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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
2019
Evaluación del Hydrochar producido por tratamiento hidrotermal Evaluación del Hydrochar producido por tratamiento hidrotermal
como medio adsorbente de color de un agua residual como medio adsorbente de color de un agua residual
Manuela Ximena Pineda Pineda Universidad de La Salle, Bogotá
Daniel Camilo Flórez Guarín Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria
Part of the Environmental Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Pineda Pineda, M. X., & Flórez Guarín, D. C. (2019). Evaluación del Hydrochar producido por tratamiento hidrotermal como medio adsorbente de color de un agua residual. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1150
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EVALUACIÓN DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR TRATAMIENTO
HIDROTERMAL COMO MEDIO ADSORBENTE DE COLOR DE UN AGUA
RESIDUAL
Pineda Pineda Manuela Ximena
Flórez Guarín Daniel Camilo
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria
Bogotá, Colombia
2019
2
EVALUACIÓN DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR TRATAMIENTO
HIDROTERMAL COMO MEDIO ADSORBENTE DE COLOR DE UN AGUA
RESIDUAL
Pineda Pineda Manuela Ximena
Flórez Guarín Daniel Camilo
Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniera Ambiental y Sanitario
Director:
Jairo Vanegas Gordillo
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria
Bogotá, Colombia
2019
3
Dedicatoria
A mis padres por el apoyo y esfuerzo incondicional para así brindarme la oportunidad de
obtener mi título como profesional, además de ser un ejemplo de vida en cada uno de los
aspectos que hicieron parte de mi formación.
A mis hermanos esperando ser un ejemplo en el desarrollo de sus carreras profesionales,
como símbolo de perseverancia para que de la misma manera cumplan sus objetivos.
A mi abuela que desde el cielo me cuida y me protege en cada paso que doy, y siempre es y
será mi ejemplo a seguir por su gran calidez humana.
A mi novia y amigos que logre durante el desarrollo de la carrera, por ser incondicionales y
estar en los momentos que más se necesitan.
Daniel Camilo Flórez Guarín
4
Dedicatoria
Esta tesis se la dedico a Dios, ya que con la ayuda de el fue posible lograr esta meta. A mis
padres por guiarme, acompañarme y apoyarme en cada etapa de mi vida con mucho amor, me
ayudaron a seguir adelante en cada etapa del proceso.
A mis hermanos por ser el mejor ejemplo de disciplina, inteligencia y esfuerzo, ya que basada
en estos valores pude crecer profesionalmente logrando lo que me propongo.
Gracias a mis amigos que estuvieron ahí para darme animo y acompañarme en los momentos
difíciles ayudándome a superarlos y seguir adelante.
Manuela Ximena Pineda Pineda
5
Agradecimientos
A Dios por la vida y la oportunidad de estudiar una carrera universitaria y sortear cada uno de
los obstáculos que se presentaron.
Al profesor Jairo Vanegas Gordillo por su acompañamiento dedicación y entrega en cada una
de las etapas del proyecto, haciendo posible el desarrollo de este.
A todos los docentes que formaron nuestro conocimiento y nos inculcaron valores para ser
los mejores profesionales y dar todo de nosotros para alcanzar los mejores resultados en cada
cosa que desarrollamos.
Agradecemos a la técnica de laboratorio de microbiología Paola Andrea Narváez por su gran
disposición y colaboración en la producción del hydrochar.
Gracias a nuestras familias y amigos porque sin ellos nada de esto hubiese sido posible, por
su comprensión y ayuda.
6
Glosario
Adsorción: es la acumulación en la interfase o la concentración de sustancias en la
superficie. El proceso puede ocurrir en una interfase que separa líquido-líquido, gas-líquido,
gas-sólido o líquido-sólido. (Weber, 2003)
Agua residual: son el resultado del uso doméstico o industrial del agua. (soluciones en
tratamiento y reúso del agua, 2017)
Bioadsorbente: son adsorbentes provenientes de surgen del aprovechamiento de los
materiales de desecho que provienen de la industria alimentaria y agrícola. (Residuos
agroindustriales su impacto, manejo y aprovechamiento, 2017)
Biomasa: materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado,
utilizable como fuente de energía. (Real Academia de la Lengua Española)
Carbonización hidrotermal (HTC): es un proceso térmico de conversión de la biomasa en
un producto rico en carbono, en las que se manejan condiciones de temperatura de 180-260°C
(Ingelia, 2013).
