![](3D"28PaperMarceloRamosalexalta_archivos/image013.gif")
Evaluación d=
e la
capacidad de mineral aluminosilicato de la loca=
lidad
de Cacha para la remoción de color en efluentes de la industria de
lavado de blue jeans
Ev= aluation of the aluminosilicate mineral capacity of the town of Cacha for the removal of color in effluents from the blue jeans washing industry<= o:p>
Andrés Lara Hernández.[1], Hugo Calderó=
;n. [2], Ma. Eugenia Ramos F=
lores[3]. & Marcelo Ramos Flores=
.[4]
Recibido: 28=
-02-2019
/ Revisado: 25-02-2019 /Aceptado: 24-03-2019/ Publicado: 05-06-2019
btract=
&nb=
sp; =
&nb=
sp; =
DOI: https://doi.org/10.=
33262/cienciadigital.v3i3.654
Effluent contamination affec=
ts
freshwater bodies due to its low capacity for self-purification and limitat=
ion
for the diffusion of light for photosynthetic processes; This problem is
notorious in populations where the textile industry uses traditional method=
s of
dyeing and washing, such as Pelileo and Guano. =
The
use of clayey aluminosilicate minerals has become relevant in recent years =
as a
low-cost alternative and lower environmental footprint alternative for the
development of adsorbents for the removal of dyes; so
his study is of interest in developing countries. The present investigation
presents the achievements of the application of four adsorbents developed f=
rom
aluminosilicate ore from Cacha population, prov=
ince
of Chimborazo, one in its natural state and the rest obtained by acid, basic
and thermal modification, on effluent from a laundry je=
ans
from Pelileo town. The results show that, in all
cases, the use of these adsorbent achieves compliance with demands of TULSM=
A;
however, the highest percentages of removal occurred in the thermal and bas=
ic
treatments. The results show the viability of the use of clay-type
aluminosilicate minerals as a basis for the development of technologies for=
the
removal of polluting waste.
Key W=
ords: Aluminosilicates, Dye Removal, Textile Industry, Indigo Blue, Adso=
rbents
Resum=
en
La contaminación de efluentes
afecta los cuerpos de agua dulce por su baja capacidad de autodepuraci&oacu=
te;n
y limitación para el ingreso de luz para procesos fotosintéti=
cos;
este problema es notorio en poblaciones donde la industria textil usa
métodos tradicionales de tinturado y lavado, como Pelileo y Guano. El
uso de minerales aluminosilicatos de tipo arcilloso ha tomado relevancia en=
los
últimos años como alternativa de bajo costo y menor huella
ambiental para el desarrollo de adsorbentes para remoción de coloran=
tes;
por lo que su estudio es de interés en países en vías =
de
desarrollo. La presente investigación presenta los resultados de la
aplicación de cuatro adsorbentes desarrollados a partir de mineral
aluminosilicato de la localidad de Cacha, provincia de Chimborazo, uno en
estado natural y los restantes obtenidos por modificación áci=
da,
básica y térmica, sobre efluente de una lavandería de
jeans del cantón Pelileo. Los resultados mostraron que, en todos los
casos, el uso de estos adsorbente logra el cumplimiento de lo indicado en el
TULSMA; no obstante, los mayores porcentajes de remoción se dieron en
los tratamientos térmico y básico. Los resultados evidencian =
la
viabilidad del uso de minerales aluminosilicatos de tipo arcilloso como base
para el desarrollo de tecnologías para la remoción de residuos
contaminantes.
Palabras Clave: Aluminosilicatos, Remoció=
n de Color, =
Industria
Textil, Azul Índigo, Adso=
rbentes.
Introducción
Dentro de la industria textil es usual el uso de
procesos denominados “húmedos”, que abarcan operaciones =
de
desengomado, focalizado, acabados, enjuague y tinturado (Moreno, 2007). No obstante, su consumo de agua y
generación de efluentes son elevados, llegando a afectar la vida
acuática (Cortazar
Martínez, Coronel Olivares, Escalante, & González
Ramírez, 2014). En el caso particular del lavado y tintur=
ado,
se estima que el consumo de agua llega a diez litros por cada kilogramo de =
ropa
y, respecto al colorante, llega a 15 kilogramos de colorante diluido por ca=
da
kilogramo de ropa (Llive Carrillo, 20=
12).
