
directos y cuba de las aguas residuales, desafortunadamente, los
resultados son pobres para el tratamiento de los colorantes ácidos. La
coagulación es una alternativa viable en el tratamiento de los efluentes
textiles ya que los agentes coagulantes son reactivos relativamente
económicos, con excepción de los agentes poliméricos. La desventaja
que presenta este método de tratamiento es la generación de lodos y su
disposición.
Especiiidd: Ingeniería TexNI 15

La prueba de jarras es un procedimiento que se utiliza regularmente en
los laboratorios para simular los procesos de coagulación y floculación
que promueven la remoción de los colorantes en suspensión. Con este
método se determinan las condiciones de operación óptimas para el
tratamiento de los efluentes textiles. La prueba de jarras permite ajustar
el pH, hacer variaciones en las dosis de agentes coagulantes y
floculantes que se agregan a las muestras de agua por tratar, alternar
velocidades de mezclado y recrear a pequeña escala lo que se podría
tener en una planta de tratamiento.

Métodos físicos de tratamiento
• Floculación
La floculación es un proceso físico mediante el cual, con la adición de
sustancias denominadas floculantes, se aglutina las sustancias coloidales
desestabilizadas presentes en el agua, facilitando de esta forma su
sedimentación para posteriormente separarse del agua por decantación
o filtración.
La floculación tiene relación con los fenómenos de transporte dentro del
líquido para que las partículas hagan contacto. Esto implica la formación
de puentes químicos entre partículas de modo que se forme una malla
de coágulos, la cual es tridimensional y porosa. Así se forma mediante el
crecimiento de partículas coaguladas, un floc suficientemente grande y
pesado como para sedimentar. La floculación se ve favorecida por la
agitación moderada del agua, por medio de paletas a baja velocidad. Si
la agitación es demasiado rápida los flóculos se rompen, por tal motivo,
debe de controlarse la velocidad dentro de un rango en el que puedan
formarse los flóculos grandes para que sedimenten.
El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso
muchas veces se habla de los procesos de coagulación-floculación.
Ambos facilitan la remoción de las sustancias en suspensión y de las
partículas coloidales.
Los floculantes pueden ser polielectrolitos sintéticos orgánicos con
cadenas ramificadas o lineales, como las poliacrilamidas catiónicas,
aniónicas o anfóteras o copolímeros de acrilamida -acrilato de sodio y
compuestos inorgánicos naturales como la bentonita y sílice activada.
• Filtración con membranas
Este método tiene la capacidad de aclarar, concentrar y sobre todo
separar los colorantes presentes en el efluente de manera continua.
Tiene algunas características especiales sin igual con respecto a otros
métodos; resistencia a temperaturas altas, al ambiente químico adverso
y al ataque microbiano. Las desventajas de la filtración son: el alto costo
de las membranas, la disposición del residuo concentrado que queda
después de la separación, la posibilidad de obstrucción y el reemplazo
de las membranas. Este método de filtración es apropiado para el
reciclaje del agua dentro de una planta textil de teí9ido si el efluente
contiene baja concentración de colorantes.

• Intercambio jónico
El intercambio iónico no ha sido utilizado ampliamente para el
tratamiento de efluentes que contienen colorantes, debido
principalmente al hecho de mediante los intercambiadores jónicos no se
pueden tratar la amplia gama de colorantes existentes. Las aguas
residuales pasan a través de la resma de intercambio iónico hasta que
los sitios de intercambio disponibles están saturados. Tanto los
colorantes catiónicos como aniónicos pueden ser removidos del efluente
que los contiene de esta manera. Las ventajas de este método incluyen
la pérdida nula de adsorbente durante la regeneración, la regeneración
del disolvente después de su uso y la remoción de colorantes jónicos
solubles. La principal desventaja es su costo. Los disolventes orgánicos
son caros y el método de intercambio iónico no es muy efectivo para los
colorantes dispersos.
• Adsorción
El proceso de adsorción ha ganado terreno dentro de las técnicas de
tratamiento de los efluentes textiles debido a su eficiencia en la
eliminación de colorantes demasiado estables para los métodos
convencionales. Mediante la adsorción se genera un efluente de alta
calidad y puede ser un proceso económicamente factible. La remoción
de los colorantes está influenciada por muchos factores, tanto físicos
como químicos, tales como, el tipo de colorante, su interacción con el
adsorbente, el tamaño de partícula y la superficie específica del
absorbente, la temperatura, pH y tiempo de contacto. El adsorbente que
ha probado una alta eficiencia en la eliminación de los colorantes
presentes en los efluentes textiles es el carbón activado, pero tiene el
inconveniente de su costo.
Métodos biológicos de tratamiento
Anteriormente los sistemas biológicos municipales eran utilizados para el
tratamiento de los efluentes textiles que contenían colorantes, pero
resultaban inefectivos debido a la naturaleza xenobiótica, cancerígena y
tóxica de muchos colorantes sintéticos. Además muchos efluentes
textiles presentan valores elevados de temperatura, pH, conductividad y
DQO, ofreciendo considerable resistencia a la biodegradación. Tales
motivos hacen que los métodos biológicos no sean eficientes en la
re moción de los colorantes y no se consideraran en este trabajo.
En la tabla 3 se presenta un breve resumen de las ventajas y
desventajas de los métodos físicos y químicos para el tratamiento de los
efluentes textiles anteriormente descritos.