Color: Es el resultado de la presencia de materiales de origen vegetal tales como ácidos
húmicos, turba, plancton, y de ciertos metales como hierro, manganeso, cobre y cromo,
disueltos o en suspensión. Constituye un aspecto importante en términos de consideraciones
estéticas. Los efectos del color en la vida acuática se centran principalmente en aquellos
derivados de la disminución de la transparencia, es decir que, además de entorpecer la visión
de los peces, provoca un efecto barrera a la luz solar, traducido en la reducción de los
procesos fotosintéticos en el fitoplancton, así como una restricción de la zona de crecimiento
de las plantas acuáticas. (Universidad Politécnica de Cartagena)
7
Colorante azoico: se caracterizan por la presencia de un grupo azo (-N=N-) en la molécula
que une, al menos, dos anillos aromáticos. El grupo azo tiene 6 electrones "móviles"
(deslocalizados) que a su vez están deslocalizados con los anillos aromáticos adyacentes.
Todos los compuestos azoicos son coloreados, pero no todos son útiles como colorantes.
(Primo, 1995)
Contaminante: se refiere a cualquier agente de origen químico, físico o biológico cuya
presencia o acumulación causa efectos nocivos en la salud de las personas y el medio
ambiente. (Fondo para la comunicación y la educación ambiental, 2018)
Filtración: operación mecánica para la separación de partículas sólidas suspendidas de un
líquido mediante el uso de un medio filtrante capaz de retener las partículas. (normas de
Colombia, 2019).
Hydrochar: es un sólido de elevado PCI (poder calorífico) y baja humedad, alto rendimiento
en la combustión y sin cuotas de emisiones de CO2. (Ingelia, 2013).
Residuos no peligrosos: son aquellos producidos por el generador en desarrollo de su
actividad, que no presentan ninguna de las características de peligrosidad establecidas en la
normatividad vigente. (Gestión integral de residuos análisis normativo y herramientas para su
implementación, 2018)
Residuos orgánicos: corresponden a los restos biodegradables de plantas y animales, en los
cuales están incluidas las de las frutas y las verduras, los cuales son susceptibles a degradarse
biológicamente. (Gestión integral de residuos análisis normativo y herramientas para su
implementación, 2018)
Residuo sólido aprovechable: es cualquier material, objeto, sustancia o elemento sólido que
no tiene valor de uso para quien lo genere, pero que es susceptible del aprovechamiento para
su reincorporación a un proceso productivo. (Gestión integral de residuos análisis normativo
y herramientas para su implementación, 2018)
8
Residuo sólido comercial: es aquel generado en el marco de la compra o venta de bienes y
servicios tiendas, almacenes, hoteles, ferias, centros comerciales, restaurantes bares,
mercados, oficinas, farmacias, estaciones de servicio, supermercados, entre otros lugares. Los
residuos del sector comercial son muy heterogéneos, pero se pueden encontrar, entre otros,
residuos de papel y cartón, plásticos, madera, vidrios, textiles, metales, residuos orgánicos y
algunos residuos peligrosos sujetos a normativa diferenciada. (Gestión integral de residuos
análisis normativo y herramientas para su implementación, 2018)
Solubilidad: Es la cantidad de soluto que puede disolverse, a una temperatura y presión
dadas, en una cantidad determinada de disolvente. (Química inorgánica, 2005)
9
Resumen
El presente proyecto de grado permitió evaluar la eficiencia del biocarbón (hydrochar)
producido por carbonización hidrotermal (HTC) a partir de residuos de cáscara de cebolla
larga, maíz y arveja, que sirven de medio filtrante para la remoción de color en agua
residual, esto con el fin de desarrollar una nueva alternativa de tratamiento de agua
residual, con lo cual, se buscó una alternativa para contribuir con la problemática de la
contaminación del recurso hídrico por colorantes en la industria alimenticia con
tecnologías de fácil uso y una alta eficiencia de absorción de contaminantes por medio del
lecho filtrante de biocarbón producido a partir de residuos orgánicos, lo cual también
contribuye a la problemática del mal manejo de los residuos ya que estos normalmente no
son aprovechados y por el contrario son dispuestos en el relleno sanitario aumentando la
sobrepresión a estos disminuyendo su tiempo de vida útil.