Los
colorantes de mayor uso son los del tipo sintético, particularmente =
el
azul índigo (Garzón,
2009). Las aguas residuales
con colorantes son consideradas como basura industrial y usualmente se las
descarga a los recursos hídricos que rodean a las empresas sin un
tratamiento previo (Yagub,
Sen, Afroze, & Ang, 2014).
El colorante descargado a cuerpos de agua dulce es un problema ambiental po=
r su
baja capacidad de autodepuración (Sanz,
2015), y prácticame=
nte
nula biodegradabilidad (Ngulube,
Gumbo, Masindi, & Maity, 2017a).
Por otro lado, la presencia de color limita la transmisión de luz so=
lar,
afectando a la actividad fotosintética que tenga lugar en lagos y r&=
iacute;os
(Re,
2010).
En los últimos años los
métodos de tratamientos de efluentes están buscando alternati=
vas de
bajo costo y menor huella ambiental, tal como los minerales aluminosilicato=
s (Ngulube
et al., 2017a).
Estos minerales son complejos de filosilicatos hidratados con aluminio, que
presentan plasticidad al humedecerse y que alcanzan dureza al ser sometidos=
a
temperaturas de calcinación o secado (De
Pablo, 1964);
su estructura, a nivel químico incluye presencia de capas
tetraédricas (SiO4)4- y octaédricas (AlO6/MgO6)
(Martínez,
2017), que forman estructu=
ras
regulares que les otorgan elevada área superficial y alta
capacidad de adsorción e intercambio de iones, características
ideales para potenciales materiales para tratamientos económicos y
sostenibles (Ngulube, Gumbo,
Masindi, & Maity, 2017b).
Adicional
a sus características estructurales, elevada área superficial=
y
capacidad de intercambio iónico. Los minerales aluminosilicatos, en
particular las arcillas, son susceptibles de modificación por
tratamientos físicos o químicos, que aumenta su área
superficial, porosidad del material y grupos funcionales en superficie, per=
mitiendo
la aparición de más sitios activos para la unión de los
iones del colorante con la superficie del adsorbente (Kausar
et al., 2018a).
Importancia d=
el Problema
En Ecuador <=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif'>las
aguas de descarga deben cumplir con los parámetros registrados en
TULSMA, libro VI, anexo I, tabla 9. En lo referente a color, este debe ser
inapreciable a dilución 1:2 (Ministerio
del Ambiente, 2015).
Investigaciones
realizadas en la sierra centro de Ecuador, particularmente en los cantones =
de
Pelileo y Guano, han determinado que su pujante industria textil, que utili=
za
métodos tradicionales de tintura y lavado, genera aguas residuales c=
on
valores altos de DBO, DQO, pH y color, con afectación a los rí=
;os,
en especial ocurriendo la alteración por colorantes. (Redacción
Sierra Centro, 2010).
El uso de colorantes
textiles es amplio, llegando a miles de diferentes formulaciones, de las cu=
ales
aproximadamente un 70% son azocolorantes. Además, la eficacia de las
operaciones de tinturado y lavado es menor a la otras etapas de
producción, determinándose que un 10% de colorante se pierde =
en
los procesos de tinturado y hasta un 20% llega a las aguas residuales (Arora, 2014).
Para
la remoción de colorantes, la adsorción es considerada como la
tecnología más viable y capaz de retener todos los colorantes=
(Kausar
et al., 2018a);
pero con la desventaja de los costos de los adsorbentes comerciales y el
trámite para su disposición posterior. En este contexto, las
arcillas y minerales aluminosilicatos se han convertido en materiales de in=
terés,
al ser considerados por sus características ya mencionadas como
adsorbentes económicos, disponibles, eficientes y oportunos para
países en vías de desarrollo (Ngulube
et al., 2017a).