Tabla 3.
Ventajas y desventajas de los métodos comunes para la re moción de
colorantes en efluentes textiles.
Métodos
Químicos
Ventajas Desventajas
Oxidación con Decoloración efectiva de
reactivo de colorantes solubles e
Fenton insolubles
Aplicado en fase gaseosa:
Ozonización no hay incremento del
volumen, ni de lodos
Degradación No hay producción de
Fotoquímica lodos
Inicia y acelera el
Tratamiento con rompimiento de los enlaces
NaOCI
azo
Rompimiento de
Tratamiento
compuestos que no son
Electroquímico
peligrosos
Coagulación Económicamente viable
Disposición de los lodos
generados
Tiempo de vida media
corto (20 mm)
Formación de
subproductos
Liberación de aminas
aromáticas
Alto costo de la
electricidad
Generación de lodos
Métodos
Físicos
Ventajas Desventajas
Floculación
Velocidad de
sedimentación alta
Filtración en Remueve todo tipo de
Membranas colorantes
Intercambio Durante la regeneración no
lónico hay pérdida de adsorbente
Adsorción con
Buena eliminación de una
carbón activado
amplia variedad de
colorantes
Alta producción de lodos
Producción de lodo
concentrado
No es efectivo para
todos los colorantes
Costoso
Espedal ¡dad: Ingeniería Textil 19

Aunque estos métodos pueden tener cierta eficiencia en la remoción de
colorantes directos, reactivos, cuba y dispersos, sus costos de
instalación y operacionales pueden ser tan altos que constituyen un
freno para su implementación en las empresas de teñido.
Entre las diversas técnicas de tratamiento del agua residual disponibles,
el proceso adsorción se considera mejor debido a su bajo costo, facilidad
de operación, simplicidad de diseño, alta eficiencia, biodegradabilidad y
capacidad para concentrar los colorantes. Además, con este proceso se
pueden eliminar no sólo los diferentes tipos de colorantes presentes en
agua residual, también es posible remover otras sustancias presentes en
ella y por lo tanto tiene una amplia aceptación en el control de la
contaminación de los efluentes textiles.

ADSORCIÓN
Se llama adsorción al fenómeno de acumulación de partículas sobre una
superficie. Es un proceso por el cual moléculas, átomos o iones son
atrapados o retenidos en la superficie de un material. La sustancia que
se adsorbe es el adsorbato y el material sobre el cual lo hace es el
adsorbente o sustrato. El proceso inverso de la adsorción es la
desorción.
Dependiendo a las fuerzas de interacción entre las moléculas adsorbato
y el adsorbente, se acepta la existencia de dos tipos fundamentales de
adsorción. En la adsorción física o fisisorción se produce una interacción
de Van der Waals, se trata de una interacción de largo alcance pero
débil, por lo que una molécula fisisorbida mantiene su identidad. La
adsorción física siempre es reversible, estableciéndose el equilibrio:
adsorción-desorción. En la adsorción química o quimisorción el
adsorbato se une a la superficie del adsorbente formando un enlace
químico (normalmente covalente), durante la quimisorción la superficie
del adsorbente se modifica, dando lugar a un nuevo adsorbente.
Regularmente en los procesos de tratamiento de las aguas residuales
ocurre la fisisorción, que permite la regeneración del adsorbente para
que recupere sus capacidades adsorptivas.
La adsorción puede describirse cuantitativamente empleando las
ecuaciones de las isotermas de adsorción. A temperatura constante, la
cantidad adsorbida aumenta con la concentración del adsorbato y la
relación entre la cantidad adsorbida (a) y la concentración (Ceq) de la
disolución en el equilibrio, se conoce como isoterma de adsorción. Sólo a
concentraciones muy bajas a es directamente proporcional a Ceq.
La isoterma más simple se puede representar por la ecuación: a = K Ceq
Las ecuaciones de las isotermas de adsorción más comunes son:
• Henry
• Langmuir
• Freundlich
• BET (Brunauer, Emmett, Teller)

