Remocion de Color de Los Lixiviados Del Relleno Sanitario La.compressed

REMOCIN DE COLOR DE LOS LIXIVIADOS DEL RELLENO SANITARIO LA ESMERALDA POR ADSORCIN SOBRE CARBN ACTIVADO

LILIA DEL PILAR BENAVIDES BENAVIDESRONALD EDWIN POSADA GIRALDO

UNIVERSIDA NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

DEPARTAMENO DE INGENIERA QUMICAMANIZALES, 2004

Universidad Nacional de ColombiaSede Manizales

REMOCIN DE CO LOR DE LOS LIXIVIADOS DEL RELLENO SANITARIO LA ESMERALDA POR ADSORCIN SOBRE CARBN ACTIVADO

LILIA DEL PILAR BENAVIDES BENAVIDES

RONALD EDWIN POSADA GIRALDO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA

2004

REMOCIN DE COLOR DE LOS LIXIVIADOS DEL RELLENO SANITARIO LA ESMERALDA POR ADSORCIN SOBRE CARBN ACTIVADO

LILIA DEL PILAR BENAVIDES BENAVIDES RONALD EDWIN POSADA GIRALDO

LNEA DE PROFUNDIZACIN EN INGENIERA AMBIENTAL.

MODALIDAD Participacin en proyecto de investigacin

Director ADELA LONDOO CARVAJAL

Ingeniero Qumico

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA

2004

DEDICATORA

A mis padres por su apoyo, confianza y concejos A mis hermanas y amigos por su gran amistad

A H. Andrs por su amor y comprensin Y a Dios por darme la oportunidad de continuar con mis sueos

Pilar Benavides B.

A Dios `por darme la vida y salud para afrontar este reto con fortaleza Y a mi familia por apoyarme y animarme en los momentos difciles del camino hacia

la consecucin de esta meta Ronald Edwin Posada G.

AGRADECIMIENTOS

A nuestros padres y familiares por su apoyo y confianza que nos han brindado

Al grupo de investigacin de ingeniera ambiental, y a la directora de este proyecto, ingeniera Adela Londoo Carvajal por su valiosa orientacin en esta investigacin.

A la empresa metropolitana de aseo EMAS y a los ingenieros Gabriel Ocampo y Maria Luisa Arbelaez, por el financiamiento y apoyo otorgado para la realizacin de esta investigacin.

A Diana Faride Fandio ingeniera del laboratorio de calidad de agua de EMAS-IQA, por sus consejos y colaboracin.

TABLA DE CONTENIDO

Pag.RESUMEN ABSTRACT 1. INTRODUCCIN 1 OBJETIVO GENERAL 2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 2 2. GENERACIN Y SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LOS LIXIVIADOS EN

LA EMPRESA 3 2.1. GENERACIN DE LOS LIXIVIADOS 3 2.2. TRATAMIENTO DE LOS LIXIVIADOS 5 2.3. PROPUESTA DE UN TRATAMIENTO TERCIARIO 7

3. MARCO TERICO 8 3.1. ADSORCIN SOBRE CARBN ACTIVO 8 3.2. FACTORES CARACTERSTICOS DEL PROCESO DE ADSORCION 10

3.3. LOS MATERIALES ADSORBENTES. 11 3.4. ISOTERMAS DE ADSORCIN 12 4. METODOLOGA 16

4.1. LIXIVIADO A TRATAR 16 4.2. MATERIALES Y EQUIPOS 18

4.2.1. Materiales 18 4.2.2. Equipos 19

4.3. DISEO EXPERIMENTAL 20 4.3.1 Variables independientes 20 4.3.2 Variables dependientes 21

4.4. PROCEDIMIENTOS 21 4.4.1. Ensayos preliminares 21 4.4.2. Tiempo de contacto, dosis de carbn y remocin de color 23 4.4.3. Determinacin de las isotermas de adsorcin 23

5. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS 24 5.1. RANGO DE DOSIS DE CARBN ACTIVADO, VARIACIN DEL pH

DE LA MUESTRA Y RANGO DE TIEMPO DE CONTACTO DEL CARBN 24

5.2. TIEMPO DE CONTACTO, DOSIS DE CARBN Y REMOCIN DE COLOR

25

5.3. ANALISIS ESTADISTICO 30 5.4. CONDICIONES PTIMAS DE OPERACIN 40 5.5. ISOTERMAS DE ADSORCIN 42 5.6. PARAMETROS DE DISEO DE LAS COLUMNAS DE ADSORCIN

PILOTO 50

CONCLUSIONES 56 RECOMENDACIONES 58 BIBLIOGRAFIA 60 ANEXOS

LISTA DE TABLAS

Pag.Tabla 1. Valores caractersticos del efluente de un relleno sanitario 4Tabla 2. Caractersticas principales de los efluentes 17Tabla 3. Caractersticas fisicoqumicas principales del carbn activado 19Tabla 4. Rangos de trabajo de las variables independientes 21Tabla 5. Anlisis de varianza (ANOVA) para remocin de color real para el lixiviado viejo

31

Tabla 6. Anlisis de varianza (ANOVA) para remocin de color real para el efluente del FAFA 31Tabla 7. Anlisis de varianza (ANOVA) para remocin de color para el efluente del reactor UASB 32Tabla 8. Remocin de color real del lixiviado viejo * Dosis de CAG 33Tabla 9. Remocin de color real del efluente del FAFA * Dosis de CAG 33Tabla 10. Remocin de color real del efluente del reactor UASB * Dosis de CAG 34Tabla 11. Remocin de color real del lixiviado viejo * tiempo 34Tabla 12. Remocin de color real del efluente del FAFA * tiempo 35Tabla 13. Remocin de color real del efluente del reactor UASB * tiempo 35Tabla 14. Test de comparaciones mltiples de medias 36Tabla 15. Parmetros ptimos de dosis de carbn y tiempo de contacto 40Tabla 16. Adsorcin del lixiviado con las condiciones ptimas 41Tabla 17. Determinacin de metales 41Tabla 18. Condiciones iniciales para los ensayos realizados 43Tabla 19. Resultados obtenidos para el lixiviado viejo 43Tabla 20. Resultados obtenidos para el efluente del reactor UASB 44Tabla 21. Resultados obtenidos para el efluente del FAFA 44Tabla 22. Isotermas de adsorcin para los tres efluentes. 48Tabla 23. Coeficientes de correlacin de las isotermas 48Tabla 24. Parmetros de diseo para el lixiviado viejo 53Tabla 25. Parmetros de diseo para el efluente del reactor UASB 54Tabla 26. Parmetros de diseo para el efluente del filtro FAFA 54

LISTA DE FIGURAS PagFigura 1. Relleno sanitario la Esmeralda (Manizales) 3 Figura 2. Punto de muestreo del lixiviado viejo 17 Figura 3. Punto de muestreo del efluente del reactor UASB 18 Figura 4. Punto de muestreo del filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA) 18 Figura 5. Carbn activado de la fbrica Sulfoqumica de Medelln 19 Figura 6. Equipo de laboratorio utilizado en la prctica 20 Figura 7. Remocin de color del FAFA 24 Figura 8. Remocin de color del Lixiviado viejo 24 Figuras del 9 al 14. Remociones de color de los tres efluentes frente al tiempo de contacto del carbn activo. 26 Figuras del 15 al 20. Remociones de color de los tres efluentes frente a la dosis de carbn activo. 28 Figura 21. Residuos estandarizados de remocin de color real del lixiviado viejo contra tiempo (primer ensayo) 38 Figura 22. Residuos estandarizados de remocin color real del lixiviado viejo contra dosis CAG (primer ensayo) 38 Figura 23. Residuos estandarizados de remocin de color real del efluente del FAFA contra tiempo primer ensayo 38 Figura 24. Residuos estandarizados de remocin de color real del efluente del FAFA contra dosis CAG (primer ensayo) 39 Figura 25. Residuos estandarizados de remocin de color real del efluente del reactor UASB contra tiempo primer ensayo 39 Figura 26. Residuos estandarizados de remocin de color real del efluente del reactor UASB contra dosis CAG primer ensayo 39 Figura 27. Comparacin visual del proceso de adsorcin 42 Figura 28. Isoterma de Freundlich para el lixiviado viejo (primer ensayo) 45 Figura 29. Isoterma de Langmuir para el lixiviado viejo (primer ensayo) 45 Figura 30. Isoterma de BET para el lixiviado viejo (primer ensayo) 46 Figura 31. Isoterma de Freundlich para el reactor UASB (primer ensayo) 46 Figura 32. Isoterma de Langmuir para el reactor UASB (primer ensayo) 46 Figura 33. Isoterma de BET para el reactor UASB (primer ensayo) 47 Figura 34. Isoterma de Freundlich para el FAFA (primer ensayo) 47 Figura 35. Isoterma de Langmuir para el FAFA (primer ensayo) 47 Figura 36. Isoterma de BET para el FAFA (primer ensayo) 48 Figura 37. Diagrama general del sistema de columnas piloto de adsorcin 53

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A. ENSAYOS PRELIMINARES ANEXO A1. ENSAYOS PRELIMINARES PARA LA DETERMINACIN DE RANGO DE DOSIS DE CARBN, DE TIEMPO DE CONTTACTO ANEXO B. TIEMPO DE CONTACTO Y REMOCIN DE COLOR DEL CARBN ACTIVADO ANEXO B1.TIEMPO DE CONTACTO Y REMOCIN DE COLOR DEL CARBN ACTIVADO EN EL LIXIVIADO VIEJO ANEXO B2. TIEMPO DE CONTACTO Y REMOCIN DE COLOR DEL CARBN ACTIVADO EN EL EFLUENTE DEL FAFA ANEXO B3. TIEMPO DE CONTACTO Y REMOCIN DE COLOR DEL CARBN ACTIVADO EN EL EFLUENTE DEL UASB ANEXO C. ANLISIS ESTADSTICO ANEXO C1. RESUMEN DEL ANLISIS ESTADSTICO PARA EL LIXIVIADO VIEJO ANEXO C2. RESUMEN DEL ANLISIS ESTADSTICO PARA EL EFLEUNTE DEL FAFA ANEXO C3. RESUMEN DEL ANLISIS ESTADSTICO PARA ELEFLUENTE DEL REACTOR UASB ANEXO D. DETERMINACIN DE LA ALTURA DEL LECHO DE CARBN ACTIVADO DE LAS COLUMNAS PILOTO

RESUMEN

En el presente trabajo se abordan los estudios iniciales acerca de la problemtica de la refinacin de los lixiviados del relleno sanitario La Esmeralda (lixiviado viejo que no tiene ningn tratamiento previo y los efluentes del tratamiento biolgico del reactor UASB y del filtro anaerobio de flujo ascendente dispuestos en serie) por el proceso de adsorcin con carbn activado en reactor discontinuo para la remocin de color.

Este estudio se desarrollo dentro de la tercera etapa de la investigacin sobre la tratabilidad de los lixiviados adelantado por la Universidad Nacional de Colombia y la empresa metropolitana de aseo EMAS S.A E.S.P, en el relleno sanitario La Esmeralda. La primera parte de esta investigacin consiste en la realizacin de ensayos experimentales preliminares con el fin de establecer los rangos ptimos de dosis de CAG (carbn activado granular), tiempo de contacto y pH, Posteriormente se realiz un diseo experimental con el propsito de obtener datos confiables para el trazado e identificacin del tipo de isotermas de adsorcin.

