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Información tecnológica

versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. v.15 n.3 La Serena  2004

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642004000300012 

 

Información Tecnológica-Vol. 15 N° 3-2004, págs.: 75-80

TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Caracterización de Agua Residual de Curtiduría y Estudio del Lirio Acuático en la Recuperación de Cromo


Characterization of Tannery Effluents and Study of the Water Hyacinth
in Chromium Recovery

 

S.G. Alvarez, M. Maldonado*, A. Gerth y P. Kuschk

Centro de Investigación y Asesoría Tecnológica del Cuero y Calzado, Calle Omega Nº 201, Fracc. Industrial Delta, Apdo. Postal 890, 37545 León, Gto.-México (e-mail: mmaldona@ciatec.mx)

*autor a quien debe ser dirigida la correspondencia


Resumen

Se estudiaron 4 tipos de efluentes muestreados en una tenería con planta de tratamiento. Estos efluentes se caracterizaron durante 4 semanas usando varios parámetros físico-químicos. El efluente de curtido fue evaluado en ensayos de fitoremediación con lirio acuático (Eichornea crassipes), determinándose la eficiencia de remoción del cromo bajo dos esquemas de inyección del agua de curtido a 4 L/día y 8 L/día. La composición de los efluentes residuales es variable y depende de las cargas de cuero procesado por semana. Los componentes del efluente de curtido en los ensayos de fitoremediación afectan significativamente la vida del lirio. Se concluye que la alta concentración de estos parámetros hace imposible la utilización de fitorremediación en este tipo de efluente, siendo necesario un tratamiento primario para disminuir la carga de compuestos presentes.


Abstract

Four types of effluent were sampled from a tannery having a treatment plant. These effluents were observed for four weeks, measuring different physicochemical parameters. The tannery effluents were evaluated in phytoremediation assays using water hyacinth (Eichomea crassipes), determining the efficiency of chromium removal under tannery water injection conditions of 4 L/day and 8 L/day. The composition of the effluents was variable and depended on the leather processing loads during each week. The tannery effluent compositions in the phytoremediation assays significantly affected the life of the water hyacinth. It is concluded that the high concentrations of the parameters measured made phytoremediation impossible for this type of effluent, making primary treatment necessary in order to decrease the load of compounds present.

Keywords: tannery effluents, wastewater, water treatment, chromium removal, water hyacinth


INTRODUCCIÓN

El consumo de agua en las industrias curti-doras es muy elevado, se estima un gasto promedio de 10 kg agua/1 kg cuero. En León, Guanajuato-México son procesados alrededor de 5 millones de cueros anualmente, lo cual implica un gasto promedio de 1,254,750 L agua/año por la industria curtidora.

El curtido al cromo es el método más utilizado alrededor del 80% de las industrias curtidoras lo usan y solo 20% con taninos vegetales en León, Guanajuato-México. El agua residual de baños de curtido al cromo generalmente no se recupera, éste efluente presenta alta con-centración de cromo (3 y hasta 10 g/L) así como componentes desengrasantes, aminas, cloruros, sulfuros y sodio, condición que iden-tifica a un efluente altamente contaminado.

La región entre los municipios de León y San Francisco del Rincón, Guanajuato - México (Kato, 2001), se localiza la mayor cantidad de industrias curtidoras (650). En la mayoría de curtidurías se requieren alternativas para tra-tar y recuperar los efluentes residuales de proceso.

Los humedales son sistemas biológicos don-de se aprovecha la capacidad filtrante de plantas acuáticas y su relación con microor-ganismos (Ying-Feng y Shuh-Ren, 2002). Kadlec y Knight (1996), reportan los primeros es-tudios donde usaron plantas acuáticas como auxiliares en el tratamiento de agua residual (Trent y O’Connor, 1993; Vymazal et al., 1998). El lirio acuático (Eichhornea crassipes) es una planta muy estudiada debido a su ele-vada tasa de crecimiento, se sabe que 10 plantas generan 600,000 más en una temporada de 8 meses hasta cubrir un área de 0.4 ha de agua dulce (Penfound y Earle, 1948).

En México el lirio acuático se identifica como una maleza problemática, no obstante tiene una capacidad importante de absorber meta-les pesados en su sistema radicular.