La adsorción es uno de los métodos físicos más efectivos para la
remoción del color y el tratamiento de los efluentes textiles, tiene la
ventaja de que las moléculas de colorante son removidas del agua
residual, en lugar de que sean rotas o degradadas a otros compuestos
tal vez más peligrosos que los colorantes mismos. Con este método
existe además la opción de recuperación de los colorantes en forma
concentrada por desorción.
El carbón activado es uno de los materiales adsorbentes convencional-
mente utilizado en el tratamiento de los efluentes textiles por su alta
capacidad de adsorción de la materia orgánica, pero, debido a su costo y
las dificultades de su regeneración no es usado a gran escala,
especialmente en las empresas en donde la cuestión económica es una
limitante para el tratamiento de los efluentes.
Por lo tanto, hay una creciente necesidad de encontrar adsorbentes de
bajo costo, renovables y disponibles localmente para la remoción de los
colorantes.
Numerosos investigadores de diferentes países han propuesto la
utilización tanto de residuos vegetales e industriales como adsorbentes
para el tratamiento de los efluentes textiles que contienen colorantes.
Muchos de los adsorbentes propuestos no reciben ningún tratamiento
químico para su utilización en la remoción del color. Otros reciben un
tratamiento de activación que les permite mejorar sus capacidades
adsorptivas para determinado tipo de colorantes.
En la tabla 4 se presentan algunos de los residuos vegetales propuestos
a nivel mundial para la remoción de colorantes textiles del tipo ácido,
básico, directo y reactivo.
Muchos de los residuos estudiados son altamente eficientes en la
remoción del color. Con los adsorbentes activados HOMAP y POMAP,
preparados a partir de olote se logró la remoción casi completa del
colorante Azul Básico 41 cuando se encontraba en solución acuosa (M.P.
Elizalde-González, 2003). La cáscara de cacahuate en polvo sin
tratamiento, logró remover eficazmente tres colorantes ácidos en
solución acuosa con un pH de 2 (R. Gong, 2005). Tanto la pulpa de
manzana como la paja de trigo fueron adecuados para la remoción de
cinco colorantes reactivos (T. Robinson, 2002). Si se compara la
capacidad de adsorción de los adsorbentes naturales con la del carbón
activado, estás en muchos casos son semejantes, especialmente para
los colorantes básicos, esto se debe a que todos los vegetales están
compuestos, en mayor o menor proporción, de celulosa y esta presenta
un carácter aniónico debido a la presencia de los tres grupos hidroxilo

presentes en cada uno de los monómeros de glucosa que constituyen el
polímero de celulosa.
Tabla 4.
Residuos naturales utilizados como adsorbentes para la re moción de
colorantes textiles.
Residuo Tipos de colorantes* País Año
Aserrín Al D Egipto 1987
Bagazo de caFia de azúcar R Brasil 2011
Cactus Al B México 1997
Cáscara de tuna B, D México 2013
Cáscara de coco activada Al B, R México 2003
Cáscara de plátano Al B, D Taiwán 2002
Cáscara de cebada R UK, USA 2002
Cáscara de cacahuate A China 2005
A India 2001
Cáscara de naranja A, B, D Taiwán 2002
D Irán 2005
Corteza de eucalipto R Portugal 1999
Hojas de elote Al B, R México 2005
Olote activado Al B, R México 2003
Olote
Al B, R México 2006
Al B Egipto 1990
Paja de trigo R UK 2002
Pasta de linaza B UK 1997
Pulpa de manzana R UK 2002
Racimos de fruto de palma B Egipto 1997
Semilla de guayaba A México 2007
Semilla de mango A México 2008
Semilla de naranja A México 2009
Semilla de aguacate Al B, R México 2007
Tallos de girasol B,D USA 1997
Tallos de brócoli Al B, D, R México 2013
Tallos y cáscara de algodón R Turquía 2009
* A-ácidos, B-básicos, D-directos y R-reactivos
Una ventaja que presentan los adsorbentes naturales con respecto del
AC, es que el carbón al ser un material costoso, debe regenerarse para
que recupere sus propiedades adsorptivas, mientras que los
adsorbentes naturales son preparados a partir de residuos y no
necesitan regenerarse, una vez que en su superficie se han concentrado
los contaminantes, estos pueden secarse y desecharse o confinarse. Su
desventaja es que requieren de tiempos de contacto mayores.