Los resultados obtenidos en las pruebas en reactor discontinuo permitieron definir los parmetros ms adecuados para la operacin y diseo de columnas prototipo de adsorcin. Para el carbn utilizado la ecuacin de la isoterma que mejor correlacion los resultados fue la de Freundlich, el pH, en el intervalo de estudio (4,0 8,5) no presenta una influencia significativa sobre el proceso de adsorcin, por lo cual se puede trabajar con el pH original y el tiempo de contacto encontrado es de 90 minutos. Al final se presenta un diseo de las columnas de adsorcin basado en las condiciones ptimas de operacin, dejando como alternativa para una posterior continuacin de este estudio

PALABRAS CLAVES: ADSORCIN, CAG (CARBN ACTIVADO GRANULAR), REMOCIN DE COLOR, ISOTERMA DE ADSORCIN.

ABSTRACT

The work present undertake the initial studies about the problematic one of the refinement of leached of the sanitary landfill La Esmeralda (leached old which it does not have any previous treatment and the effluents of the biological treatment of arranged reactor UASB and the anaerobic filter of ascending flow in series to eliminate the oxygenate chemical demand mainly of and colloidal solids in suspension) by the process of adsorption with activated carbon in discontinuous reactor for the color removal. This study development within the third stage of the investigation on the treatment of the leachates ones advanced by the National University of Colombia and the metropolitan company of cleanliness EMAS S.A. E.S.P, in the sanitary landfill La Esmeralda. The first part of this investigation consists of the accomplishment of preliminary experimental tests with the purpose of establishing the optimal ranks of dose of CAG (granular activated carbon), time of contact and pH. Later was made an experimental design in order to obtain reliable data for the traced and identification of the type of adsorption isotherms. The results obtained in the tests in discontinuous reactor allowed to define the most suitable parameters for the operation and design of columns prototype of adsorption. For the used carbon the isotherm equation that better correlated the results was Freundlich, pH, in the study interval (4,0 - 8,5) does not present a significant influence on the adsorption process, thus can be worked with pH original and the time of contact encountered is of 90 minutes. In the end a design of the columns of adsorption it is presented based on the optimal conditions of operation, leaving as alternative for a later continuation of this study.

1. INTRODUCCIN

La disposicin final de los residuos slidos urbanos ha evolucionado desde botaderos a cielo abierto, hasta rellenos sanitarios altamente tecnificados donde se controlan las emisiones lquidas y gaseosas potencialmente peligrosas para el medio ambiente. Tanto en los botaderos a cielo abierto como en los primeros rellenos sanitarios no se controlaban las emisiones lquidas (llamadas lixiviados) y stas escurran a fuentes superficiales de agua o bien se infiltraban a las capas inferiores del terreno y en muchos casos contaminaban los acuferos subyacentes a ellos.

Los lixiviados producidos en rellenos sanitarios difieren en composicin y caudal segn una serie de factores entre los cuales se destacan: la composicin de la basura, las condiciones climticas, la operacin del relleno, el sitio topogrfico, el material de cobertura final del relleno, la vegetacin de cobertura y el tiempo transcurrido desde que se dispuso la basura.

Los lixiviados son lquidos altamente contaminantes en los que se han ensayado diferentes tratamientos, tanto biolgicos (aerobios o anaerobios) como fisicoqumicos. Entre estos ltimos la adsorcin sobre carbn activado ha mostrado ventajas comparativas con respecto a otros sistemas de tratamiento fisicoqumico que se han estudiado con el fin de remover el color, y otros contaminantes del lixiviado.

El proceso de adsorcin puede describirse como la transferencia de un soluto en un gas o lquido (adsorbato) hacia la superficie de un slido (adsorbente) en donde el soluto es retenido como resultado de atracciones intermoleculares con las molculas slidas. Como regla general, los solutos ms fciles para adherirse son los compuestos ms complejos, molecularmente hablando, y el slido ms usado es el carbn activado. En el proceso de adsorcin, se tiende a alcanzar un equilibrio entre la concentracin del sustrato y la cantidad de sustancia retenida. Por lo general la cantidad de materia adsorbida se determina como una funcin de la concentracin del adsorbato (C) a temperatura constante (T), llamndose a la

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funcin resultante isoterma de adsorcin. Las isotermas ms utilizadas son las de Freundlich, Langmuir y la de Brunauer, Emmett y Teller (BET).

Los objetivos que se desarrollaron en este trabajo fueron:

OBJETIVO GENERAL

Estudiar la remocin de color de los lixiviados del relleno sanitario La Esmeralda por el proceso de adsorcin sobre carbn activado.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Obtener los datos necesarios para conocer el tipo de isotermas de adsorcin.

Obtener los parmetros de diseo para la construccin de las columnas piloto de adsorcin.

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3

2. GENERACIN Y SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LOS LIXIVIADOS EN LA EMPRESA

Figura 1. Relleno sanitario la Esmeralda (Manizales)

2.1. GENERACIN DE LOS LIXIVIADOS.

El relleno sanitario La Esmeralda ubicado en el kilmetro 2 va a Neira, en el municipio de Manizales, recibe 400 Ton/da de basura aproximadamente. Estos residuos slidos se disponen en el relleno sanitario en donde, debido a la percolacin del agua lluvia a travs de los residuos slidos se generan efluentes lquidos llamados lixiviados, provocando a su paso por el terreno toda serie de reacciones y procesos fisicoqumicos y biolgicos que por su toxicidad y volumen representan un alto riesgo de contaminacin de los mantos acuferos.

Su color entre 3000 y 15000 U.C. vara desde el color negro viscoso cuando estn frescos, hasta un tono cafpardogrisceo cuando se envejecen; sus olores altamente ftidos, logran impregnar la ropa, la piel y los recipientes que lo contengan.

Sus caractersticas fisicoqumicas fuertemente variables en cantidad y calidad (alta carga orgnica e inorgnica y contenido de metales) hacen que el lixiviado se clasifique como uno de los desechos ms contaminantes y que mayor repugnancia genera sobre la comunidad por lo que es necesario realizar la recoleccin y el tratamiento adecuado de estas corrientes contaminantes.

La edad del relleno sanitario y, por ende el grado de estabilizacin de los residuos, tienen un efecto en la composicin de los lixiviados. Los lixiviados se pueden clasificar en lixiviados jvenes, intermedios y viejos. Los lixiviados jvenes presentan una carga orgnica alta, concentracin de cidos carboxlicos aproximada del 80% de la carga orgnica, materia orgnica rpidamente biodegradable. Los lixiviados intermedios muestran concentracin de cidos carboxlicos que representan del 20 al 30% de la carga orgnica, Los lixiviados viejos tienen ausencia de cidos carboxlicos, baja biodegradabilidad indicando la presencia de compuestos difcilmente oxidables y la presencia de compuestos de elevado peso molecular.

Tabla 1. Valores caractersticos del efluente de un relleno sanitario Nuevo menorde dos aos

Nuevo menor de dos aos

Mayor de diez aos Constituyentes

Rango Valor tpico Rango tpicoDQO (mg/l) 3.000 - 60.000 18.000 100 - 500 DBO5 (mg/l) 2.000 30.000 10.000 100 - 200 COT (mg/l) 1.500 20.000 6.000 80 - 160 SST (mg/l) 200 2.000 500 100 - 400 Nitrgeno Total (mg/l) 20 1.500 400 100 200 Fsforo Total (mg/l) 5 - 100 30 5 10 Alcalinidad (mg/l) 1.000 10.000 3.000 200 1.000 Sales solubles (mg/l) (Cl, SO4) 200 4.000 800 100 - 500 Hierro (mg/l) 50 1.200 60 20 - 200 Plomo (mg/l) 1 1.200 2 0,01 0,5 Zinc (mg/l) 25 250 50 0,1 0,1 pH 5 8 6 6,6 7,5

Fuente: Glynn Henry, Heinke Gary. Environmental science and Engineering. Prentice Hall inc. 1996

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2.2. TRATAMIENTO DE LOS LIXIVIADOS.

La Empresa Metropolitana de Aseo (EMAS S.A E.S.P), en cumplimiento con las exigencias por parte de la autoridad reguladora ambiental, Corporacin Autnoma Regional de Caldas (CORPOCALDAS), segn Resolucin 4426 de 1999, la cual estableci la obligacin de presentar un diseo de los sistemas encaminados a tratar los lixiviados generados por el relleno sanitario La Esmeralda, present los diseos mediante oficio 01-010 del 19 de enero del ao 2000 y luego inici la operacin del relleno en el mes de junio del mismo ao.

La primera fase del trabajo surge frente a la necesidad de mejorar el tratamiento del lixiviado. Pensando en esto la empresa Metropolitana de Aseo tom la decisin de disear y construir una planta piloto de tratamiento fisicoqumico de coagulacin-floculacin- sedimentacin, sta fue construida a mediados del mes de junio del 2000 y en el mes de septiembre se puso en funcionamiento y se suspendi completamente el proceso de recirculacin de lixiviado. Los lixiviados entran a la planta por un canal donde se realiza la mezcla rpida de coagulante en un resalto hidrulico y cuenta con un tanque floculador de tres compartimentos y un tanque sedimentador el cual ha sido modificado en su diseo para las condiciones del floc. Los lodos producidos son bombeados a los lechos de secado ubicados en la parte superior de la planta.

Inicialmente se realizaron ensayos de tratabilidad en el laboratorio de la Universidad Nacional para optimizar dosificaciones de productos qumicos a la planta piloto (tratamiento fsico-qumico) como parte de la primera etapa dentro del plan de tratamiento de lixiviados en la empresa. [5]

Posteriormente se adelantaron estudios de tratabilidad con el propsito de buscar un sistema o combinacin de sistemas de tratamiento biolgico ms eficaces para lograr llevar los valores de los parmetros de sus vertimientos hasta los estipulados por las normas de calidad. [1]

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La segunda fase del tratamiento biolgico se comenz en el ltimo trimestre del ao 2001, con el diseo y construccin de un reactor prototipo anaerobio de flujo ascendente y material biolgico adherido en dos etapas [4], diseo y montaje de un filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA) en tres etapas a nivel piloto [6], y tambin se diseo un reactor de lodos activados [7], entre otros trabajos.

Los sistemas de tratamiento biolgico piloto se han estudiado dispuestos de diferentes formas para aumentar la eficiencia global de depuracin, y se ha hecho seguimiento de su comportamiento por parte de estudiantes de la Universidad Nacional sede Manizales; en la actualidad los sistemas de tratamiento biolgico se encuentran conectados en serie y operan de la siguiente manera.

En el reactor UASB el lixiviado es alimentado de una manera discontinua y por gravedad de un tanque de 500L; distribuyndose uniformemente mediante una red de tuberas ubicada en el fondo; el lixiviado asciende a travs de un manto de lodo anaerbico que se encarga de la degradacin de la materia orgnica presente y sale superficialmente por una tubera perforada. En la parte inferior de este tanque cilndrico, se genera y acumula lodo constituido por bacterias anaerobias. En la parte superior del reactor hay una estructura de forma espacial que permite recolectar el biogs producido por la actividad bacteriana.

El filtro anaerobio de flujo ascendente consiste en un tanque de alimentacin que recoge el lixiviado efluente de los reactores UASB y en una serie de canecas plsticas que contienen soporte o relleno al cual estn adheridas las bacterias en forma de una pelcula de biomasa. El lixiviado a tratar circula en forma ascendente a lo largo de la altura de la caneca y durante su paso por el lecho relleno, la materia orgnica presente es degradada anaerbicamente.

Los sistemas de tratamiento biolgico han aumentado notablemente la remocin de materia orgnica: en el sistema de reactores UASB la remocin es de 83.4% de DQO, 90.1% de DBO5, y 63.4% de slidos suspendidos totales [8], y en el sistema de tratamiento del filtro FAFA de tres etapas 69.42% DQO, 82% DBO5 y de slidos

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suspendidos voltiles 72.46% [9]. Sin embargo la remocin de color no es notable y se convierte en el problema que concierne el presente estudio.