Por lo anterior se propone al lirio acuático en un esquema de humedal para complementar el tratamiento del agua de curtido al cromo previo a un tratamiento primario de flocu-lación. Este trabajo se caracterizaron 4 efluentes residuales de una tenería y evaluó la capacidad del lirio acuático en la adsorción de cromo a partir del efluente de curtido al cromo.

MATERIALES Y MÉTODOS

Caracterización del agua residual

La caracterización se llevó a cabo en Tenería Europea ubicada en el Km 5.8 carretera León-San Francisco del Rincón, Gto. México en la zona industrial, se muestrearon 4 efluentes residuales principales, se caracterizaron du-rante un mes. Los efluentes se identificaron como: 1 agua del proceso de curtido al cromo; 2 agua después de la precipitación de cromo por el uso de hidróxido de sodio y sulfato de aluminio; 3 agua de la fosa de homogeni-zación donde se mezclan los efluentes resi-duales de: agua tratada del proceso de cur-tido al cromo, agua de teñido y engrase, así como agua del proceso de pelambre que re-cibe un tratamiento de oxidación con sulfato de manganeso; el agua después de la fosa de homogenización recibe un tratamiento prima-rio con hidróxido de sodio y un polímetro ca-tiónico, el agua del clarificado descarga al arroyo municipal aquí es donde se toma el efluente 4.

En los cuatro tipos de efluentes se analizaron: pH, conductividad, DQO, DBO5, cromo total, cromo hexavalente, cloruros, sulfatos, nitróge-no total y sólidos, todos los análisis se reali-zaron de acuerdo con las Normas Oficiales Mexicanas de 1993. en su versión corregida 1999. El análisis de conductividad y pH se realizaron con el uso de electrodos ión espe-cífico en equipo Denver Instrument modelo 220 pH. ISE. conductivity meter. El cromo he-xavalente se analizó por determinación UV / visible del complejo colorido con difenilcar-bacida (NOM-AA-44, 1981). La concentración de cromo total se determinó por espectrome-tría elemental en equipo de plasma modelo ICP, Iris Intrepid. El nitrógeno total se deter-minó por el método Kjeldhal en un equipo Büchi modelo 339 automático y lectura con electrodo.

Experimentos con agua de curtido

Las plantas de Eichhornea crassipes se co-lectaron de humedales naturales que no tie-nen contacto con aguas residuales industria-les. Previo a los ensayos las plantas fueron adaptadas en invernadero por un mes.

El sistema experimental consistió de contene-dores de plástico de 70 cm de largo por 30 cm de ancho y 40 cm de profundidad con una ca-pacidad de 40 L.

El agua de origen donde creció el lirio fue sustituida parcialmente cada día durante una semana por agua residual de curtido identi-ficada como 1, la cual presentó una concen-tración de cromo de 23 mg/L. La introducción de agua al sistema así como el desalojo se realizó con bomba peristáltica en los dos es-quemas experimentales de flujo a 4 L/día y 8 L/día durante una semana. El efluente usado para el flujo de 4L/día, se dejo reposar una semana antes de usarlo, mientras que el de 8L/ día fue usado inmediato a su recolección. Cada día se analizó el agua a la salida para evaluar los cambios en los parámetros de pH, conductividad, temperatura cloruros, Cr+6 y cromo total.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Resultados de la caracterización

La caracterización de cuatro efluentes resi-duales (1 al 4) se presentan en las figuras 1 a la 5, el eje horizontal corresponde a los e-fluentes (1. curtido al cromo, 2. después de la precipitación de cromo, 3. homogenización y 4. descarga al arroyo), cada barra correspon-de a una semana, el seguimiento fue durante un mes.