Carbón activado (AC)
El carbón activado es un excelente adsorbente que se produce de tal
forma que presenta una alta superficie específica y elevada porosidad.
Estas características, junto con la naturaleza química de su superficie (la
cual depende del material precursor y del tipo de activación utilizada
durante su preparación) le permiten atraer y retener superficialmente
ciertos compuestos de una manera preferencial. El carbón activado es
uno de los adsorbentes más utilizados en el proceso de eliminación de
los contaminantes industriales, compuestos orgánicos, metales pesados,
herbicidas y colorantes, entre muchos otros compuestos tóxicos.
La producción mundial de AC en el aFio 2000 fue de 4x10 8 kg y para
2005 se duplicó, con un rendimiento en su producción de entre 33 y
40%. Industrialmente, el AC se prepara por medio de pirólisis oxidativa
a partir de maderas blanda y dura, turba, carbón mineral (lignito y
antracita), huesos de animales, cáscara de coco y bambú.
Existen dos tipos de activación del carbón: física o térmica y química.
Durante la activación física, la materia prima como tal o previamente
carbonizado puede someterse a gasificación con vapor de agua (H20(v)),
dióxido de carbono (CO2) o los mismos gases de combustión producidos
durante la carbonización. La activación química consiste en la
impregnación de la materia prima lignocelulásica o carbonosa con
reactivos químicos como los que se listan en la tabla S.
Tabla S.
Agentes activantes utilizados en la rerDaración de AC.
Agente activante Fórmula
Cloruro de zinc ZnCl2
Ácido fosfórico H3PO4
Ácido nítrico HNO3
Ácido sulfúrico H2SO4
Hidróxido de sodio o sosa caústica NaOH
Hidróxido de potasio o potasa KOH
Carbonato de potasio K2CO3
A continuación se carboniza, controlando la velocidad de calentamiento
y finalmente se lava el carbón para eliminar el agente activante. La
aplicación de una corriente gaseosa ya sea de aire (02 y N2), nitrógeno
(N2) o argán (Ar) es una práctica común durante la carbonización, ya
que genera un mejor desarrollo de la porosidad del material.
Especial dad: Ingen ¡ ería Textil 24

El carbón activado comercial, dependiendo de su aplicación se produce
como polvo (PAC), gránulos (GAC) o fibras (FAC). Puede presentar
superficies específicas de BET entre 500 y hasta 2500 m21g o más. Los
volúmenes de macro, meso y microporos del carbón activado se
encuentran entre 0.5 y 2.5 cm 31g.
La capacidad de adsorción del carbón activado es muy grande, debido a
su alta superficie específica originada por la porosidad. Además, en
función del tipo de activación utilizada durante su preparación, puede
presentar numerosos grupos funcionales superficiales, que favorecen las
interacciones específicas.
El carbón activado es considerado comúnmente un material costoso
debido a los tratamientos físicos y químicos a los que es sometido, su
bajo rendimiento, el alto consumo de energía durante su preparación o
los tratamientos térmicos o de lavado utilizados para su regeneración y
las pérdidas que esta conlleva. Sin embargo, si se considera su alta
capacidad de adsorción en comparación con la de otros adsorbentes, el
costo de producción resulta no ser tan elevado. La búsqueda del
mecanismo más adecuado de carbonización es un factor importante
para la reducción del costo de producción.
Teniendo como objetivo disminuir el costo de producción del carbón
activado, las investigaciones contemporáneas están tomando un giro
hacia la utilización de desechos vegetales lignocelulósicos o industriales
para ser utilizados como materia prima y de esta manera reducir los
costos de producción. Además, el uso de estos precursores reduce la
generación de residuos sólidos, tanto en zonas rurales como urbanas y
la tala de árboles, utilizados tradicionalmente para producir el carbón.
Los materiales seleccionados como potenciales precursores para la
preparación de carbones activados deben cumplir los siguientes
requisitos:
Deben ser materiales con alto contenido de carbono y bajos niveles
de compuestos inorgánicos con el fin de obtener un mayor rendimiento
durante el proceso de carbonización. Esto es válido para prácticamente
todos los residuos vegetales (lignocelulósicos).
Deben ser abundantes en la región o país en el que se utilizarán para
resolver cualquier problema ambiental específico. Por ejemplo, la
mazorca de maíz se ha utilizado para preparar carbón activado y de
acuerdo con Tsai et al. (1997) el grano de maíz es un producto agrícola
muy importante en Taiwán. La misma condición se aplica para los
huesos de aguacate, mango, naranja y guayaba en México que han sido