A pesar de que el color no es un parmetro que se incluya en la normatividad vigente para el vertimiento de residuos lquidos, se considera que el color de un cuerpo de agua dado es un factor esttico muy importante para que una comunidad adyacente a ste, pueda darle un uso especifico sin creer que va ha producir un cambio en el medio ambiente y en la calidad de vida.

El cambio de color de una fuente receptora de vertimientos en este caso La Quebrada Aguas Fras es el referente indirecto que se tiene para determinar de manera visual el grado de contaminacin de sta. Por esta razn en esta etapa de la investigacin es prioridad la remocin previa del color de los lixiviados antes de ser vertidos a la quebrada.

2.3. PROPUESTA DE UN TRATAMIENTO TERCIARIO.

La inclusin de un tratamiento terciario o de afinamiento para lograr la remocin del color de los lixiviados ha sido otro de los objetivos que se han desarrollado durante la investigacin en convenio de la Empresa Metropolitana de Aseo (EMAS S.A E.S.P) y la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales.

Con este fin ya se han desarrollado varios trabajos entre los que se incluye la remocin de color de lixiviados tratados biolgicamente mediante la oxidacin con permanganato de potasio [10], y Tratamiento de lixiviados por medio de oxidacin con perxido de hidrgeno y ozono [11]; pero, los resultados obtenidos con las anteriores tcnicas no han sido los mejores adems de ser algo costosas en su implementacin. Es entonces como la presente investigacin pretende proponer la tcnica de remocin de color de los lixiviados mediante un lecho filtrante de carbn activado.

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3. MARCO TERICO

3.1. ADSORCIN SOBRE CARBN ACTIVADO

Durante la adsorcin de un gas o de un soluto en disolucin, sus partculas se acumulan sobre la superficie de otro material. La sustancia que se adsorbe se denomina adsorbato y el material sobre el que lo hace es el adsorbente (el proceso inverso a la adsorcin se conoce como desorcin). La adsorcin se distingue de la absorcin en que esta ltima implica la acumulacin de la sustancia absorbida en todo el volumen del adsorbente, no solamente en su superficie. En general se identifican dos tipos bsicos de adsorcin:

Adsorcin fsica o fisisorcin: las molculas del gas se mantienen unidas a la superficie del slido por medio de fuerzas de van der Waals (interacciones dipolares, dispersin y/o induccin). Este hecho define todas las caractersticas propias de la fisosorcin:

1) es una interaccin dbil. 2) Es un proceso exotrmico (las fuerzas de van der Waals son atractivas) en el que los calores liberados, Hads (aprox. 20-40 kJ/mol) son semejantes a las entalpas de condensacin de la sustancia adsorbida. La energa liberada es adsorbida en forma de vibracin por la red del slido y Hads se puede medir por el aumento de temperatura de la muestra. 3) La molcula fisisorbida mantiene su identidad ya que la energa es insuficiente para romper el enlace aunque su geometra puede estar distorsionada. 4) La fisisorcin es un proceso no especifico ya que las fuerzas que intervienen no lo son y no existe una selectividad marcada entre adsorbato y adsorbente. En general, los sustancias ms polarizables son adsorbidos ms fcilmente. 5) La fisisorcin se produce en multicapas. Sobre una capa de soluto fisisorbida puede adsorberse otra. La Had para la primera capa viene determinada por las fuerzas entre adsorbente (M) y adsorbato (A), mientras que la Had para las capas siguientes depende de las interacciones A-A y por tanto es ms parecida a la entalpa de condensacin.

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Adsorcin qumica o quimisorcin: fue propuesta por Langmuir en 1916. En este caso las molculas de soluto se mantienen unidas a la superficie formando un enlace qumico fuerte. Este hecho define las caractersticas propias de la quimisorcin, Caractersticas:

1) Se trata de una interaccin ms fuerte que la fisisorcin 2) las entalpas de quimisorcin son mucho mayores que las de fisisorcin y del orden de las que se liberan en la formacin de enlaces qumicos, Hads = -(100-500) kJ/mol. Es un proceso normalmente exotrmico. 3) En general la quimisorcin implica la rotura y formacin de enlaces, por lo que la molcula quimisorbida no mantiene la misma estructura electrnica (enlaces) que en fase gaseosa.

La cantidad de material adsorbido en un sistema depende de la temperatura y la presin o la concentracin del adsorbato. Si la temperatura se mantiene constante durante el experimento, el grado de adsorcin puede estudiarse como funcin de la presin o la concentracin y generar as lo que se conoce como la isoterma de adsorcin.

La adsorcin de los compuestos orgnicos en el carbn depende de varios factores, tales como: peso molecular, solubilidad, polaridad, ubicacin de los grupos funcionales y configuracin molecular global.

La estructura molecular es particularmente importante, indicando el grado de adsorcin que puede ocurrir. Como regla, los compuestos de cadena ramificada se sorben ms fcil que los compuestos de cadena lineal. El tipo y ubicacin de los grupos funcionales afecta la adsorcin y las molculas de baja polaridad y solubilidad tienden a ser preferentemente adsorbidas. En la mayora de los casos, las molculas grandes presentan mayor capacidad de sorcin que las molculas

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pequeas de naturaleza qumica similar. Los compuestos inorgnicos muestran un rango grande entre sus capacidades de adsorcin. Las sales disociadas como el cloruro de potasio, son esencialmente no sorbibles mientras que el cloruro mercrico y el cloruro frrico son relativamente sorbibles.

Un incremento en la solubilidad se opone a la atraccin del adsorbente al carbn. Los grupos polares que tienen alta afinidad por el agua se adsorben pobremente. La ionizacin es generalmente opuesta a la adsorcin. Un cambio en la ionizacin puede afectar drsticamente la adsorcin. Un pH bajo, por ejemplo, promueve la adsorcin de cidos orgnicos mientras que un pH alto promueve la adsorcin de bases orgnicas. Los fenoles se adsorben enrgicamente a pH neutros o bajos, mientras que la adsorcin de las sales de fenatos a pH alto es pobre. El pH ptimo es, por lo tanto, especfico del soluto y debe ser determinado para cada agua residual.

Entre los aspectos positivos de la adsorcin como mtodo de tratamiento de aguas residuales cabe sealar: su capacidad para trabajar eficazmente a concentraciones bajas de contaminante, su flexibilidad frente a las variaciones de caudal y concentracin, sus moderadas necesidades de espacio, la facilidad de automatizacin, la posibilidad de regenerar el adsorbente y la posibilidad de recuperar sustancias retenidas cuando ello resulte de inters econmico.

3.2. FACTORES CARACTERSTICOS DEL PROCESO DE ADSORCIN

Los factores a considerar en un proceso de adsorcin son los siguientes:

El sistema adsorbente-adsorbato, en lo relativo a: a) Superficie especfica y porosidad del slido. b) Tamao de partcula. c) Tamao, estructura y distribucin de los poros. d) Afinidad respecto del adsorbato, que depende de los grupos funcionales existentes en la superficie del adsorbente. e) Presin parcial o concentracin del adsorbato en la fase fluida.

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Las condiciones del medio. a) El pH que afecta al grado de ionizacin de los compuestos cidos o bsicos. Es frecuente que un pH cido facilite la adsorcin sobre carbn activo. b) La temperatura, que influye sobre la velocidad del proceso y el estado final de equilibrio.

3.3. LOS MATERIALES ADSORBENTES.

El empleo ms efectivo de carbn depender de s mismo y de la naturaleza del agua residual. El carbn activado comercial para el empleo en el tratamiento de aguas residuales proviene de lignito, carbn bituminoso y residuos de petrleo. Como regla, el carbn granular obtenido del coque de petrleo calcinado tiene el tamao de poro ms pequeo, la mayor rea superficial y la mayor densidad total. El carbn de lignito tiene el mayor tamao de poro, la menor rea superficial y la densidad total menor. El carbn bituminoso tiene la densidad total igual al coque de petrleo, un tamao de poro promedio y un rea superficial entre carbones provenientes del lignito y el coque de petrleo. Dado que los carbones varan en costo, se requiere hacer pruebas de isotermas con varios de ellos para aguas residuales especficas, a fin de seleccionar la solucin ms efectiva en costo.

Los materiales slidos empleados como adsorbentes son productos naturales o sintticos. En cualquier caso, el proceso de fabricacin ha de asegurar un gran desarrollo superficial mediante una elevada porosidad. Los adsorbentes naturales (arcillas, zeolitas) tienen pequeas superficies. Los adsorbentes industriales y los carbones activados de buena calidad pueden llegar a tener entre 1.000 y 1.500 m2/g.

Otras caractersticas importantes que debe reunir un buen adsorbente son las siguientes:

1) Alta capacidad de adsorcin. La relacin de equilibrio entre las fases influye en la eficacia con que se alcanza la capacidad final y, en muchos casos, controla la capacidad real del soluto. Como quiera que los mecanismos de unin son muy

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complejos y no se han determinado con precisin an, no se dispone de una norma satisfactoria mediante la cual puedan preverse, a priori las afinidades relativas entre un material poroso y una sustancia. 2) Propiedades fsicas y tamao de partcula adecuados para garantizar la necesaria resistencia mecnica y facilidad de manejo, produciendo la menor prdida de carga posible tanto en lechos fijos como en los mviles o fluidizados. 3) Coste bajo, tanto de la materia prima como del proceso de fabricacin. 4) Fcil regeneracin; por desorcin, especialmente en el caso de los procesos continuos.

Tipos de poros dentro de una partcula de carbn.

La IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemists) para clasificar los poros, se basa en el dimetro de acuerdo a lo siguiente:

microporos: menores a 2 nm; tienen un tamao adecuado para retener molculas pequeas, que aproximadamente corresponden a compuestos ms voltiles que el agua, tales como olores, sabores y muchos solventes. mesoporos: entre 2 y 50 nm. macroporos: mayores de 50 nm (tpicamente 200 a 2000 nm); atrapan molculas grandes, tales como las que son coloreadas o las substancias hmicas - cidos hmicos y flvicos- que se generan al descomponerse la materia orgnica.

3.4. ISOTERMAS DE ADSORCIN

La isoterma de adsorcin es la relacin de equilibrio entre la concentracin en la fase fluida y la concentracin en las partculas del adsorbente a una temperatura dada. La concentracin de adsorbato sobre el slido viene dada como masa adsorbida por unidad de masa de adsorbente original.

Existen tres isotermas principales para ajustar los datos experimentales obtenidos en el laboratorio, dependiendo del tipo de adsorcin que se presente. Estas isotermas son las de LANGMIUR, BET Y FREUNDLICH; las dos primeras de origen

12

terico y la tercera de origen emprico. A continuacin se presentan las correlaciones para cada una de las mismas.

Isoterma de Langmuir

El primer modelo de adsorcin gaseosa fue propuesto por Langmuir (1916). El modelo clsico de Langmuir es limitado a la adsorcin en monocapa. Langmuir asume que las molculas de los solutos tienen una superficie extraordinaria que tienen una alta probabilidad de ser adsorbidas y las molculas alrededor de las molculas adsorbidas tienen gran probabilidad de ser desorbidas. En el equilibrio el nmero de molculas adsorbidas es igual al nmero de molculas desorbidas al mismo tiempo. Las probabilidades de la interaccin entre la superficie adsorbente y el soluto adsorbido son relativamente fuertes.

En este modelo se supone que:

1) el adsorbato forma una capa monomolecular sobre la superficie; 2) todos los sitios de la superficie son equivalentes; 3) no hay interaccin entre las partculas adsorbidas y 4) las molculas adsorbidas no tienen movimiento sobre la superficie.