La presencia de minerales de tipo aluminosilicato y
arcillosos en Ecuador es amplia. Según la Agencia de Regulació=
;n y
Control Minero, ARCOM, en el año 2015 se produjo un estimado de 479 =
662
toneladas (Larenas
Herdoíza, Fierro-Renoy, & Fierro-Renoy, 2017), ocupando el segundo lugar, luego de las
calizas (Ministerio de
Minería de Ecuador, 2016). En la zona 3, que comprende las provincia=
s de
Cotopaxi, Chimborazo, Tungurahua y Pastaza, según reportes del Insti=
tuto
Nacional de Investigación Geológico Minero Metalúrgico,
INIGEMM, se tienen identificados 34 afloramientos o frentes de
explotación de aluminosilicatos tipo arcilla (Ministerio de
Minería de Ecuador, 2016) (Uribe, 2015).
De lo anterior, resulta evidente el interés y
utilidad de una investigación de la remoción de colorantes ba=
sada
en el uso de aluminosilicatos. Enfocándose la presente
investigación al caso al tratamiento de efluentes de lavanderí=
;a
de jeans, cuyas aguas azuladas contienen compuestos de azul índigo,
aplicando como adsorbente mineral aluminosilicato proveniente del sector de
Cacha, provincia de Chimborazo, aplicado tanto en estado natural como
modificado por tratamiento ácido, básico y térmico.
Metodología
=
A. Muestreo
de efluente textil
El
muestreo de efluente siguió la norma NTE-INEN 2169:98, utilizando
botellas plásticas de 2,0 L de capacidad por recolección directa del=
flujo
de descarga (INEN,
2013). Se realizó u=
n total
de 6 tomas de muestra durante los tiempos de liberación de efluente =
de
una lavandería de jean ubicada en el cantón Pelileo, cuyo nom=
bre,
por petición expresa de los propietarios, se mantiene en reserva. La
tabla de muestreo se indica a continuación.
Tabla 1: Tomas de muestra de efluente
|
Toma de muestra |
Volumen (L) |
Tiempo de llenado (s) |
|
1 |
2,0 |
7,30s=
|
|
2 |
2,0 |
6,75s=
|
|
3 |
2,0 |
7,15s=
|
|
4 |
2,0 |
6,45s=
|
|
5 |
2,0 |
6,84s=
|
|
6 |
2,0 |
7,62s=
|
Realizado por: Autores, 2018
=
B. Determinación
de color
La
medición del color se realizó basándose en los
estándar APHA-AWWA-WPCF para medición de color, utilizando un
fotómetro Hach 25, con calibración inicial utilizando agua
destilada. Expresando los resultados en unidades platino-cobalto
“PtCo” (APHA,
AWWA, & WPCF, 1989).
La
medición de color real del efluente de lavandería se
realizó sobre muestras de 10,0 mL de una dilución 1:3 de la
muestra. La medición de color posterior a la aplicación del
tratamiento con adsorbente se realizó sobre muestras de 10,0 mL toma=
das
del líquido sobrenadante diluido en proporción 1:3.
=
C. Muestreo
y reducción primaria del mineral
Las muestras de min=
eral
fueron tomadas en la localidad de Cacha, operando de acuerdo a lo indicado =
en
la norma NTE-INEN 695:2010, que incluye inspección de la superficie =
del
afloramiento, registro de variaciones texturales, remoción de corteza
del afloramiento, realización de tres perforaciones en tres lugares
diferentes del afloramiento tomando un mínimo de 2 kg de muestra en =
cada
sitio excavado (695, 2010)<=
!--[if supportFields]>. La muestra bruta fue almacenada en bolsas
plásticas y luego, en laboratorio, triturada y tamizada a luz de mal=
la
de 150 μm puesto que un tamaño reducido de partícula
favorece la capacidad de adsorción (Saif Ur Rehman et =
al.,
2013).
=
D. Modificaciones
sobre el mineral
Modificación
ácida
Se trabajó c=
on una
proporción de 10 g de mineral colocado en 100 mL de HCl 0,5 M. La me=
zcla
se agitó durante 20 min a una temperatura de 25 °C. Luego, se
dejó sedimentar, midió el pH del sobrenadante y lavó el
sedimento, hasta obtener un sobrenadante cercano a la neutralidad.
Posteriormente, se filtró el mineral al vacío, secó po=
r 12
h a 60 °C, trituró y tamizó a luz de malla de 150 μm.