utilizados para preparar carbones activados (Elizalde-González et al.,
2007, 2008). Específicamente, México es considerado como el número
uno en la producción mundial de aguacate, número dos para el mango,
y número de cuatro para la naranja (Salunkhe y Kadam, 1995).
El residuo generado durante el consumo o uso industrial de los
materiales lignocelulósicos utilizados debe representar regularmente un
alto porcentaje de la fuente de la que se obtiene. Por ejemplo, la semilla
de mango es alrededor deI 15 al 20% del mango manila del que se
obtiene; para el aguacate, las semillas corresponden entre el 10 y 13%
del peso del mismo; el olote es aproximadamente el 18% de la mazorca
y la cáscara de tuna corresponde al 42% aprox. de la fruta del nopal y
todos son basura después del consumo del vegetal.
Deben ser eficaces y económicos para poder ser utilizados como
adsorbentes para la eliminación de los contaminantes. Específicamente,
carbones activados preparados a partir de precursores lignocelulósicos
han sido utilizados en la eliminación de colorantes de los tipos: ácido,
básico, cuba, directo, disperso y reactivo. También se han utilizado en la
eliminación de iones metálicos como: Cr4 , Hg2 , Pb2 , Cu2 y Fe2t
Además de moléculas orgánicas de bajo peso molecular como el fenol,
clorofenol y nitrofenol.
Parámetros para la preparación de carbón activado
Las investigaciones relacionadas con la preparación y utilización del AC,
han demostrado que las propiedades del carbón, tales como la superficie
específica, porosidad, densidad y resistencia mecánica dependen en
gran medida de la materia prima utilizada. Sin embargo, es posible
modificar estos parámetros cambiando las condiciones de activación y
carbonización de los materiales lignocelulósicos.
Los parámetros más importantes a considerar durante la preparación
del AC a partir de residuos lignocelulósicos se describen a continuación.
a. Agente activante
Actualmente el H 3PO4 es el reactivo químico más utilizado en la
preparación de AC. El uso de ZnC1 2 ha disminuido debido a los
problemas de contaminación del medio ambiente con metales pesados
como el zinc. En el caso de la activación física, el uso de H20(v) y de CO 2
se prefiere para promover la oxidación parcial de la superficie en lugar
de 02, que es demasiado reactivo.
E5pecialidad: Ingeniería Textil 26

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN PAFLA EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES TEXTILES
Relación masa de precursor y agente activa nte
Debe garantizarse la saturación completa del precursor lignocelulósico
para desarrollar la porosidad del adsorbente con el mínimo consumo de
agente activante. Esto permite un menor consumo de reactivos químicos
y una mejor eliminación del exceso durante el proceso de lavado del
carbón. El efecto del aumento en la proporción de impregnación sobre la
estructura porosa de carbón es mayor que la obtenida con el aumento
de la temperatura durante carbonización.
Velocidad de calentamiento
Regularmente se utilizan rampas de calentamiento con una velocidad
baja para la preparación del carbón activado. Un calentamiento lento
• permite la combustión completa del material precursor y favorece un
- mejor desarrollo de la porosidad. El calentamiento rápido durante la
carbonización produce residuos macroporosos.
Temperatura de carbonización
La temperatura tiene una gran influencia sobre la calidad del AC durante
el proceso de activación. Debe ser al menos de 400 oc para asegurar la
completa transformación de los compuestos orgánicos presentes en los
precursores lignocelulósicos, en estructuras de grafeno. El grado de
desarrollo de la superficie específica y la porosidad se incrementa con la
temperatura de carbonización. Durante la activación física, las tempera-
turas de carbonización son mayores que aquellas necesarias para la
activación química. No obstante, que las temperaturas de carbonización
usadas en la producción de AC deben ser mayores de 400 °c se han
utilizado temperaturas que van desde los 120 °c hasta 1000 oc.
Tiempo de carbonización
Este parámetro debe ser optimizado para obtener el máximo desarrollo
de porosidad minimizando la pérdida del material debido a una
combustión excesiva. Se ha demostrado que el porcentaje de
rendimiento disminuye más bien con el aumento de la temperatura de
activación que con el tiempo. En la producción de carbón se han
utilizado tiempos de carbonización que van desde 1 h hasta 14 h.
Velocidad del flujo de gas
Se ha observado que durante la carbonización el paso de un gas inerte,
como el N2 o el Ar, favorece el desarrollo de la porosidad del carbón. En
Espedal dad: Ingeniería Textil
27