XmC

KXm)M/X(C += 1 (1)

Donde: X: Cantidad de soluto adsorbido. M: Dosis de carbn. C: Concentracin final de la solucin o de equilibrio. Xm: Cantidad de adsorbato necesaria para forma una monocapa sobre un gramo de adsorbente. Corresponde al valor del inverso de la pendiente de la funcin lineal que resulta al representar en una grfica: C/X contra C. K: Constante relacionada con el calor de adsorcin. Tambin se puede encontrar de la grfica anterior.

13

Isoterma de BET (Brunauer, Emmett y Teller)

La isoterma mas usada para analizar la adsorcin en multicapas se debe a S. Brunauer, P. Emmett y E. Teller (1938) denominada BET. Para su deduccin se parte de tres supuestos:

1) todos los centros de adsorcin de la superficie son equivalentes 2) la capacidad de adsorcin de un centro no depende del grado de ocupacin de los centros vecinos. 3) sobre cada centro pueden adsorberse varias capas de molculas, siendo el calor de adsorcin para todas ellas equivalentes excepto para la primera.

OO CC

.

KXmK

KXm)CC)(M/X(C 11 += (2)

Donde: CO: Concentracin inicial de la solucin. X: Cantidad de soluto adsorbido. M: Dosis de carbn. Xm: Se encuentra combinando la pendiente con el intercepto de la funcin lineal, que resulta cuando se hace la grfica: C/X.(CO C) contra C/CO. Es decir:

Xm = 1/(Pendiente + intercepto) (3) K: Constante relacionada con el calor de adsorcin.

Isoterma de Freundlich

El modelo de isoterma de Freundlich es aplicable a superficies heterogneas pero se asume adsorcin monocapa, las caractersticas cualitativas de las isotermas de adsorcin de diversos materiales son muy similares. De hecho, los resultados de la adsorcin de solutos diversos se ajustan bastante bien, en un intervalo restringido de concentraciones (m), a los que predice la siguiente ecuacin emprica, propuesta en 1909 por Freundlich:

KCMX n

.

/1= (4)

14

Donde: X: Cantidad de soluto adsorbido. M: Masa de carbn. C: Concentracin final de la solucin o de equilibrio. K y n: Constantes empricas; se obtienen mediante mtodos de regresin.

Cuando 1/n = 1, la reaccin es lineal y se denomina particionamiento. Cuando 1/n< 1, se dice que la reaccin es favorable. Cuando 1/n>1, se dice que la reaccin es desfavorable, debido a que existe una cierta reversibilidad. La mayora de adsorbentes exhiben una u otra adsorcin lineal o favorable. Los modelos de Langmuir y Freundlich en el caso de 1/n< 1 son ambas cncavas hacia abajo as que ambos modelos se pueden correlacionar a datos similares

15

4. METODOLOGIA

La metodologa utilizada durante el desarrollo del presente estudio involucra una serie de pasos indispensables para obtener un diseo adecuado de las columnas piloto de adsorcin.

En primer lugar se realizaron ensayos preliminares para obtener los rangos de dosis de carbn activado granular (CAG), tiempo de contacto y variacin de pH de la muestra. Posteriormente y de acuerdo con los resultados obtenidos en los ensayos preliminares se realiz un diseo experimental con el fin de hacer una experimentacin confiable y reproducible con un nmero de ensayos significativo. Se realiz el anlisis estadstico para verificar el modelo de diseo experimental empleado y ayudar a la seleccin de los parmetros de diseo de las columnas piloto tales como dosis ptima de CAG, tiempo ptimo de contacto y remociones de color obtenidas para el tratamiento de los lixiviados. Tambin con los resultados encontrados en el establecimiento de las condiciones ptimas de operacin, se realiz el trazado de las isotermas de adsorcin para definir el tipo de adsorcin que se presenta y poder basar el diseo de las columnas de adsorcin piloto en las anteriores condiciones.

4.1. LIXIVIADO A TRATAR

Se trataron los lixiviados del efluente del reactor UASB, del filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA) y el lixiviado viejo con el fin de determinar para qu tipo de efluente se hace ms efectivo el proceso y comparar el comportamiento de los tres, ya que cada uno tiene caractersticas que los hace diferentes.

En este caso el lixiviado viejo es el que presenta la menor concentracin de slidos y componentes orgnicos frente al lixiviado nuevo, por esta razn en muchos casos no se tratan por mtodos biolgicos, sin embargo se utilizan tratamientos fisicoqumicos que garantizan el vertimiento adecuado de este tipo de aguas, removiendo esos componentes que por degradacin y filtracin en el terreno no se han eliminado y que causan un problema mnimo, pero de importancia en el

16

17

momento de verter estos lixiviados a los cuerpos de agua. Para los efluentes del reactor UASB y el del filtro anaerobio de flujo ascendente un tratamiento fisicoqumico despus de un tratamiento biolgico es lo que generalmente se utiliza para depurar componentes que no se degradan biolgicamente; la tcnica de adsorcin sobre carbn activado es una buena opcin teniendo en cuenta la capacidad del adsorbente para remover compuestos causantes del color y de la carga orgnica, adems es un proceso que se ha utilizado por otros rellenos sanitarios en el mundo obtenindose buenos resultados en el tratamiento de este tipo de aguas residuales.

La tabla 2 resume los principales parmetros fisicoqumicos determinados al lixiviado en cada una de las etapas de tratamiento previas a los procesos de adsorcin.

Tabla 2. Caractersticas principales de los efluentes Lixiviado viejo Reactor UASB TRH= 48 17.5 h

FAFA TRH= 42 h Parmetro

Rango DQO (mg/l) ***** 580 5500 7193 -15320 DBO (mg/l) ***** 384 1200 4058 - 8924 SSV (mg/l) ***** 100 600 248 - 940 SST (mg/l) 28,5 72,5 ***** *****

Color (mg Pt-Co/l) 331 - 1660 1180 - 2950 1240 2690 Turbiedad (FAU) 50 280 840 - 1750 320 - 830

pH 7.66 8.62 7.97 8.46 8.17 8.50 Fuente. Laboratorio de la Empresa Metropolitana de aseo EMAS S.A .

***** Datos no disponibles.

Puntos de muestreo para los tres efluentes.

Figura 2. Punto de muestreo del lixiviado viejo

18

Figura 3. Punto de muestreo del efluente del reactor UASB

Figura 4. Punto de muestreo del Filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA)

4.2. MATERIALES Y EQUIPOS

4.2.1 Materiales

Agua destilada

Para los ensayos de DQO se utiliz dicromato de potasio 0.25 N. reactivo de digestin, reactivo de cido sulfrico, y solucin FAS.

Carbn activado como adsorbente El adsorbente empleado para llevar a cabo la investigacin fue el carbn activado mineral de fabricacin colombiana (Sulfoqumica en Medelln), fabricado a partir de cscara de coco.

Figura 5. Carbn activado de la fbrica Sulfoqumica de Medelln

Tabla 3. Caractersticas fisicoqumicas principales del carbn activado CARACTERSTICA Fabricante Sulfoqumica (Medelln) Origen Cscara de coco;

cuesca de palma africana N de yodo (mg I2/g CA) 931.8 Densidad aparente (g/ml) 0.45 0.50 DUREZA (%) 75 HUMEDAD (%) 2.45 PH 9.5 10.5 Coeficiente de uniformidad 1.87 Tamao efectivo (mm) 0.67

Fuente. Sulfoqumica Medelln

4.2.2. Equipos

Equipo de jarras: capacidad para 6 jarras de 1 litro, sistemas que cuentan con un dispositivo de agitacin, que permiten el contacto continuo del carbn con la muestra (VELT SCIENTIFIC C6F)

pH metro: Handylab 1 marca schot

Espectrofotmetro: Espectroquant Nova 60

19

20

Figura 6. Equipo de laboratorio utilizado en la prctica

4.3. DISEO EXPERIMENTAL

Para evaluar el efecto de las variables independientes de la experimentacin (dosis de CAG y tiempo de contacto) se aplic un modelo de clasificacin simple diseado de manera que se dispusiera una cantidad considerable de niveles de tratamiento en un arreglo factorial 6x6 (seis dosis de carbn y seis tiempos de contacto). Se realizaron tres ensayos por efluente. Para cada uno de los ensayos y para cada efluente se tomaron dos replicas, que verificaron finalmente el modelo del diseo experimental.

4.3.1. Variables independientes

Son las que se pueden manipular en el laboratorio y que afectan las variables dependientes, en este caso son la dosis de carbn activado y el tiempo de contacto siendo los parmetros que estn directamente relacionados con la viabilidad del proceso tcnica y econmicamente; los rangos de trabajo de las dos variables se fijaron basados en los mejores resultados de remocin de color de los ensayos preliminares (Anexo A).

Tabla 4. Rangos de trabajo de las variables independientes Variable independiente Valor

Dosis de carbn (g/l) 40 60 80 100 120 - 140 Tiempo de contacto (min) 60 90 120 150 180 - 210

4.3.2. Variables dependientes

Son las variables de importancia y seguimiento del presente trabajo, y que permiten determinar la eficiencia del proceso de adsorcin sobre carbn activado.

9 Color real y 9 color aparente

4.4. PROCEDIMIENTOS

4.4.1. Ensayos preliminares

Para determinar los rangos de trabajo para las variables de dosis de carbn, tiempo de contacto y pH fue necesario realizar algunos ensayos previos que requirieron gran importancia en el transcurso de la primera etapa de la investigacin, ya que demandaron la mayor parte del tiempo del desarrollo de este proyecto, debido a que las condiciones de trabajo se variaron en un rango amplio para determinar claramente las condiciones de trabajo.

Para la dosis de carbn inicialmente se hicieron ensayos con cantidades pequeas (1 y 2 g/l de CAG) y los resultados fueron muy desalentadores en cuanto a la remocin de color, siendo casi imposible determinar la cantidad de soluto que poda adsorber esta cantidad de adsorbente; sin embargo se aumento la dosis a 5 y 10 g/l presentndose saturacin del carbn muy rpida y remociones de color bajas, del orden del 10 al 15% (Anexo A1) y con poca probabilidad de elegir esta tcnica como eficiente.

En concordancia con experiencias sobre estudios de adsorcin con carbn activado y la teora que sugieren que la eficiencia de esta se ve influenciada por una

21

variacin en el pH del efluente tratado se prosigui a tomar como una segunda alternativa acidificar los tres efluentes de trabajo a pH 6 y 4, teniendo en cuenta que al acidificar los efluentes podra mejorar el proceso dependiendo del tipo de compuestos remanentes en el lixiviado despus de los tratamientos previos en el caso del reactor UASB y el filtro anaerobio de flujo ascendente FAFA, tambin se amplio el rango de dosis de carbn a 50 y 100 g/l para comparar el comportamiento frente a dosis alta y pH bajo.

El tiempo fue la variable que siempre se manej en el mismo rango de 1 a 5 horas, ya que grficamente fue el periodo necesario para determinar la saturacin del carbn independiente de la dosis del mismo. Este rango como se dijo anteriormente se fij inicialmente basados en datos tericos y de otras plantas, sin embargo en el transcurso de la experimentacin se determino como un rango adecuado para manejar este tipo de aguas y definir el tiempo ptimo de contacto del adsorbente con el adsorbato.

Los resultados fueron mejores para las ltimas condiciones de dosis de carbn considerando que la cantidad de soluto adsorbible es muy alta; pero para el pH el comportamiento fue muy similar.

El siguiente procedimiento se sigui para los tres efluentes de trabajo, lixiviado viejo, efluente del reactor UASB y efluente del FAFA.

1. Se tom una muestra del efluente. 2. Se midieron las condiciones iniciales como temperatura, pH, turbiedad, y

concentracin (color). 3. Se coloc el lixiviado en un equipo de jarras (1l en cada jarra) en contacto con

diferentes masas de carbn (5, 10, 50 y 100g) y un pH determinado (4, 6, y pH inicial) Los nuevos valores de pH se fijaron con HCL concentrado y H2SO4 concentrado.