Los biocarbónes fueron producidos a partir de la técnica de carbonización hidrotermal a
base de residuos de cáscaras de hojas de cebolla larga, hojas de maíz y cáscara de arveja que
se compraron a los vendedores en la plaza de mercado de Paloquemao.
Se eligió esta materia prima por su alto contenido en fibra y celulosa, lo que aporta al
producto final mayor cantidad de carbono y porosidad, las cuales son características
fundamentales para obtener una biomasa que cumpla con las mejores características.
El proceso de selección y caracterización se realizó manualmente directamente en la
fuente y de allí se realizó a la fase de producción del hydrochar en los laboratorios de la
Universidad de La Salle, sede candelaria. Luego de la obtención de los biocarbónes, se
diseñaron los cinco filtros en donde cada uno tuvo una composición igualitaria de los tres
biocarbónes, el siguiente una composición de acuerdo con los biocarbónes evaluados
individualmente; y el último fue hecho de carbón activado para tener una muestra control
10
de la remoción del colorante.
Se tomo el agua residual con contaminación por colorantes artificiales azoicos provenientes
de una industria de alimentos y se realizó una medición inicial del parámetro color, por el
método de espectrofotometría, posteriormente se hace pasar por los filtros rápidos, cada dos
minutos se realizo una medición de la concentración de color en el espectrofotómetro para
analizar el cambio en el tiempo hasta llegar a los 10 minutos que era el tiempo de retención.
Se comparo la concentración final y la inicial y se obtuvo que el lecho con mayor adsorción
es el carbón activado con una eficiencia del 36,65% en la longitud de onda de 520 y de
34,92% en la longitud de 620, seguido del lecho de hydrochar de arveja con un 22,77% en la
longitud de onda de 520 y de 20,07% en la de 620, el lecho de hydrochar de maíz presentó el
tercer lugar en eficiencia con un 18,81% en la longitud 520 y 13,26% en la longitud de 620 y
por ultimo la hoja de la cebolla con una eficiencia en la longitud de onda de 520 de 6,91% y
en la longitud de 620 presento una eficiencia de 6,43%. Se realizo un lecho con una
combinación de los tres biocarbónes, la proporción fue de 50% arveja, 40% de maíz y 10%
de hoja de cebolla teniendo en cuenta las eficiencias obtenidas. Este lecho obtuvo una
eficiencia de 10,89% para la longitud de 520 y de 10,98% en la longitud de onda de 620.
Con la realización de esta experimentación se pudo concluir que de los biocarbónes
producidos a través de tratamiento hidrotermal, el de arveja es el de mayor potencial para la
remoción de colorantes en el agua residual.