Las condiciones de modificación ácida fueron definidas por
triangulación de múltiples publicaciones, entre ellas las de
Ajemba, Dikmen, Silva, Ugurlu, y Zaghouane (Ajemba, Igbokwe, & Onukwuli,
2012; Dikmen, Yilmaz, Yorukogullari, & Korkmaz, 2012; Silva, Linares,
Vicuña, & Garrido, 2016; Uǧurlu, 2009; Xavier et al., 2014;
Zaghouane-Boudiaf, Boutahala, Sahnoun, Tiar, & Gomri, 2014)
Modificación=
básica
Se
utilizó Na(OH) 3 M, en una proporci&oacut=
e;n de
100 mL de hidróxido sobre 10,0 g de mineral, con agitación
durante 20 minutos a 25 °C. De manera similar al tratamiento áci=
do,
de manera sucesiva se dejó sedimentar, midió el pH del
sobrenadante, descartó el sobrenadante y lavó el sedimento, h=
asta
que el sobrenadante presentó un pH cercano a la neutralidad.
Posteriormente se filtró la muestra al vacío, secó a 60
ºC por 12 h. para, finalmente, triturar y tamizar a luz de malla de 15=
0 μm.
Las condiciones de tratamiento básico se definieron por
comparación de las investigaciones de Akgul,
Ghosh, Ngulube, Stawinski<=
/span> y
Wang (Akgül & Karabakan, 2011; Crini, 2015; Gh=
osh
& Bhattacharyya, 2002; Ngulube et al., 2017a; Stawiński et al., 20=
17;
Wang, Wang, Kang, & Wang, 2015).
Modificación=
térmica
Se realizó en
estufa a temperatura constante de 100 ºC, secando una cantidad de 10 g=
de
mineral durante 90 minutos. Esto, en base a información de
investigaciones de Heller, Iyim, Khan y Toor (Heller-Kallai,
2013a; Iyim & Güçlü, 2009; Khan, Dahiya, & Ali, 20=
12;
Toor, Jin, Dai, & Vimonses, 2015).
Mineral sin modific=
ar,
en estado natural
Se utilizó
mineral aluminosilicato, sin ningún tratamiento físico o qu&i=
acute;mico
que pueda alterar su composición o estructura; únicamente, se
secó a temperatura constante de 60 ºC, molió y tamiz&oac=
ute;
a luz de malla de 150 150 μm.
=
E. Pruebas
de Tratabilidad
Los cuatro tipos de adsorbentes desarroll=
ados
(mineral natural, modificado por ácido, modificado por base y modifi=
cado
térmicamente) se aplicaron para adsorción del color de muestr=
as
de efluente de lavandería de jeans, siguiendo el siguiente procedimi=
ento,
que fue concertado en base a las experiencias publicadas por Bingol, Hor, T=
oor
y Turabik: a temperatura ambiente se colocaron 0,1 g de adsorbente sobre 10=
0 mL
de efluente previamente filtrado, agitando de manera constante durante 2 h.,
dejando reposar por 1 h. y tomando del líquido sobrenadante, el que =
se
diluyó en proporción 1:3 para realizar la lectura de color (Bingol,
Tekin, & Alkan, 2010; Hor et al., 2016; Toor & Jin, 2012; Turabik,
2008)
Resultados
La remoción lograda por
aplicación de cada adsorbente basado en mineral aluminosilicato y su
estado de cumplimiento de la norma (TULSMA) antes y después del
tratamiento, se muestran en la tabla 2.