4. Se someti a agitacin (90 rpm). 5. Posteriormente se tomaron muestras en funcin del tiempo de contacto (1, 2, 3,

4, y 5 horas) y se midi el pH, temperatura, turbiedad y el color aparente y real

22

por medio del espectrofotmetro (SPECTROCUANT NOVA 60) para evaluar la remocin obtenida en funcin del tiempo, en funcin de la dosis de carbn y el pH .

6. Se graficaron los datos anteriores (la concentracin contra el tiempo de contacto).

4.4.2. Tiempo de contacto, dosis de carbn y remocin de color

1. Se tom una muestra del efluente. 2. Se le midieron las condiciones iniciales: Concentracin (color aparente y real),

temperatura, turbiedad y pH. 3. Posteriormente se transfiri en cada jarra un volumen de 1L de muestra con una

cantidad determinada de carbn activado (40, 60, 80, 100, 120 y 140 g/l). 4. Se encendi el equipo de jarras, y se ajust la velocidad de agitacin a 90rpm. 5. Se tomaron muestras en funcin del tiempo de contacto y se le midieron las

condiciones finales de concentracin, temperatura, turbiedad y pH. 6. Los valores obtenidos se graficaron en funcin del tiempo.

4.4.3. Determinacin de las isotermas de adsorcin

De los ensayos anteriores se determin el tiempo ptimo de contacto del carbn activado para los tres efluentes; los datos obtenidos para este tiempo se correlacionaron para las tres isotermas de adsorcin desarrolladas anteriormente (isoterma de Freundlich, Langmuir y BET) para definir que tipo de adsorcin se presenta en este tipo de agua residual si qumico o fsico y monocapa o multicapa, para poder definir cul de los modelos tericos se ajustaba mejor a las condiciones experimentales, y posteriormente utilizar los datos para el diseo de las columnas de adsorcin piloto.

23

24

5. RESULTADOS Y ANLISIS DE RESULTADOS.

5.1. RANGO DE DOSIS DE CARBN ACTIVADO, VARIACIN DEL PH DE LA MUESTRA Y RANGO DE TIEMPO DE CONTACTO DEL CARBN.

Todos los ensayos previos fueron de gran importancia para seleccionar los mejores rangos de operacin que permitieron definir el diseo experimental que es lo que finalmente asegur el nmero de muestreos y medidas para seleccionar los parmetros ptimos (Anexo A1).

0

20

40

60

80

0 60 120 180 240 300Tiempo (min)

Rem

oci

n (%

)

CAG 5g, pH inicialCAG 10g, pH inicialCAG 5g, pH 4CAG 10g, pH 4CAG 5g, pH 6CAG 10g, pH 6CAG 50g, pH inicialCAG 100g, pH inicialCAG 50g, pH 4CAG 100G, pH 4CAG 50g, pH 6CAG 100g, pH 6

Figura 7. Remocin de color del FAFA

0

20

40

60

80

100

0 60 120 180 240 300Tiempo (min)

Rem

oci

n (%

)

CAG 5g, pH inicial

CAG 10g, pH inicial

CAG 5g, pH 4

CAG 10g, pH 4

CAG 5g, pH 6

CAG 10g, pH 6

CAG 50g, pH inicial

CAG 100g, pHinicialCAG 50g, pH 4

Figura 8. Remocin de color del Lixiviado viejo

En la figura 7 y 8 se representan los ensayos experimentales y es evidente la diferencia para cada variable; en el caso del pH se ve claramente que la influencia de la variacin del pH no es apreciable frente a los porcentajes de remocin de color, esto se debe probablemente a que a pH bsico (8 aproximadamente) predomina la forma molecular de algunos compuestos orgnicos como fenoles, los cuales estn presentes en los lixiviados y son adsorbidos por el carbn. Algunos estudios han establecido que la adsorcin aumenta para compuestos no ionizados en forma molecular con respecto a su forma ionizada debido a que sta es hidrosoluble (Durn Moreno A., 1997). Por estas razones se consider conveniente trabajar con el pH inicial, para evitar el costo de reactivos en la acidificacin de los efluentes.

La dosis de carbn se determino que esta alrededor de 100 g/l, basados en los ensayos preliminares y comparando los porcentajes de remocin, ya que para dosis de carbn de 510 g/l la remocin mxima fue de 15% y para 50 100 g/l llegaron hasta un 80% considerando que la dosis se encuentra en este rango.

A si mismo para el tiempo de contacto se considero un tiempo entre 60 y 210 minutos basados en la leve estabilizacin de los porcentajes de remocin de color en este rango y que lo importante en esta etapa es definir el rango de tiempo para determinar el tiempo ptimo de contacto del carbn activado.

Los valores determinados anteriormente de dosis de carbn y tiempo de contacto sirvieron para determinar el diseo experimental que se llevo a cabo durante la prctica y que se menciono anteriormente con sus respectivas variaciones.

5.2. TIEMPO DE CONTACTO, DOSIS DE CARBN Y REMOCIN DE COLOR

Las pruebas que se realizaron variando la dosis de carbn activado y tiempo de contacto permitieron determinar los parmetros ptimos para dichas variables; teniendo en cuenta que para cada efluente se hicieron tres ensayos con el fin de comparar el efecto de la variacin de concentracin inicial de los lixiviados y que por

25

26

cada ensayo se tomaron dos replicas que se promediaron para graficar y determinar los parmetros de dosis de carbn y tiempo de contacto.

A continuacin se presentan de manera grfica los mejores resultados de los ensayos realizados para la obtencin de los parmetros ptimos del proceso de adsorcin, que fueron posteriormente utilizados para el trazado de las isotermas de adsorcin. (Anexo 2).

Figuras del 9 al 14. Remociones de color de los tres efluentes frente al tiempo de contacto del carbn activo.

0102030405060708090

0 30 60 90 120 150 180 210Tiempo (min)

Rem

oci

n (%

)

CAG 40g CAG 60g CAG 80gCAG 100g CAG 120g CAG 140g

Figura 9. Remocin de color aparente del lixiviado viejo (segundo ensayo)

0102030405060708090

0 30 60 90 120 150 180 210Tiempo (min)

Rem

oci

n (%

)

CAG 40 CAG 60 CAG 80CAG 100 CAG 120 CAG 140

Figura 10. Remocin de color real del lixiviado viejo (segundo ensayo)

27

010203040506070

0 30 60 90 120 150 180Tiempo (min)

Rem

oci

n (%

)


Figura 11. Remocin de color aparente del efluente del FAFA (primer ensayo)

01020304050607080

0 30 60 90 120 150 180Tiempo (min)

Rem

oci

n (%

)


Figura 12. Remocin de color real del efluente del FAFA (primer ensayo)

010203040506070

0 30 60 90 120 150 180 210Tiempo (min)

Rem

oci

n (%

)


Figura 13. Remocin de color aparente del reactor UASB (primer ensayo)

28

01020304050607080

0 30 60 90 120 150 180 210Tiempo (min)

Rem

oci

n de

col

or (%

)


Figura 14. Remocin de color real del reactor UASB (primer ensayo)

Con base a los resultados de las figuras 9 al 14 se puede observar que la mayor parte de la adsorcin se lleva a cabo en los primeros 90 minutos y que en adelante el aumento del porcentaje de remocin de color tanto real como aparente es mnimo frente al tiempo transcurrido, indicando la saturacin del carbn, por ende se puede seleccionar este tiempo como el tiempo de contacto ptimo del carbn activado para los tres efluentes estudiados.

Figuras del 15 al 20. Remociones de color de los tres efluentes frente a la dosis de carbn activo.

0102030405060708090

0 20 40 60 80 100 120 140Dosis de carbn (g/l)

Rem

oci

n %

60 min. 90 min. 120 min.150 min. 180 min. 210 min.

Figura 15. Remocin de color aparente del lixiviado viejo (segundo ensayo)

29

0102030405060708090

100

0 20 40 60 80 100 120 140Dosis de CAG (g/l)

Rem

oci

n %

60 min. 90 min 120 min.150 min. 180 min. 210 min.

Figura 16. Remocin de color real lixiviado viejo (segundo ensayo)

010203040506070

0 20 40 60 80 100 120 140Dosis de CAG (g/l)

Rem

oci

n %

60 min. 90 min. 120 min.150 min. 180 min.

Figura 17. Remocin de color aparente del efluente de FAFA (primer ensayo)

01020304050607080

0 20 40 60 80 100 120 140Dosis de CAG (g/l)

Rem

oci

n %

60 min. 90 min. 120 min.150 min. 180 min.

Figura 18. Remocin de color real efluente de FAFA (primer ensayo)

30

010203040506070

0 20 40 60 80 100 120 140Dosis de CAG (g/l)

Rem

oci

n %

60 min 90 min. 120 min.150 min. 180 min. 210 min.

Figura 19. Remocin de color aparente del efluente del reactor UASB (primer ensayo)

010203040506070

0 20 40 60 80 100 120 140Dosis de CAG (g/l)

Rem

oci

n %

60 min. 90 min. 120 min.150 min. 180 min. 210 min.

Figura 20. Remocin de color real del efluente del reactor UASB (primer ensayo)

En cuanto a la remocin de color frente a la dosis de carbn se observ que hay una leve estabilizacin a partir de 80 g/l y tal vez es ms clara a partir de los 10g/l, sin embargo al comparar las diferencias de porcentaje de remocin entre las dosis no excede el 4%, por lo cual no se justificara tomar la dosis de 100g/l para obtener una remocin similar a la de 80g/l; por consiguiente se sugiere la dosis de 80g/l como la dosis ptima. Se puede corroborar con los datos reportados en el Anexo B.

5.3. ANLISIS ESTADSTICO

Se utiliz el paquete estadstico SPSS (Statistical Pckage for Social Science) versin 9.0 para desarrollar el anlisis estadstico de las variables independientes: dosis de CAG y tiempo de contacto, y evaluar el efecto sobre las variables dependientes: remocin de color aparente y color real.

Mediante un anlisis univariable factorial de varianza se verific el modelo de diseo experimental empleado comprobando que era confiable y los resultados se utilizaron para corroborar los datos seleccionados anteriormente como parmetros ptimos de las variables independientes de la presente investigacin

Tabla 5. Anlisis de varianza (ANOVA) para remocin de color real para el lixiviado viejo

Ensayo Fuente de Variacin

Suma de cuadrados Tipo III df

Media de cuadrados F Sig. P

Tiempo (min) 811,077 5 162,215 186,192 ,000 Dosis CAG (g/l) 7259,049 5 1451,810 1666,395 ,000 Tiempo * CAG 96,156 25 3,846 4,415 ,000

Error 64,471 74 ,871 Total 605518,535 111

1

Coeficiente de determinacin R2= 0,997 Tiempo (min) 2001,739 5 400,348 295,536 ,000

Dosis CAG (g/l) 6067,800 5 1213,560 895,849 ,000 Tiempo * CAG 170,620 25 6,825 5,038 ,000

Error 100,244 74 1,355 Total 602833,776 111

2

Coeficiente de determinacin R2 = 0,996 Tiempo (min) 2221,991 5 444,398 396,999 ,000


Error 82,835 74 1,119 Total 584465,478 111

3

Coeficiente de determinacin R2= 0,997

Tabla 6. Anlisis de varianza (ANOVA) para remocin de color real para el efluente del FAFA

EnsayoFuente de variacin


Media de cuadrados F Sig.P

Coeficiente de determinacin R2=0,996 Tiempo (min) 5746,077 5 1149,215 4538,013 ,000


Error 15,701 62 ,253 Total 316239,810 93

1



Error 34,689 74 ,469 Total 387822,904 111

2



Error 57,170 74 ,773 Total 397332,623 111

3


31

Tabla 7. Anlisis de varianza (ANOVA) para remocin de color para el efluente del reactor UASB

EnsayoFuente de variacin


Media de cuadrados F Sig. P

Tiempo (min) 2806,264 5 561,253 260,600 ,000 Dosis CAG (g/l) 6154,193 5 1230,839 571,501 ,000 Tiempo * CAG 215,676 25 8,627 4,006 ,000

Error 159,373 74 2,154 Total 372985,146 111

1



Error 328,384 74 4,438 Total 381129,550 111

2



Error 200,041 74 2,703 Total 386007,711 111

3


De acuerdo con la tablas 5, 6 y 7 de anlisis de varianza se puede constatar con los valores de significanca P, que los efectos de la dosis de CAG (g/l) y tiempo de contacto (min) de forma independiente y combinada sobre la remocin de color real de los efluentes son significativos para el lixiviado viejo (P 0.01), para el FAFA (P 0.01), y para el UASB (P< 0,05), aunque en algunos ensayos se encontr que el efecto combinado de estas variables no es significativo sobre la remocin de color aparente (anexo 3)

El promedio del valor del coeficiente de determinacin para la remocin de color real es R2=0,997 para el lixiviado viejo, R2=0,998 para el efluente del FAFA y R2=0,988 para el reactor UASB, indican que el modelo de diseo experimental adoptado explica el 99.7% para el lixiviado viejo, el 99.8% para el efluente del FAFA y 98.8% para el reactor UASB de la variabilidad de los datos.