Palabras clave: residuos, aprovechable, contaminación hídrica, bioadsorción, hydrochar
11
Contenido
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 16
LOS RESIDUOS ORGÁNICOS QUE SE ORIGINAN EN GRANDES CANTIDADES
CON UN VALOR DE ....................................................................................................... 16
2. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 18
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 19
3.1 MARCO TEÓRICO......................................................................................................... 19
3.1.1 Caracterización de la biomasa de residuos orgánicos ......................................... 19
3.1.2 Hydrochar ........................................................................................................... 20
3.1.3 Bioadsorbentes .................................................................................................... 21
3.1.4 Filtración ............................................................................................................ 22
3.1.5 Colorantes ........................................................................................................... 25
3.1.6 Tipos de colorantes ............................................................................................. 25
3.1.7 Rojo carmoisina .................................................................................................. 27
3.1.8 Tartrazina ........................................................................................................... 27
3.1.9 Azul bte n°1 ......................................................................................................... 28
4. OBJETIVOS .............................................................................................................. 29
4.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 29
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................................. 29
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 30
5.1 FASE 1. PRETRATAMIENTO DE RESIDUOS .......................................................... 30
5.2 FASE 2. PRODUCCIÓN DEL HYDROCHAR POR TRATAMIENTO
HIDROTERMAL. ........................................................................................................... 31
5.3 FASE 3. TOMA DE LA MUESTRA DE AGUA RESIDUAL ...................................... 33
5.4 FASE 4. DISEÑO DEL FILTRO.................................................................................. 33
5.5 FASE 5. EXPERIMENTACIÓN.................................................................................. 34
6. DATOS ....................................................................................................................... 36
7. RESULTADOS .......................................................................................................... 41
8. ANALISIS DE RESULTADOS ................................................................................. 57
8.1 PRODUCCIÓN DE HYADROCHAR ......................................................................... 57
8.2 CURVA ESPECTRAL............................................................................................... 57
8.3 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR CEBOLLA EN LA REMOCION
DE COLOR ..................................................................................................................... 58
8.4 EFECTO DEL HYDROCHAR COMBINADO (MAIZ, CEBOLLA, ARVEJA) EN LA
REMOCIÓN DE COLOR ................................................................................................ 59
8.5 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR MAÍZ EN LA REMOCIÓN DE
COLOR ........................................................................................................................... 59
12
8.6 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR ARVEJA EN LA REMOCIÓN DE
COLOR ........................................................................................................................... 60
8.7 EFECTO DEL CARBÓN EN LA REMOCIÓN DEL COLOR .................................... 61
9. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 62
10. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 63
11. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 64
13
LISTA DE TABLAS
TABLA 1. CARACTERÍSTICAS BIOMASA. ................................................................... 19
TABLA 2. ECUACIONES A TENER EN CUENTA PARA EL DISEÑO DEL FILTRO
SON LAS SIGUIENTES: ............................................................................................ 24
TABLA 3. TIPOS DE COLORANTES NATURALES. ...................................................... 26
TABLA 4. TIPOS DE COLORANTES ARTIFICIALES. ................................................... 26
TABLA 5. DISEÑO FILTRO. ............................................................................................ 34
TABLA 6. PESOS DE LA BIOMASA EN LAS DIFERENTES ETAPAS DEL PROCESO.
.................................................................................................................................... 41
TABLA 7. PORCENTAJE DE EFICIENCIA EN LA PRODUCCIÓN DE LA BIOMASA. 41
TABLA 8. COMPOSICIÓN DE LOS COLORANTES PARA 500 LITROS. ..................... 42
TABLA 9. RESULTADOS DE LA CEBOLLA EN EL ESPECTROFOTÓMETRO. .......... 43
TABLA 10. RESULTADOS DEL MAÍZ EN EL ESPECTROFOTÓMETRO. ................... 44
TABLA 11. RESULTADOS DE LA ARVEJA EN EL ESPECTROFOTÓMETRO. ........... 45
TABLA 12. RESULTADOS DEL FILTRO COMBINADO EN EL
ESPECTROFOTÓMETRO. ......................................................................................... 46
TABLA 13. RESULTADOS DEL CARBÓN EN EL ESPECTROFOTÓMETRO. ............. 48
TABLA 14. EFICIENCIAS FINALES DE LOS LECHOS FILTRANTES A 520NM Y
620NM. ....................................................................................................................... 56
14
LISTA DE ILUSTRACIONES
1. RECOLECCIÓN MANUAL DE LA CASCARA DE ARVEJA ...................................... 30
2. RECOLECCIÓN MANUAL HOJA DE CEBOLLA LARGA. ........................................ 31
3. PROCESO PRODUCCIÓN DE HYDROCHAR CON LA HOJA DE LA MAZORCA. .. 32
4.PROCESO DE PRODUCCIÓN DE HYDROCHAR CON LA CASCARA DE LA
ARVEJA. ..................................................................................................................... 32
5. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE HYDROCHAR CON LA HOJA DE LA CEBOLLA.