este caso, el flujo y el tipo de gas empleado afecta a las propiedades
finales del carbón activado.
g. Efecto del proceso de lavado
Durante la carbonización del residuo lignocelulósico, la presencia de
agentes activantes químicos genera en los carbones una estructura
porosa más ordenada. La eliminación del agente, posterior a la
activación química, mediante lavados sucesivos, permitirá un mejor
desarrollo de la porosidad.
Precursores no convencionales utilizados en la producción de AC
Numerosos residuos vegetales se han usado como precursores del AC,
en la tabla 6 se listan algunos materiales precursores utilizados en la
preparación de carbones activados física y químicamente, se encuentran
clasificados de acuerdo a la fuente de la cual se obtuvieron.
Tabla 6.
Residuos vegetales no convencionales utilizados en la preparación de
AC, aaruoados de acuerdo a su Fuente dp ohtncVn
Madera
(aserrín,
ramas o
corteza)
Eucalipto
Cáscaras
de
nueces
Pacana
Pasta
Aceitunas
Pino Almendra Café
Encino Macadamia
Cáscaras
suaves
Aguacate
Acacia Cedro Yuca
Abeto Avellana Granada
Olivo Pistache
Tallos
Algodón
Caoba Nogal Yute
Corcho Coco Dátil
Palma
Huesos
Cereza Vid
Semillas
Ciruela Chabacano Kenaf
Aguacate Durazno Tabaco
Uva Ciruela
Fibras
Yute
Naranja Dátil Coco
Guayaba Aceituna Palma
Mango Mango
Macuna
Mutisiana
Cascarilla
Moringa
Oleifera
Paja
Arroz
Trigo
Durazno Cacahuate Bambú Mazorca
Palma Café Vainas de
flamboyant
Bagazo
de caPiaColza Arroz
EspeciaHdad: Ingenieríd Textil 28

Corteza de corcho
Tallos de vid
Huesos de durezno y chabacano
Paja de trigo
Semillas de Macuna Mutisiana
Semillas de Moringa Oleifera
Semillas de colza
Cáscara de granada
Tallos de tabaco
Vainas de flamboyant
Cáscara de yuca
Tallos de algodón y kenaf
Huesos de dátiles
FA
Cáscara de cacahuate
U Huesos y semillas de ciruela
Semillas de naranja
FA Semillas de uva
Semilla y cáscara de aguacate
Huesos de chabacano
Pasta y cascarilla de café
Semillas de guayaba
Huesos y semillas de mango
Tallo y fibras de yute
Huesos y pasta de aceitunas
Bambú
Semillas y huesos de durazno
Huesos de cereza
Mezorca
Bagazo de caña de azúcar
Cascarilla y paja de arroz
Semillas, huesos y fibra de palma
Cáscara y fibra de coco
Madera y aserrín
Cáscaras de nueces
Hn
.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
La figura 1 muestra la gran variedad de residuos lignocelulósicos usados
en la producción mundial de carbón activado. La categoría madera
incluye diversas variedades de árboles, tales como acacia, eucalipto,
abeto, caoba, olivo y pino. Las cáscaras de nueces incluyen, almendra,
cedro, avellana, macadamia, pacana, pistache y nogal. Se puede
observar, por el número de publicaciones, que tanto la madera, las
cáscaras de nueces y diferentes partes del coco se encuentran entre los
más comúnmente utilizados en la preparación de carbón activado.
Publicaciones
Figura 1. Precursores lignocelulósicos usados en la producción de AC.
EspeciaUdad: Ingeniería Textil 29

En cuanto a la aplicación, para la remoción de colorantes textiles, tanto
de los adsorbentes naturales, como de los AC preparados a partir de
residuos vegetales. En el Laboratorio de Ingeniería Ambiental de la
Facultad de Ingeniería de la BUAP y con la participación de estudiantes
del Colegio de Ingeniería Textil, se han preparado diversos adsorbentes
y carbones activados, en la tabla 7 se muestran las características de los
materiales adsorbentes preparados.
Tabla 7.
Características de los adsorbentes celulósicos y carbonáceos preparados
a partir de residuos veQetales abundantes en México.
Precursor
Tipo de
Activación Adsorbente
adsorbente -
Ninguna Tuna
C Celulósico NaOH - 50 °C Tuna-NaOH
Cáscara de NaCIO - 50 °C Tuna-NaClO
tuna Térmica (calentamiento súbito) Ash-Tuna
Carbonáceo Térmica - 400 °C CarTunaT
H3PO4 - 400 °C CarTunaQ
Celulósico
Ninguna ZapNat
Hueso de NaOH - 50 °C ZapNaOH
zapote Térmica (calentamiento súbito) CenZap
blanco Carbonáceo Térmica - 400 °C CarZapT
H3PO4 - 400 °C CarZapQ
Tallos de Celulósico
Ninguna BrocNat
brócoli
NaOH - 50 °C BrocNaOH
Carbonáceo H 3PO4 - 400 °C CarBrocQ
Tanto los adsorbentes celulósicos como los carbonáceos preparados, han
sido utilizados en la remoción de colorantes textiles del tipo ácido,
básico, cuba, directo y reactivo, presentes tanto en soluciones acuosas
como en agua residual.
En la figura 2 se muestran los porcentajes de remoción para colorantes
básicos (a), directos (b) en solución acuosa y cuba y reactivos (c)
presentes en agua residual. Puede observarse que cuando los colorantes
están presentes en soluciones modelo (a y b) se remueven en mayor
cantidad, con porcentajes incluso del l00%. También se puede apreciar
que los porcentajes de remoción son ligeramente mayores para los
materiales carbonáceos (lado derecho de las gráficas) con relación a los
celulósicos (lado izquierdo). En el caso del agua residual el porcentaje
de re moción de color disminuye, debido a que los compuestos presentes
en ella bloquean los sitios activos de adsorción, sin embargo se alcanzan
porcentajes de remoción de hasta 75 0!o.
Espedalidad: Ingeniería Textil 30