32

Datos estadsticos

Tabla 8. Remocin de color real del lixiviado viejo * Dosis de CAG Ensayo Dosis CAG(g/l) Media

Desviacin estndar Mximo Mnimo Mediana Moda Variaza Rango

0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00 40 59,33 3,343 65,22 54,04 60,74 55,21 11,18 11,18 60 68,66 3,974 75,78 62,50 67,91 63,19 15,79 13,28 80 75,04 3,296 78,88 68,75 75,00 69,94 10,86 10,13 100 78,91 2,820 82,61 74,23 79,32 74,23 7,95 8,38 120 80,89 2,592 84,38 75,78 81,06 76,07 6,72 8,60

1

140 83,37 2,159 86,34 78,26 83,60 81,60 4,66 8,08 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

40 61,74 5,886 68,52 50,93 63,77 51,40 34,64 17,59 60 67,79 5,824 74,07 54,21 69,72 54,21 33,92 19,86 80 73,59 4,519 78,70 64,49 75,23 64,49 20,43 14,21 100 77,74 3,343 82,24 71,96 78,34 71,96 11,18 10,28 120 81,33 4,318 88,18 73,15 81,10 73,83 18,65 15,03

2

140 82,97 3,856 88,18 76,36 82,73 76,64 14,87 11,82 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

40 58,71 7,014 67,14 45,26 60,07 45,26 49,20 21,88 60 66,90 5,589 72,46 56,52 68,59 57,66 31,24 15,94 80 72,85 5,148 79,71 63,04 73,03 64,23 26,50 16,67 100 76,46 4,378 80,29 68,61 78,91 68,61 19,17 11,68 120 79,43 3,499 84,06 72,46 79,64 72,99 12,25 11,60

3

140 83,33 3,295 87,14 77,37 84,73 77,37 10,86 9,77

Tabla 9. Remocin de color real del efluente del FAFA * Dosis de CAG Ensayo Dosis CAG (g/l) Media

Desviacin estndar Mximo Mnimo Mediana Moda Varianza Rango

0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00 40 44,22 4,597 50,00 35,96 44,30 35,96 21,14 14,04 60 52,83 4,295 57,89 45,61 53,30 46,49 18,44 12,28 80 58,97 4,088 63,00 51,32 60,35 51,32 16,71 11,68 100 62,90 4,595 67,98 54,82 64,47 54,82 21,11 13,16 120 64,95 3,852 68,28 57,71 66,96 57,89 14,84 10,57

1

140 67,76 2,739 70,48 62,72 69,16 62,72 7,50 7,76 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

40 46,40 5,265 52,68 37,86 47,69 39,02 27,72 14,82 60 54,11 4,047 59,02 46,12 55,23 47,32 16,38 12,90 80 59,09 4,087 63,90 51,22 60,25 52,20 16,70 12,68 100 62,83 3,716 68,45 55,61 63,41 55,61 13,81 12,84 120 65,80 4,082 71,22 58,54 66,34 59,02 16,67 12,68

2

140 67,83 3,103 72,68 63,11 67,96 63,41 9,63 9,57 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

40 46,44 6,111 54,55 34,18 47,71 35,53 37,35 20,37 60 55,13 5,868 61,42 42,86 56,60 45,18 34,44 18,56 80 60,29 5,239 66,33 50,00 61,27 50,76 27,45 16,33 100 63,82 4,765 69,70 54,55 64,21 55,84 22,71 15,15 120 66,36 4,409 71,21 57,36 66,93 57,36 19,44 13,85

3

140 67,96 3,797 72,08 60,20 68,20 61,93 14,42 11,88

33

Tabla 10. Remocin de color real del efluente del reactor UASB * Dosis de CAG Ensayo DOSIS CAG (g/l) Media


0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00 40 44,77 6,362 51,55 30,21 47,15 48,96 40,48 21,34 60 52,36 6,248 59,38 40,21 53,90 59,38 39,03 19,17 80 58,16 6,652 64,95 44,79 59,59 64,58 44,25 20,16 100 61,44 4,992 67,01 51,55 63,22 66,67 24,92 15,46 120 64,31 4,864 69,07 55,67 66,33 68,75 23,65 13,40

1

140 67,13 3,847 72,16 59,79 68,91 68,75 14,80 12,37 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

40 36,87 4,598 41,67 27,12 38,98 40,00 21,14 14,55 60 43,48 3,277 47,50 34,75 44,96 45,83 10,74 12,75 80 51,20 4,740 55,83 41,53 53,78 55,83 22,47 14,30 100 53,82 4,940 59,17 44,92 55,03 59,17 24,40 14,25 120 55,31 4,141 60,00 47,50 56,78 60,00 17,15 12,50

2

140 57,35 3,704 60,00 48,31 58,82 59,17 13,72 11,69 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

40 43,51 6,173 55,00 32,65 43,43 34,00 38,11 22,35 60 53,46 6,264 63,00 42,86 53,50 46,00 39,24 20,14 80 59,45 4,707 66,00 49,00 60,11 49,00 22,15 17,00 100 64,77 4,895 72,00 56,00 66,00 56,00 23,96 16,00 120 65,44 4,964 73,00 53,00 67,00 53,00 24,64 20,00

3

140 67,34 3,151 73,00 61,22 67,18 63,00 9,93 11,78

Los datos estadsticos reportados en las tablas 8, 9 y 10 para los tres ensayos de los efluentes, evidencian una diferencia aproximada del 4% entre los valores promedios de remocin de color real para las dosis de 80 y 100g/l de CAG, es decir si se quisiere escoger una dosis ptima de CAG podramos sugerir en primera instancia una dosis de 80 g/l, basados solamente en un ahorro en el consumo de CAG y en que para esta dosis se alcanza una remocin considerable.

Tabla 11. Remocin de color real del lixiviado viejo * tiempo

Ensayo TIEMPO (min) Media Desviacin

estndar Mximo Mnimo Mediana Moda Varianza Rango 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

90 70,04 8,900 81,60 54,38 72,09 55,21 79,20 27,22 120 72,02 9,298 81,99 54,04 74,61 55,21 86,46 27,95 150 73,55 8,481 84,66 58,75 75,61 60,74 71,93 25,91 180 76,31 8,204 84,66 60,74 79,32 60,74 67,31 23,92 210 76,42 8,526 85,63 60,74 79,69 60,74 72,69 24,89

1

240 77,86 7,672 86,34 61,88 80,24 63,19 58,86 24,46 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

60 66,56 9,580 76,85 50,93 69,78 51,40 91,77 25,92 90 70,97 8,842 82,73 56,48 71,11 57,94 78,18 26,25 120 74,45 6,468 81,82 61,68 76,05 61,68 41,83 20,14 150 76,00 7,116 83,33 62,96 78,14 64,49 50,64 20,37 180 78,05 7,545 87,96 63,89 78,34 67,29 56,92 24,07

2

210 79,13 7,315 88,18 67,27 79,63 67,29 53,51 20,91

34

0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00 30 64,65 10,820 78,57 45,26 66,45 45,26 117,07 33,31 60 69,55 9,256 80,29 53,28 71,59 53,28 85,67 27,01 90 74,09 8,461 84,78 59,12 76,01 59,12 71,59 25,66 120 74,70 8,059 85,71 58,39 76,28 58,39 64,95 27,32 150 77,14 7,267 86,43 63,77 78,42 64,23 52,81 22,66

3

180 77,55 7,186 87,14 64,96 79,64 64,96 51,64 22,18

Tabla 12. Remocin de color real del efluente del FAFA * tiempo Ensayo TIEMPO (min) Media


0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00 60 51,83 8,839 63,44 35,96 53,51 35,96 78,13 27,48 90 57,30 8,373 67,98 42,73 59,34 42,98 70,11 25,25 120 59,81 8,843 69,30 44,30 62,72 44,30 78,20 25,00 150 61,49 7,852 69,30 46,70 63,60 47,37 61,66 22,60

1

180 62,59 7,378 70,48 49,34 65,27 49,56 54,44 21,14 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

60 52,65 8,512 63,41 37,86 53,91 39,02 72,45 25,55 90 56,28 8,276 65,37 41,26 58,50 41,46 68,48 24,11 120 59,39 7,405 67,96 45,37 61,46 45,85 54,83 22,59 150 61,44 7,124 68,93 48,78 63,17 48,78 50,74 20,15 180 63,36 7,218 72,68 50,24 64,88 51,22 52,10 22,44

2

210 62,93 7,009 71,71 51,71 63,26 51,71 49,12 20,00 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

60 50,93 8,816 61,93 34,18 53,29 35,53 77,73 27,75 90 58,04 7,806 67,17 44,44 60,16 45,18 60,93 22,73 120 59,11 8,514 68,02 41,84 60,67 43,15 72,48 26,18 150 62,52 6,860 69,70 50,00 64,12 50,76 47,06 19,70 180 64,36 7,299 72,08 49,49 67,09 50,76 53,27 22,59

3

210 65,06 6,595 72,08 52,55 66,84 52,79 43,49 19,53

Tabla 13. Remocin de color real del efluente del reactor UASB * tiempo Ensayo TIEMPO (min) Media


0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00 60 48,56 9,647 61,46 30,21 49,49 61,46 93,07 31,25 90 54,14 7,905 65,63 38,14 56,19 65,63 62,49 27,49 120 59,25 8,008 72,16 46,88 59,79 68,75 64,13 25,28 150 61,49 6,725 69,79 47,92 63,41 69,79 45,23 21,87 180 62,01 7,941 69,79 46,39 64,95 69,79 63,06 23,40

1

210 62,70 7,490 71,13 48,45 65,28 68,75 56,09 22,68 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

60 42,03 7,839 51,67 27,12 44,96 51,67 61,46 24,55 90 47,72 7,711 60,00 34,17 49,58 56,67 59,46 25,83 120 50,28 7,005 59,32 37,29 53,33 58,33 49,07 22,03 150 52,23 7,834 60,00 38,33 55,84 60,00 61,38 21,67 180 52,74 7,683 60,00 38,98 56,67 60,00 59,03 21,02

2

210 53,02 7,426 60,00 40,00 56,25 59,17 55,15 20,00 0 0,00 0,000 ,00 ,00 0,00 ,00 0,00 ,00

60 51,28 10,076 64,00 32,65 54,03 34,00 101,52 31,35 90 56,21 8,417 66,33 40,82 59,00 44,00 70,85 25,51 120 57,77 9,791 68,00 38,00 61,14 38,00 95,86 30,00 150 60,46 8,774 68,00 42,86 64,50 46,00 76,98 25,14 180 62,69 8,150 70,00 46,00 65,68 46,00 66,43 24,00

3

210 65,55 7,135 73,00 52,00 66,50 52,00 50,90 21,00

35

De acuerdo con los datos consignados en las tablas 11, 12 y 13 para los tres ensayos realizados, se observa que para un tiempo de contacto a 90 minutos la remocin de color real alcanza un valor promedio de 71.93% para el lixiviado viejo, 57.2% para el FAFA y 52.69% para el reactor UASB, valores que no cambian apreciablemente en los siguientes 30 y 60 minutos. Con lo cual existe un indicio de que este tiempo de contacto podra ser el valor ptimo para el tratamiento. Para una adecuada seleccin de los parmetros ptimos se realizo adems un test de Tukey HSD con una confiabilidad del 95 %.de comparaciones mltiples para la diferencia de medias.