.................................................................................................................................... 32
6. MUESTRA DE AGUA RESIDUAL. .............................................................................. 33
7. CURVA ESPECTRAL DEL ESPECTROFOTÓMETRO................................................ 36
8. SOLUCIÓN MADRE Y SUS DILUCIONES.................................................................. 38
9. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO. .......................................................................... 58
15
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Diseño del filtro…………………………………………………………………68
16
1. INTRODUCCIÓN
Los residuos orgánicos que se originan en grandes cantidades con un valor de 62,4Ton/día representan un 88,5% del total de los residuos generados en la plaza de
mercado de Paloquemao en Bogotá, Colombia (CONAMA, 2014). Estos residuos están
siendo desaprovechados al no generase un uso de estos teniendo características adecuadas
para un aprovechamiento según el estudio realizado por el Congreso Nacional del Medio
Ambiente (CONAMA) que se muestra en el documento Plazas de mercado en Bogotá,
generadoras de residuos y desarrollo y donde se resalta que estos residuos representan una
oportunidad de desarrollo para el país.
Los residuos orgánicos pueden ser aprovechados por medio de tratamientos biológicos
como compostaje o lumbricultura, tratamientos térmicos como incineración masiva,
estabilización, pirólisis y la carbonización hidrotermal, entre otros. En nuestro proyecto
utilizamos el proceso de carbonización hidrotermal para el tratamiento de residuos sólidos
orgánicos que fueron previamente recolectados de la plaza de mercado de Paloquemao
ubicada en el centro de la ciudad de Bogotá, siendo estos residuos específicamente: cascaras
de maíz, cascaras de arveja y la hoja de cebolla larga, esto debido a su alto contenido de fibra
y celulosa.
En la carbonización hidrotermal los residuos se someten a altas presiones y temperaturas
para obtener el hydrochar, el cual se caracteriza por ser un sólido de elevado poder
calorífico, baja humedad y alto rendimiento en combustión. Esta biomasa obtenida tiene
aplicaciones con propósitos energéticos, enmienda del suelo, adsorbentes y de
catalizador. En especial, la propiedad adsorbente se usa en el tratamiento de aguas
residuales para la retención de los contaminantes como color, aniones, entre otros.
Diversos estudios demuestran la posibilidad de desarrollar materiales con adecuadas
capacidades de adsorción a partir de fuentes naturales, siendo estos una nueva alternativa de
17
exploración de materiales llamados “no convencionales”, que a la vez permiten reducir o
eliminar contaminantes de naturaleza metálica u orgánica en aguas residuales.
Los adsorbentes no-covencionales (verdes o bioadsorbentes) surgen del aprovechamiento de
los materiales de desecho que provienen de la industria alimentaria y agrícola; estos son
desechos de fruta, residuos vegetales y plantas.
El color es un contaminante físico del agua, el cual es el resultado de los procesos
industriales de fabricación alimentos, textiles, farmacéuticos, papel y textiles, curtidos,
mataderos, entre otros, esta contaminación interfiere en los procesos fotosintéticos de las
plantas ya que impide el paso de la luz solar. Por otro lado, también puede afectar la
absorción de oxígeno de la atmósfera. Con lo mencionado anteriormente, los principales
beneficiados con la realización de este proyecto son todas aquellas empresas que manejan
dentro de sus procesos industriales los tintes y colorantes tales como; la alimenticia, la textil,
farmacéutica, papel y textiles, curtidos, mataderos, entre otros, ya que esta técnica es una
alternativa eficiente para el tratamiento de aguas residuales producidas, ya que estas deben
cumplir la normativa de vertimientos de aguas residuales vigente.
Por otra parte, al producirse hydrochar a partir de los residuos orgánicos como las cascaras de
arveja, cascaras de maíz y hoja de cebolla larga, se benefician tres grupos mas de personas, el
primero son los comerciantes y vendedores de la plaza de mercado de Paloquemao ya que
pueden comercializar estos residuos y obtener un valor agregado gracias a que estos se
pueden comercializar para su uso como materia prima de la enmienda orgánica. El segundo
grupo son los habitantes que viven en las áreas circundantes a la plaza de mercado ya que se
mitiga la contaminación visual que se genera por la mala disposición de estos residuos dentro
de la plaza de mercado. Por último, se verán beneficiados los habitantes circundantes al
relleno sanitario ya que se reduciría la carga que llega al relleno sanitario aumentando la vida
útil de este.