e
Tuna Tuna-NaOH Tuna-NaC1O Ash-Tuna CarTunaT CarTunaQ
(h
Figura 2. Adsorción de colorantes (a) básicos, (b) directos y (c) cuba y
reactivos sobre los adsorbentes preparados con cáscara de tuna.
Especidildad: Ingeniería Textil 31

Para los adsorbentes preparados a partir del tallo de brócoli sus
características de adsorción se muestran en la figura 3.
100
90
60
70
10
• 60
o
a, 50
40
30
0 20
10
[i
mBrocNat
• BrocNaOH
• CarBrocQ
?:UJ 9 Mannú Riro Café Cuba Amarillo Cuba Amarillo Rolo Reactivo
Reactivo
Sdución acuosa Agua residual
Figura 3. Adsorción de colorantes básico, cuba y reactivos sobre los
adsorbentes preparados con tallo de brócoli.
En la figura 3 se observa que el adsorbente natural (BrocNat) sólo es
capaz de adsorber a los colorantes cuando éstos se encuentran en
solución acuosa, ya que cuando se encuentran en agua residual, sólo el
carbón activado químicamente (CarBrocQ) es eficaz en la remoción del
color con porcentajes cercanos al 100%. También se observa que la
activación del tallo de brócoli con sosa caústica (BrocNaOH) no mejora
significativamente su capacidad de adsorción.
Un aspecto importante dentro de los proceso de adsorción es la
optimización de la cantidad de material adsorbente, expresada como
masa (m) de adsorbente por volumen (V) de solución a tratar (m/V).
Para establecer ¡a cantidad de carbón mínima requerida durante los
procesos de adsorción del agua residual, se realizaron experimentos en
sistemas estáticos utilizando tres dosis (3, 5 y 10 g/L) diferentes de
CarBrocQ. Con la relación m/V = 5 gIL, la capacidad de remoción fue
similar a la obtenida utilizando el doble de adsorbente, sólo disminuyó
4%. Con la relación m/V = 3 g/L, la capacidad de remoción disminuyó
considerablemente. Estableciendo 5 g/L como la dosis óptima de
adsorbente para el tratamiento del agua residual. La figura 4 muestra

éstos resultados. Las celdas 2 y 4 contenían el doble de carbón con
respecto a 1 y 3, pero la coloración era similar. En la figura 4 también se
puede notar cómo la coloración de las aguas residuales disminuye
considerablemente después de estar 1 Fi en contacto con CarBrocQ.
(a) (b)
76.6% 72% .3% 89%
fl-iu .. m/v=SgiL m/V=10 gIL m/v=5 g/L
Figura 4. Adsorción de colorantes (a) amarillo cuba y (b) rojo reactivo
en agua residual sobre CarBrocQ utilizando diferentes cantidades de
carbón. m/V = 5 g/L celdas 1 y 3 y m/V = 10 g/L celdas 2 y 4.
La calidad de los efluentes textiles varía considerablemente en función
del tipo de colorante utilizado y las condiciones de teñido específicas.
Para poder establecer la capacidad de adsorción de cada uno de los
carbones activados preparados, CarTunaQ, CarBrocQ y CarZapQ, diez
diferentes efluentes textiles que contenían colorantes reactivos y cuba
fueron tratados, los porcentajes de remoción para los 10 efluentes se
muestran en la tabla 8.
Tabla 8.
Remoción de colorantes reactivos y cuba presentes en efluentes textiles
utilizando carbones activados preparados con residuos vegetales.
Porcentaje de remoción
Carbón activado [fluentes con Efluentes con
colorantes reactivos colorantes cuba
CarTunaQ 60 - 100 32 - 48
CarBrocQ 55 - 98 13 - 75
CarZapQ 24-85 24-43
Los resultados presentados en la tabla 8 indican que la capacidad de
adsorción para los carbones activados químicamente sigue el orden:
CarBrocQ > CarTunaQ> CarZapQ
Además los valores obtenidos indican que se alcanzan mayores
porcentajes de remoción cuando los efluentes contienen colorantes
reactivos en comparación con los cuba.
c
EspeciIidad: Ingeniería Textil 33