Tabla 14. Test de comparaciones mltiples de medias Efluente Variable (I) (J) Diferencia de

medias (I-J)Error

estndar Sig. Limite inferior

Limite superior

0 70,0411 ,5821 ,000 68,2769 71,8054 120 -1,9794 ,3111 ,000 -2,9225 -1,0364 150 -3,5117 ,3111 ,000 -4,4547 -2,5686 180 -6,2706 ,3111 ,000 -7,2136 -5,3275 210 -6,3750 ,3111 ,000 -7,3180 -5,4320 T

iem

po

de

con

tact

o

90

240 -7,8183 ,3111 ,000 -8,7614 -6,8753 0 75,0361 ,5821 ,000 73,2719 76,8004 40 15,7033 ,3111 ,000 14,7603 16,6464 60 6,3744 ,3111 ,000 5,4314 7,3175

100 -3,8739 ,3111 ,000 -4,8169 -2,9309 120 -5,8556 ,3111 ,000 -6,7986 -4,9125

Lixiv

iado

vie

jo

Dos

is

de

CAG

80

140 -8,3333 ,3111 ,000 -9,2764 -7,3903 0 57,2956 ,3138 ,000 56,3727 58,2184 60 5,4661 ,1677 ,000 4,9728 5,9594

120 -2,5144 ,1677 ,000 -3,0077 -2,0212 150 -4,1978 ,1677 ,000 -4,6911 -3,7045 Ti

empo

de

con

tact

o

90

180 -5,2956 ,1677 ,000 -5,7888 -4,8023 0 58,9740 ,3183 ,000 58,0042 59,9438 40 14,7580 ,1838 ,000 14,1981 15,3179 60 6,1480 ,1838 ,000 5,5881 6,7079

100 -3,9247 ,1838 ,000 -4,4846 -3,3647 120 -5,9740 ,1838 ,000 -6,5339 -5,4141

FAFA

Do

sis

De

CAG

80

140 -8,7867 ,1838 ,000 -9,3466 -8,2267 0 54,1428 ,9152 ,000 51,3689 56,9166 60 5,5806 ,4892 ,000 4,0979 7,0632

120 -5,1089 ,4892 ,000 -6,5916 -3,6262 150 -7,3483 ,4892 ,000 -8,8310 -5,8656 180 -7,8694 ,4892 ,000 -9,3521 -6,3868 T

iem

po

de

con

tact

o

90

210 -8,5589 ,4892 ,000 -10,0416 -7,0762 0 58,1594 ,9152 ,000 55,3856 60,9333 40 13,3917 ,4892 ,000 11,9090 14,8744 60 5,8017 ,4892 ,000 4,3190 7,2844

100 -3,2789 ,4892 ,000 -4,7616 -1,7962 120 -6,1528 ,4892 ,000 -7,6355 -4,6701

Rea

ctor

UAS

B

Do

sis

de C

AG

80

140 -8,9667 ,4892 ,000 -10,4494 -7,4840 (I) y (J) indican los valores de las medias comparadas de las variables independientes

tiempo de contacto y dosis de CAG.

36

Segn los datos reportados en la tabla 14 para la variable tiempo se puede inferir que existen diferencias significativas para los valores de las medias de remocin de color real (P =0,000) para los tres efluentes, entonces es aqu en donde se tiene que utilizar criterios de ingeniera para definir que tan significativas son estas diferencias.

Al observar el valor para la diferencia de medias de remocin de color real para los tiempos 90 y 120 minutos encontramos que este es inferior al 5%, significando esto que no se justificara utilizar un tiempo de contacto superior 90 minutos para remover entre un 2% ms de remocin de color, adems resultara costoso utilizar un tiempo de contacto superior a los 90 minutos.

Al analizar los datos reportados en la tabla 14 para la variable dosis de CAG, se observa que los valores de significancia para las dosis 80 g/l y 100 g/l de CAG son cero, indicando esto que la diferencia entre las medias de remocin de color aparente y color real son significativas y que para la escogencia de la dosis ptima tenemos que utilizar otro criterio o la primera apreciacin realizada de los datos estadsticos.

Luego de este primer anlisis estadstico el paso siguiente es la verificacin del modelo de diseo experimental empleado, el cual se realiz mediante un examen de residuos estandarizados para las dos variables independientes del modelo diseo.

37

38

3002001000-100

Standa

rdize

d Re

sidua

l for RE

MORE

AL

3

2

1

0

-1

-2

-3

Figura 21. Residuos estandarizados de remocin de color real del lixiviado viejo contra tiempo (primer ensayo)

Figura 22. Residuos estandarizados de remocin color real del lixiviado viejo contra dosis CAG (primer ensayo)

Figura 23. Residuos estandarizados de remocin de color real del efluente del FAFA contra tiempo primer ensayo

TIEMPO (min)

Stan

dard

ized

Resid

ual f

or R

EMO

REA

L

Res

iduo

s es

tan

dariz

ados

de

rem

oci

n de

co

lor

rea

l

CAG

160140120100806040200-20

Sta

nda

rdize

d Re

sidua

l fo

r R

EMO

REAL

3

2

1

0

-1

-2

-3Res

iduo

s es

tan

dariz

ados

re

moc

in

de

co

lor

rea

l de

Dosis CAG (g/l)

CAG

160140120100806040200-20

Stan

dar

3

2

1

0

-1

-2

-3

dize

d R

esi

dua

l fo

r R

EMO

REA

L

Res

iduo

s es

tan

dariz

ados

de

rem

oci

n de

co

lor

rea

l

TIEMPO (min)

39

Stan

dard

ized

Resid

ual f

or R

EMO

REA

L

Res

iduo

s es

tan

dariz

ados

de

rem

oci

n de

co

lor

rea

l

CAG

160140120100806040200-20

2

1

0

-1

-2

Dosis CAG (g/l)

Figura 24. Residuos estandarizados de remocin de color real del efluente del FAFA contra dosis CAG (primer ensayo)

3002001000-100

Stan

dar

3

2

1

0

-1

-2

-3

dize

d R

esi

dua

l fo

r R

EMO

REA

L

Res

iduo

s es

tan

dariz

ados

de

rem

oci

n de

co

lor

rea

l

TIEMPOTIEMPO (min)

Figura 25. Residuos estandarizados de remocin de color real del efluente del reactor UASB contra tiempo primer ensayo

CAG

160140120100806040200-20

Stan

dard

ized

Resid

ual f

or R

EMO

REA

L

3

2

1

0

-1

-2

-3

Dosis CAG (g/l)

Res

iduo

s es

tan

dariz

ados

de

rem

oci

n de

co

lor

rea

l

Figura 26. Residuos estandarizados de remocin de color real del efluente del reactor UASB contra dosis CAG primer ensayo

Al analizar las grficas 21 a 26, no se observa un patrn o tendencia en la dispersin de los residuos estandarizados a lo largo del rango de tiempo de contacto y de dosis de CAG, lo que indica la independencia de las mediciones. Sin embargo al observar las grficas de residuos estandarizados de la remocin de color aparente contra dosis para el lixiviado viejo y la grfica de residuos estandarizados de remocin de color aparente contra tiempo primer ensayo para el efluente del reactor UASB (Anexo C), se identifican algunas tendencias. En la primera se observa una tendencia hacia la disminucin de la variabilidad en las mediciones a lo largo de rango de dosis de CAG, y en la segunda se identifica una tendencia al aumento de la dispersin de los residuos estandarizados a lo largo del rango de tiempo de contacto, indicando esto la dependencia de las mediciones y posibles errores en la toma de las mismas. Para verificar el comportamiento de los residuos estandarizados de los dems ensayos ver Anexo C.

5.4. CONDICIONES PTIMAS DE OPERACIN

De acuerdo con los resultados del anlisis estadstico y las grficas de remocin en funcin de tiempo y dosis de carbn (Ver anexo 2) se concluy que los parmetros ptimos, para la obtencin de las isotermas y posterior diseo de las columnas son:

Tabla 15. Parmetros ptimos de dosis de carbn y tiempo de contacto Lixiviado viejo Efluente UASB Efluente FAFA Dosis de carbn (g/l) 80 80 80 Tiempo de contacto (min) 90 90 90

Los parmetros anteriores se determinaron a partir del anlisis estadstico, pero principalmente con base en los resultados experimentales de laboratorio, ya que de acuerdo con los resultados cuantitativos de remocin de color, las diferencias son considerables con respecto a los valores inferiores de los parmetros ptimos seleccionados y para los superiores es mnima y las remociones son levemente superiores, tambin se debe pensar en el costo de material adsorbente o el gasto de tiempo para obtener prcticamente los mismos resultados (Anexo B).

40

En la tabla 16 se presentan dos ensayos con las condiciones ptimas:

Tabla 16. Adsorcin del lixiviado con las condiciones ptimas Parmetro Lix.

viejo UASB FAFA Lix. viejo UASB FAFA

pH 7.66 8.14 8.30 8.07 8.16 8.21 Temperatura (C) 20.9 18.6 17.1 21 18.7 18.1 Turbiedad inicial (FAU) 51 850 610 110 860 600 Color aparente inicial (UC) 331 2200 2090 685 2160 2070 Color aparente final (UC) 65 1030 960 170 1150 1000 % Remocin de color aparente 80.36 53.18 54.07 75.15 46.76 51.69 Color real inicial (UC) 329 1870 1820 655 1840 1830 Color real final (UC) 58 760 760 155 780 740 % Remocin de color real 82.37 59.36 58.24 76.34 57.61 59.56 DQO(mg/l) inicial 442.43 3639.36 3496.64 809.6 3157.44 2752.64

DQO (mg/l) final 356.8 2164.59 2021.87 420.99 1754.13 1565.23 % Remocin de DQO 19.35 40.52 42.18 48.00 44.44 43.14

La variable de mayor importancia en este trabajo fue la concentracin de color de los lixiviados y en la tabla 16 se observa que la remocin de color para el lixiviado viejo es mayor en comparacin con el efluente del reactor UASB y del filtro FAFA, esto se debe a que la concentracin en el lixiviado viejo es menor que el lixiviado nuevo tratado biolgicamente; es importante resaltar tambin la diferencia entre el color real y el color aparente que es menor en el lixiviado viejo debido a la cantidad de slidos presente y para el caso del reactor UASB y el FAFA seria necesario un filtro antes del proceso de adsorcin para retirar los slidos.