18
2. JUSTIFICACIÓN
Con el fin de proponer una alternativa económica y sostenible para la remover el color
presente en aguas residuales, contaminante generado por vertimientos industriales que causa
afectación a la salud humana y contaminación del recurso hídrico se producirá un material
adsorbente por medio del uso de una tecnología de tratamiento hidrotermal de biomasa
llamado Hydrochar, que será utilizado como medio filtrante para su posterior implementación
en sistemas de filtración para remoción de color en el agua.
Actualmente muchas industrias usan colorantes dentro de sus procesos de producción para
mejorar la apariencia de sus productos y muchos de sus vertimientos industriales se disponen
sin ningún tipo de tratamiento a un cuerpo de agua. Además, es uno de los factores que
genera más carga contaminante en el agua, en otros casos no se realiza un tratamiento debido
por los costos que conlleva realizarlo. Esto representa un problema sanitario debido a que
pueden ser tóxicos, un tema que aún se encuentra en discusión, pueden ser vehículo de
sustancias tóxicas.
Con esta propuesta se presenta un material con menos requerimientos económicos y
energéticos, como una alternativa innovadora a los lechos de filtración de agua residual que
se usan comúnmente por las industrias, pero que además se obtiene realizando un
aprovechamiento de un residuo sólido orgánico que se da en la plantación de arveja, cebolla y
maíz. Con el uso de esta materia prima se quiere también disminuir los impactos que genera
la contaminación de la atmósfera y del suelo debido a la gestión que se realiza de estos
residuos actualmente, es necesario mitigar impactos ambientales y sociales que generan los
vertimientos industriales y residuos agroindustriales en los recursos naturales.
19
3. MARCO TEÓRICO
3.1 Marco teórico
3.1.1 Caracterización de la biomasa de residuos orgánicos
En el caso de Colombia, las cifras del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo
Territorial indican que en un día el país produce 27300 toneladas de basura de las cuales el
65% son residuos orgánicos y el 35% inorgánicos. Los componentes que constituyen la
fracción orgánica de las basuras colombianas son residuos de alimentos, papel, cartón,
madera y residuos de jardín (Stoecklein y Suárez, 1998).
La celulosa es un componente estructural en las paredes vegetales, y también es una fuente
rica de energía al ser degradada en monómeros estructurales. Para la degradación de la
celulosa se debe tener en cuenta su susceptibilidad a la hidrólisis enzimática ya que está
afectada significativamente por los rasgos estructurales de los materiales celulósicos, que
incluyen: grado de acumulación de agua, orden molecular, contenido de material asociado
como la lignina, estructura capilar de las fibras de celulosa, área superficial, además del rasgo
sugerido como el más importante: cristalinidad (Vilches, 2000).
Los residuos que se seleccionaron para la producción de hydrochar fueron: hojas de cebolla
larga, hojas de maíz y cáscara de arveja, por su gran contenido fibra y celulosa.
Tabla 1. Características biomasa.
Características biomasa en base seca
Residuo
Contenido de fibra en
%
Contenido de celulosa en
%
Cebolla
larga 15 40
Arveja 55 45
Maíz 23 43,14
Fuente: Evaluación del biochar e hydrochar como medios para captura de carbono en el
suelo, (2017).
20
3.1.2 Hydrochar
Es un sólido de elevado PCI (poder calorífico) y baja humedad, alto rendimiento en la
combustión y sin cuotas de emisiones de CO2. Este producto presenta la ventaja de ser
fácilmente recuperable, pudiéndose separar de la fase líquida mediante filtración,
centrifugación o prensado, entre otros métodos y recibiendo posteriormente un tratamiento
para su peletizado (Ingelia, 2013).