El principal problema encontrado en la descontaminación de las aguas
residuales textiles es la eliminación del color, en la actualidad no existe
una técnica única capaz de eliminar el color y además mejorar la calidad
integral del agua, debido principalmente a la compleja naturaleza de
estos efluentes. La mayoría de los procesos existentes combinan una
etapa inicial de tratamiento con lodos activados para eliminar la materia
orgánica, seguido de la oxidación (con 0 3, reactivo de Fenton o H202 y
radiación Uy), filtración con membrana o por adsorción, generalmente
con carbón activado.
La combinación de técnicas que resultó ser altamente eficaz para
mejorar la calidad del agua residual no sólo en cuanto a color, sino de
manera global fue la coagulación-floculación seguida de la adsorción.
Un efluente que contenía el colorante café cuba, que había mostrado
bajos porcentajes de remoción (46 01o) cuando fue tratado únicamente
por adsorción, se trató primero por coagulación-floculación, utilizando
clorhidrato de aluminio y el copolímero aniónico de acrilamida acrilato de
sodio, como agentes coagulante y floculante respectivamente y
posteriormente fue tratado por adsorción. Después del tratamiento de
coagulación-floculación se redujo un 97.5% el color del agua residual y
la DQO disminuyó de 9724 a 1668 mg/L. La adsorción sobre CarBrocQ
durante 1 h después del primer tratamiento eliminó completamente el
color y la DQO se redujo aún más, hasta 654 mg/L. El pH y la
conductividad eléctrica también disminuyeron después de la
combinación de los tratamientos, mejorando así sustancialmente la
calidad del agua residual tratada, en la figura 5 se muestra el aspecto
del agua residual antes y después de los tratamientos y en la tabla 9 se
presentan los valores de los parámetros de calidad del agua evaluados.
c
Rl
Figura S. Aspecto del agua residual, (1)ntes y después de los
tratamientos de (2) coagulación-floculación y (3) adsorción.

Tabla 9.
Cuantificación de la calidad del aaua residual tratada.
Conductividad
DQO % Color
pH eléctrica
(ms/cm)
(mg/L) removido
Agua residual contenien-
do el colorante café cuba
7.9 1.92 9724 -
Después del tratamiento
6.9 3.19 1668 97.5
de coagulación-floculación
Después del tratamiento
de adsorción con CarBrocQ
4.3 1 654 100
Los resultados anteriormente mostrados, con una disminución de la
DQO del 93.3% en el último caso, nos indican la viabilidad tanto en el
uso de adsorbentes naturales como de carbones activados preparados a
partir de desechos vegetales en la remoción total o parcial de los
colorantes presentes en efluentes textiles.
Estos resultados sugieren que es posible implementar sistemas de
tratamiento de los efluentes textiles económicos y eficientes, para de
esta manera contribuir con la sustentabilidad del ambiente acuático, el
cual es impactado negativamente con los colorantes.
Espedal ¡dad: Ingeniería Textil 35

CONCLUSIONES.
La utilización de desechos vegetales, ya sea directamente como
adsorbentes o como precursores para la preparación de carbones
activados con altas superficies específicas, disminuye considerablemente
la generación de residuos sólidos, disminuye la tala de árboles utilizados
en la preparación de carbón activado comercial y reduce los costos de
trata mientos de efluentes conteniendo cobra ntes.
La remoción del color de los efluentes textiles es posible mediante la
utilización de adsorbentes naturales, preparados a partir de residuos
abundantes y de fácil disposición en la región donde se ubican las
fábricas textiles interesadas en la aplicación de un método eficiente y
económico para el tratamiento de sus efluentes.
La combinación de la coagulación-floculación seguida de la adsorción,
como técnicas de tratamiento de los efluentes textiles que contienen
colorantes, mejora considerablemente la calidad del agua, pudiendo
crear un circuito cerrado para la reutilización del agua de proceso en las
fábricas de teí9ido.
Con el tratamiento de los efluentes textiles no sólo se beneficia el
ambiente, reduciendo la cantidad de contaminantes que ingresan a los
cuerpos de agua receptores, también el suministro de agua en las
fábricas textiles puede reducirse, al lograr una calidad tal del agua que
permita su reutilización parcial o total para los procesos productivos.

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE EPLUENTES TEXTILES
REFERENCIAS
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edition on une, Published by the
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Journal of Environmental Management 130, pp. 90-97, 2013.

RECONOCIMIENTOS.
A los comentaristas del presente trabajo: Dr. Rodolfo Radillo Ruíz, Ing.
Arturo Dianicio Arauzo y M.C. Guillermo M. Noriega Ibarra, por sus
acertadas observaciones.
A la VIEP-BUAP por el apoyo financiero recibido durante la realización de
los proyectos PECA-ING11-G y PECA-ING12-I.
Lll

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