Por otro lado los resultados de las pruebas de DQO indican que el proceso de adsorcin sobre carbn activado tambin se hace efectivo para este fin debido a que los compuestos que se adsorben son orgnicos, compuestos flmicos, hmicos entre otros y que hacen parte de la medida de ste parmetro

Tabla 17. Determinacin de metales Metal Lixiviado viejo Efluente reactor UASB Efluente FAFA

Inicial Final % Inicial Final % Inicial Final % Cromo 0,29 0,17 41.38 2,07 1,32 36.23 1,62 1,32 18.52 Plomo 0,35 0,52 -48.57 0,86 1,19 -38.37 0,62 0,77 -24.19 Selenio 2,80 2,30 17.86 2,65 1,70 35.85 1,90 2,64 -38.95 Mercurio 12,00 11,95 0.42 24,00 3,10 87.08 11,60 5.55 52.16

41

Debido a inconvenientes con el mtodo de anlisis de metales se alcanzo a realizar solo una determinacin; como se observa en la tabla 17 la remocin de cromo, selenio y mercurio es alta pero hay un incremento en la concentracin de plomo debido, seguramente a contaminacin del material de laboratorio que se utilizo en la practica, por consiguiente es difcil concluir de manera precisa sobre la eficiencia del proceso para este objetivo.

En cuanto a los resultados cualitativos, es visible el cambio de color de los lixiviados despus de someterlos a la adsorcin con carbn activado. En el grfico 27 se observa claramente la eficiencia del proceso, sin embargo queda por estudiar el comportamiento en un sistema de columnas piloto para determinar el tiempo de saturacin del carbn y de paso definir la eficiencia no solo en cuanto a remocin de color sino tambin en costos de regeneracin y de adsorbente.

Figura 27. Comparacin visual del proceso de adsorcin

5.5. ISOTERMAS DE ADSORCIN

Para la obtencin de las isotermas se tomaron los datos correspondientes al tiempo ptimo de contacto (90 minutos) valor que se estableci al determinar el tiempo de equilibrio entre la concentracin adsorbida y la concentracin remanente, tambin

42

se tomo como criterio una diferencia mxima del 5% entre remociones para los tiempos de contacto, considerando as que no se justifica un mayor tiempo para obtener remociones similares a los valores considerados anteriormente, o sea diferencias de remociones inferiores al 5%.

Los datos correspondientes al tiempo de contacto ptimo se correlacionaron para definir el tipo de isoterma (anexo B), para esto es necesario determinar los valores de concentracin de equilibrio, la concentracin de color removida por dosis de carbn y el color residual de cada ensayo y para cada efluente, tablas 19, 20 y 21.

Las condiciones iniciales y de operacin para cada efluente se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 18. Condiciones iniciales para los ensayos realizados

Efluente Ensayo Color inicial

aparente (UC)

Color inicial Real (UC)

pH T (C) r.p.m.Tiempo

de contacto

(min) Volumen

(l)

1 1397 1387 8.48 20.6 90 90 1 2 1127 1083 8.49 20.7 90 90 1 Lixiviado viejo 3 1660 1613 8.51 21.3 90 90 1 1 2427 1933 8.06 19.3 90 90 1 2 2387 1927 8.1 19.4 90 90 1 Reactor UASB 3 2340 1987 8.46 19.6 90 90 1 1 2650 2277 8.19 18.6 90 90 1 2 2410 2057 8.24 20.1 90 90 1 FAFA 3 2310 1970 8.24 19.6 90 90 1

Tabla 19. Resultados obtenidos para el lixiviado viejo. Ensayo M

(g) Ce

(mg/l)X

(mg)X/M

(mg/g)Ce/(X/M)

(g/l) Ce/CoCe/((X/M)*(Co-

Ce)) (g/mg) 40 720 893 22,33 32,2388 0,446 0,03609 60 597 1017 16,94 35,2131 0,369 0,03464 80 493 1120 14,00 35,2381 0,305 0,03146 100 403 1210 12,10 33,3333 0,250 0,02755 120 367 1247 10,39 35,2941 0,227 0,02831

1

140 333 1280 9,14 36,4583 0,206 0,02848 40 460 593 14,83 31,0112 0,424 0,04975 60 397 687 11,44 34,6602 0,366 0,05048 80 330 750 9,38 35,2000 0,304 0,04673 100 280 803 8,03 34,8548 0,258 0,04339 120 223 837 6,97 32,0319 0,206 0,03725

2

140 197 880 6,29 31,2879 0,181 0,03529

43

40 633 733 18,33 34,5455 0,457 0,04606 60 523 833 13,89 37,6800 0,378 0,04381 80 407 973 12,17 33,4247 0,293 0,03422 100 380 1013 10,13 37,5000 0,274 0,03738 120 307 1073 8,94 34,2857 0,221 0,03184

3

140 277 1093 7,81 35,4268 0,200 0,03201

Tabla 20. Resultados obtenidos para el efluente del reactor UASB. Ensayo M

(g) Ce

(mg/l)X

(mg)X/M

(mg/g)Ce/(X/M)

(g/l) Ce/CoCe/((X/M)*(Co-Ce)) (g/mg)

40 1140 793 19,83 57,479 0,590 0,072 60 993 940 15,67 63,404 0,514 0,067 80 887 1047 13,08 67,771 0,459 0,065 100 827 1107 11,07 74,699 0,428 0,067 120 773 1160 9,67 80,000 0,400 0,069

1

140 700 1233 8,81 79,459 0,362 0,064 40 1127 800 20,00 56,333 0,585 0,070 60 980 947 15,78 62,113 0,509 0,066 80 840 1087 13,58 61,840 0,436 0,057 100 747 1180 11,80 63,277 0,388 0,054 120 707 1220 10,17 69,508 0,367 0,057

2

140 673 1253 8,95 75,213 0,349 0,060 40 1147 840 21,00 54,603 0,577 0,065 60 1007 980 16,33 61,633 0,507 0,063 80 860 1127 14,08 61,065 0,433 0,054 100 773 1213 12,13 63,736 0,389 0,053 120 747 1240 10,33 72,258 0,376 0,058

3

140 687 1300 9,29 73,949 0,346 0,057

Tabla 21. Resultados obtenidos para el efluente del FAFA Ensayo M

(g) Ce

(mg/l)X

(mg)X/M

(mg/g)Ce/(X/M)

(g/l) Ce/CoCe/((X/M)*(Co-Ce)) (g/mg)

40 1293 983 24,58 52,610 0,568 0,054 60 1123 1153 19,22 58,439 0,493 0,051 80 940 1337 16,71 56,259 0,413 0,042 100 903 1373 13,73 65,777 0,397 0,048 120 830 1447 12,06 68,848 0,365 0,048

1

140 763 1513 10,81 70,617 0,335 0,047 40 1187 870 21,75 54,559 0,577 0,063 60 1000 1057 17,61 56,782 0,486 0,054 80 893 1163 14,54 61,433 0,434 0,053 100 810 1247 12,47 64,973 0,394 0,052 120 757 1300 10,83 69,846 0,368 0,054

2

140 717 1340 9,57 74,876 0,348 0,056 40 1080 890 22,25 48,539 0,548 0,055 60 957 1013 16,89 56,645 0,486 0,056

3

80 823 1147 14,33 57,442 0,418 0,050

44

100 747 1223 12,23 61,035 0,379 0,050 120 697 1273 10,61 65,654 0,354 0,052

140 657 1313 9,38 70,000 0,333 0,053

Los datos anteriores se correlacionaron a las ecuaciones de Freundlich, Langmuir y BET y en las figuras siguientes se presentan las tres isotermas de adsorcin, para los tres efluentes (lixiviado viejo, efluente del reactor UASB y efluente del FAFA), y en la tabla 22 se presenta un resumen de todas las isotermas para los efluentes.

X/M = 0,0161Ce1,0952

R2 = 0,9886

8,5

13,5

18,5

23,5

320 420 520 620 720Color en equilibrio (mg Pt-Co/l)

X/M

(mg/

g)

Figura 28. Isoterma de Freundlich para el lixiviado viejo (primer ensayo)

Ce/(X/M) = -0,0067Ce + 37,861R2 = 0,4151

31

33

35

37


Ce/(X

/M) (g

/l)

Figura 29. Isoterma de Langmuir para el lixiviado viejo (primer ensayo)

45

46

Ce/((X/M)(Co-Ce)) = 0,0375Ce/Co + 0,0198R2 = 0,9275

0,0268

0,0308

0,0348

0,0388

0,20 0,30 0,40Ce/co

Ce/((

X/M

)(Co-Ce

))

Figura 30. Isoterma de BET para el lixiviado viejo (primer ensayo)

X/M= 1E-04Ce1,735

R2 = 0,9908

8

12

16

20


X/M

(mg/g

)

Figura 31. Isoterma de Freundlich para el reactor UASB (primer ensayo)

Ce/(X/M) = -0,0556Ce + 119,8R2 = 0,9448

55

65

75

85


Ce/(X

/M) (g

/l)

Figura 32. Isoterma de Langmuir para el reactor UASB (primer ensayo)

47

Ce/((X/M)(Co-Ce)) = 0,0253Ce/Co + 0,056R2 = 0,4961

0,064

0,068

0,072

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60Ce/Co

Ce/((

X/m

)(Co-Ce

))

Figura 33. Isoterma de BET para el reactor UASB (primer ensayo)

X/M= 0,0003Ce1,5616

R2 = 0,9985

10

16

22

28

700 900 1100 1300Color en equilibrio (mg Pt-Co/l)

X/M

(m

g/g)

Figura 34. Isoterma de Freundlich para el FAFA (primer ensayo)

Ce/(X/M) = -0,0343Ce + 96,956R2 = 0,9992

50

60

70

700 900 1100 1300Color en equilibrio (mg Pt-Co/l)

Ce/(X

/M) (

g/l)

Figura 35. Isoterma de Langmuir para el FAFA (primer ensayo)

48

Ce/((X/M)Co-Ce) = 0,0287Ce/Co+ 0,0369R2 = 0,9852

0,045

0,048

0,050

0,053

0,055

0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60Ce/Co

Ce/((

X/M

)(Co

-Ce

))

Figura 36. Isoterma de BET para el FAFA (primer ensayo)

Tabla 22. Isotermas de adsorcin para los tres efluentes. FREUNDLICH LANGMUIR BET EFLUENTE ENSAYO k n a(mg/g) b (l/mg) K Xm

0.0161 0.9130 -149.25 -0.00018 2.894 17.452 1 0.0161*Ce1.0952 -0.0067*Ce+37.861 0.0375*Ce/Co+0.01980.0376 1.039 476.19 0.000059 3.574 11.148 2 0.0376*Ce0.9616 0.0021*Ce+32.52 0.0646*Ce/Co+0.02510.0318 1.020 769.23 0.000037 4.1036 12.626

Lixiviado viejo

3 0.0318*Ce0.9801 0.0013*Ce+34.935 0.0599*Ce/Co+0.01930.0001 0.5764 -17.9856 -0.00046 1.452 12.3001 1 0.0001*Ce1.735 -0.055*Ce+119.8 0.0253*Ce/Co+0.056 0.0008 0.6911 -31.056 -0.00035 2.6867 10.3001 2 0.0008*Ce1.447 -0.0322*Ce+91.956 0.0587*Ce/Co+0.03480.0004 0.6918 -26.882 -0.00038 2.1017 12.1065

UASB

3 0.0004*Ce1.5322 -0.0372*Ce+96.911 0.0433*Ce/Co+0.03930.0003 0.6403 -29.1545 -0.00035 1.7778 15.2439 1 0.0003*Ce1.5616 -0.0343*Ce+96.956 0.0287*Ce/Co+0.0369

0.00007 0.5553 -16.5016 -0.00052 2.2987 13.2439 2 0.00007*Ce1.8009 -0.0606*Ce+116.17 -0.0106*Ce/Co+0.058 0.0001

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