El pH de los efluentes (Fig. 1) indica que el agua de curtido es descargada a pH prome-dio de 3.8 a 4.2. Esta condición tiene rele-vancia en la etapa posterior donde se recu-pera el cromo vía alcalina con NaOH y Al2(SO2)3 hasta lograr la precipitación, la alta acidez debe estar provocando un gasto importante de las sales mencionadas además de una carga importante de iones en solución como se observa (fig. 2) para conductividad. El efluente de curtido con gasto de agua de 75 m3 para 10000 kg de piel bovina muestra la suma de los principales componentes adi-cionados en el proceso de estabilización para: desengrasantes es 143 kg, oxidantes 290 kg, CaOH2 150 kg, ácidos 118 kg, basificantes 51, NaCl 450 kg, aminas 450 kg todos juntos representan un efluente con alta carga con-taminante. El pH de los efluentes 3 y 4 de-pende de la fase de homogenización y del tiempo de aireación (5 a 9 hr) (Tadesse et al., 2003), ya que se reportan concentración variables de sulfatos y sulfitos de 150 y 4000 mg/l y de 100 a 1000 mg/l respectivamente, similar a lo que reporta Tadesse et al. (2003) mezcla de aguas donde el uso de CaOH2, sulfato de amonio y ácidos principalmente.



Fig. 1: Variaciones de pH durante 4 semanas.



Fig. 2: Análisis de conductividad con electrodo selectivo.

La conductividad (Fig.2) siempre presentó va-ores muy altos independientemente del e-fluente analizado con respecto a los reque-rimientos de norma, esto indica la presencia de iones que impactan en la dureza del agua como: Ca++, Na+, Mg++ y provenientes de productos químicos usados en el proceso, es de resaltar que el NaCl usados en conser-vación y estabilización de la piel, representan los de mayor prevalencia y con alto impacto al ambiente. Adicionalmente se suman los com-puestos orgánicos en cargas importantes que dan lugar a DQO y DBO5 muy altos (Fig. 3 y 4). En base a los datos analíticos, deberá realizarse la optimización en el uso de reac-tivos químicos, sobre todo hidróxidos, sales sulfatadas, polieléctrolitos y los óxidos de manganeso con el propósito de reducir la con-taminación de los efluentes, así como ase-gurar un mejor funcionamiento de las etapas de tratamiento primario.

En la determinación de DBO5 de los diferen-tes efluentes de estudio (Fig. 4), solamente el efluente de precipitación de cromo resultó con los valores bajos, lo cual indica que durante la precipitación (tratamiento con hidróxido de so-dio y sulfato de aluminio) también se arrastran componentes orgánicos de la piel, mientras que en resto de los efluentes incluso persisten concentraciones importantes de materia orgá-nica y sustancias grasas principalmente.

Sin embargo, el efluente 2 presentó una con-ductividad (9mS/cm) y DQO (35000 mgO2/L) altas (Fig. 2 y 3) quedando fuera de especifi-cación de Norma. Esto indica que existe una carga importante de componentes orgánicos que no son degradados biológicamente, por lo cual la persistencia de estos componentes en el ambiente será mayor.



Fig. 3: Análisis de DQO.



Fig. 4: Análisis de DBO5.

La DBO5 para los efluentes 1, 3 y 4 represen-tan solo una tercera parte de la degradación microbiológica con respecto a la DQO, esto nuevamente indica un exceso en componen-tes químicos residuales este aumento puede ser explicado por la adición de los com-puestos químicos que se adicionan en el proceso de recuperación de cromo.

Como se esperaba el efluente 1 resultó con alta concentración de cromo residual prome-dio de 23 mg/L. Si bien la precipitación de Cr lograda en el efluente 2 es notoria, el valor de 5 mg/L en los efluentes 3 y 4 rebasan los límites permitidos de la Norma ecológica. Esta concentración de cromo proviene del efluente de curtido que se mezcla en el punto 3 y donde no es factible recuperar este compo-nente que termina hasta la descarga al arroyo municipal (punto 4).

Resultados de las variaciones de flujo

La concentración en cromo en el efluente 1 (Fig. 5) se tomó como referencia para valorar su adsorción por el lirio acuático. Los dos flujos 4L/día y 8 L/día del efluente de curtido durante 7 días (Tabla 1) se observa que la sustitución del agua ácida de curtido dismi-nuye el pH del agua del sistema y en el día 4 las plantas se ven afectadas físicamente (marchites) por lo cual la función fitoremedia-dora no es posible.



Fig. 5: Análisis de cromo total por ICP.