Tabla=
2: Remoción promedio de color de
efluente de lavandería de jeas, por aplicación de
aluminosilicatos natural y modificados
|
Modificación |
Cumplimiento de la norma, antes del tratamiento |
PCUi |
PCUf |
% Remoción |
Cumplimiento de la norma, después del tratamiento |
|
&Aacu=
te;cida |
No |
1065,=
0 |
939,5=
|
11,8%=
|
S&iac=
ute; |
|
T&eac=
ute;rmica |
No |
1066,=
5 |
856,5=
|
19,7%=
|
S&iac=
ute; |
|
B&aac=
ute;sica |
No |
1069,=
0 |
876,0=
|
18,1%=
|
S&iac=
ute; |
|
Ningu=
na (esta=
do natural) |
No |
1067,=
5 |
960,5=
|
10,0%=
|
S&iac=
ute; |
Realizado por: Autores, 2018
La comparación entre los resultado=
s de
los diferentes adsorbente se realizó aplicando análisis ANOVA=
de
1 factor, obteniéndose los siguientes resultados:
Tabla=
3: ANOVA para comparación de los
diferentes adsorbente basados en aluminosilicato
|
Modificación |
N |
Medias |
Desviación Estándar |
95%; CI |
|
Ácida |
6 |
11,8 |
1,060 |
(10,010; 13,558)=
|
|
Térmica |
6 |
19,7 |
2,341 |
(17,913; 21,461)=
|
|
Básica |
6 |
18,1 |
2,265 |
(16,283; 19,830)=
|
|
Natural |
6 |
10,0 |
2,369 |
(8,244; 11,792)<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Time=
s New Roman",serif;
mso-fareast-font-family:Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin'> |
Realizado por: Autores, 2018
Gráfico 1. Diagrama de cajas del
porcentaje de remoción obtenido con diferentes modificaciones al min=
eral
aluminosilicato de Cacha
![](3D"28PaperMarceloRamosalexalta_archivos/image014.gif")
Fuente: Autores, =
Ecuador, =
2017
Dis=
c=
usión
Los
resultados indican que la aplicación de adsorbentes, en todos los ca=
sos,
logra una reducción del color que permite el cumplimiento de la norm=
a.
No obstante, el adsorbente que presenta mayor remoción de color, en =
las
condiciones de experimentación, fue el mineral tratado
térmicamente, con un 19,7%. Este resultado puede deberse a que el tr=
atamiento
térmico, además de deshidratar la muestra, generarán
espacios intercalados por la eliminación de agua incluida y ocluida.=
El
efecto térmico sobre los aluminosilicatos ocurre en dos etapas: crec=
imiento
del núcleo del material y proceso de difusión con elevadas
energías de activación. (Heller-Kallai,
2013b; Toor et al., 2015)
En
el caso del mineral modificado por tratamiento básico, sus valores de
remoción son próximos a los del mineral modificado
térmicamente, con remoción promedio del 18,1%. Esto puede
explicarse porque el tratamiento con bases permite la generación de
espacios libres en el mineral aluminosilicato y la activación de gru=
pos
hidroxilo en superficie que generan atracción a los cationes del
colorante. (Hor
et al., 2016)
Los
adsorbentes basado en mineral natural y modificado por ácido present=
an las
menores remociones. Este comportamiento puede deberse al hecho que, en esta=
do
natural, el mineral no posee suficientes sitios activos para la
deposición del color a nivel superficial (Kausar
et al., 2018b);
y en el caso del adsorbente por modificación ácida, hay escaso
intercambio entre hidrogeniones del colorante con cationes del mineral, lo =
cual
limita la adsorción (Komadel
& Madejová, 2013).
Conclusiones
·
El tratamiento térmico sobre mineral aluminosilica=
to
de la localidad de Cacha permite la obtención de un adsorbente viable
para la remoción de color en efluentes de lavanderías de jean=
s,
con capacidad de remoción de un 19,7%.
·
Otro adsorbente viable, con un rendimiento ligeramente me=
nor,
se tiene en el adsorbente basado en aluminosilicato modificado por
hidróxido.
·
El mineral aluminosilicato utilizado sin tratar o con
tratamiento ácido presenta menor rendimiento para la remoción=
de
color de efluentes de lavanderías de jeans, con respecto a sus
contrapartes obtenidas por tratamiento térmico y ácido.
·
Los cuatro adsorbentes fueron efectivos en la remoci&oacu=
te;n
de color del efluente estudiado, con una diferencia entre los de mayor y me=
nor
rendimiento de un 9,7%. Por lo que el estudio y desarrollo de
tecnologías complementarias para el tratamiento de aguas basado en u=
so
de minerales arcillosos se vislumbra como un campo viable para la
utilización no-convencional y valorización de este tipo de
minerales.
Refe=
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PARA
CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Lara Hernández, A., Calderón, H., Ramos Flores., M., & Ramos Flores, M. E. (2019). Evaluación de la capacidad de mineral aluminosi= licato de la localidad de Cacha para la remoción de color en efluentes de la industria de lavado de blue jeans. Ciencia Digital, 3(3), 409-421. https= ://doi.org/10.33262/cienciadigital.v3i3.654
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