Tabla1. Introducción de agua de curtido en flujos de 4 y 8 L /día en un sistema
de 40 L, probando la absorción y resistencia del lirio acuático

Ensayo

Día

pH

Conductividad

DQO

Cloruros

Cr+6

Cr total

 

 

 

mS/cm

mgO2/L

Mg/L

mg/L

mg/L

(4 L)

1

7,3

2,2

188,64

0,022

0

0.1187

2

6,5

10,5

943,2

0,137

0,119

1.3237

 

3

5,8

10,3

5659,2

2,469

0,239

3.2237

 

4

5,2

10

7568,3

4,207

0,376

6.7237

 

5

4,62

9,87

13204,8

5,620

0,581

7.115

 

6

4,46

9,68

1886,4

7,271

0,763

11.932

 

7

4,65

9,55

3772,8

7,591

0,720

12.932

(8 L)

1

7,7

2,49

132,048

0,021

0,041

4.904

2

7,09

9,03

339,55

0,960

0,015

0.2105

 

3

6,13

9,49

1433,66

3,109

0,054

1.5247

 

4

5,65

9,17

2829,6

4,939

0,150

9.6975

 

5

5,13

9,38

2829,6

0,062

0,393

21.67

 

6

5

9,67

2829,6

0,062

0,372

25.236

 

7

5,3

10

2886,4

0,350

0,131

16.67

Control

1

7,7

2,49

132,04

0,021

0

0

Agua  

2

7,62

2,34

282,96

0,018

0

0

 

3

7,83

2,48

45,008

0,010

0

0

 

4

7,79

2,6

75,456

0,009

0

0

 

5

7,78

2,43

132,04

0,039

0

0

 

6

7,5

2,32

132,04

0,008

0

0

 

7

7,4

2,3

264,09

0,008

0

0


El parámetro de cloruros varió entre los dos ensayos, en el de 4L se observó un aumento conforme se realiza el recambio de agua, sin embargo en el ensayo de 8L se observó una concentración menor de cloruros esto pudo ser al tiempo de reposo que se le dio al agua de éste ensayo y a la volatilización como lo ha reportado Kadlec y Knight (1996).

La concentración de cromo y DQO presentaron acumulación en el sistema conforme fue sustituida el agua de origen, y que junto con la concentración en sales provocaron en las plantas baja adaptación y mínimo funciona-miento de fitoremediación, por lo cual no se observan diferencias significativas entre los 2 ensayos.

En trabajo previo (datos no mostrados) indica que las hojas, tallo y raíz del lirio tienen la capacidad de incorporación de Cr, pero después de este fenómeno puede regresar al sistema acuoso por la desintegración del tejido vegetal, situación que resulta relevante al establecer el esquema en un sitio carga alta de cromo. La muerte prematura del lirio se atribuyó a la concentración de sodio en el agua de curtido por lo cual otras alternativas deberán explorarse, bien con sistemas combinados o con especies resistentes a salinidad.

Cualitativamente los principales compuestos responsables que están afectando la sobrevivencia del lirio son: sodio, calcio, manganeso, magnesio y compuestos sulfurados principalmente (Chambers et al., 1998).

Se sabe que los cambios en la bomba Na+/K+ son diferentes entre las especies sensibles y las resistentes a los efluentes salinos, por lo cual indiscutiblemente el lirio resulta muy sensible a este componente presente en las aguas de curtiduría (Nigel et al., 1998; Howard y Mendelssohn, 2000)

CONCLUSIONES

Los efluentes muestreados durante el periodo de caracterización mostraron variaciones significativas en cuanto a los parámetros de DBO5 y pH, manteniendo constante los demás parámetros analizados, los resultados indican que la planta de tratamiento de cromo trabaja con una eficiencia de alrededor del 75% con lo cual el agua residual sigue rebasando lo establecido en la Norma.

Los valores de conductividad fueron mayores de 10 mS/cm lo cual pudo ser el factor que dañó la sobrevivencia del lirio no más de 7 días. Así mismo se observó que la concentración de DQO es tan alta que indica una carga importante de compuestos persistentes en la descarga de estos sitios industriales.

La variación constante de pH en los diferentes efluentes representa una mezcla constante de compuestos alcalinos y ácidos, lo cual queda constatado por altos valores de DBO5 y DQO.

Conociendo las características y variaciones de los 4 efluentes principales de descarga, solo el efluente 2 podría ser tratado en la fitoremediación con lirio. Futuros ensayos serán requeridos solo para reducir la carga de compuestos salinos para asegurar el tratamiento biológico en este tipo de fluentes industriales.

REFERENCIAS

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