La adsorción es una de las aplicaciones principales de los carbones activos. Al contrario que
los carbones activos, los carbones de HTC tratados a 180 ºC no presentan microporosidad,
pero sin embargo presentan un gran número de grupos oxigenados localizados en la
superficie, favoreciendo la adsorción (Ballester, 2012).
Uno de los usos que puede tener el hydrochar, es como secuestrador de CO2, pues es un
material rico en carbono; Se acumula el dióxido de carbono que ha sido eliminado de la
atmósfera para el crecimiento de las plantas en un material que resiste a los procesos
naturales de la degradación que liberarían otra vez este dióxido de carbono, el punto clave es
la forma artificial de fijar el carbono de la biomasa a gran escala. Es un proceso exotérmico,
libera entre el 10-30% de la energía de combustión de los azúcares. Se evitan procesos de
secado de la biomasa y las emisiones de CO2 generadas en estos procesos, en el caso de los
carbones de HTC (Ballester, 2012).
El hydrochar tiene muchas aplicaciones: puede ser utilizado para propósitos energéticos, para
procesos de enmienda del suelo, también produciendo adsorbentes de carbón activado,
catalizadores y materiales nano estructurados (Arellano et al., 2016).
El proceso por el cual se obtiene el hydrochar es la carbonización hidrotermal (HTC) por
medio de un tratamiento térmico reaccionando sustratos orgánicos húmedos bajo condiciones
de temperatura de (180- 260°C) a una presión entre 15- 25 Bar (Kantakanit et al, 2018).
21
El HTC puede ser clasificado como directo o indirecto (catalítico). En el directo, solo el agua
y la alimentación se calientan en un reactor a diferentes rangos de temperatura a diferencia
del indirecto que en proceso se lleva a cabo con un catalizador (NIZAMUDDIN,2015)
Los parámetros a controlar en el proceso de producción son: la temperatura de reacción, el
tiempo de reacción y la relación de biomasa a agua. El principal rol de la temperatura es
ofrecer un calor de desintegración para fragmentar el enlace de biomasa, este es un principal
factor de influencia en el rendimiento de masa, rendimiento de energía y una relación de
densificación de energía. Por otro lado, el tiempo de reacción define la composición del
producto y la conversión general de la biomasa. (NIZAMUDDIN,2015)
3.1.3 Bioadsorbentes
Diversos estudios demuestran la posibilidad de desarrollar materiales con adecuadas
capacidades de adsorción a partir fuentes naturales, despertando el interés para explorar estos
materiales alternativos considerados “no-convencionales”, que permitan reducir o eliminar
los contaminantes de naturaleza metálica u orgánica, contenidos en aguas residuales.
Los adsorbentes no-convencionales (verdes o bioadsorbentes) surgen del aprovechamiento de
los materiales de desecho que provienen de la industria alimentaria y agrícola; estos son
desechos de fruta, residuos vegetales y plantas.
México y aquellos países que cuentan con una enorme biodiversidad de especies vegetales y
frutales son atractivos para el establecimiento de industrias alimentarias o agroindustrias, las
cuales generan miles de toneladas de residuos vegetales o frutales por año. Por ello la
utilización de estos residuos, principalmente las cáscaras de las frutas, para la eliminación de
los contaminantes presentes en los efluentes acuosos, es una alternativa de gran potencial y
de aprovechamiento que presenta diversas ventajas como ser materiales bioadsorbentes de
bajo costo, disponibilidad, adecuada capacidad de adsorción, factibilidad de mejorar a través
22
de modificación química, susceptible a la regeneración, degradabilidad lo que conduce a un
menor número de problemas en la disposición final posterior a la adsorción.
A continuación, se muestra una sencilla clasificación, considerando el origen o fuente de
obtención de los adsorbentes no convencionales empleados en los métodos de tratamiento de
aguas residuales contaminadas.
- Biomasa viva y no viva (microorganismos)
- Los materiales de desecho agroindustriales
- Los materiales de desecho de industria alimentaria.
3.1.4 Filtración
La producción de agua clara y cristalina es prerrequisito para el suministro de agua limpia y
requiere de la filtración. Aunque cerca del 90% de la turbiedad y el color son removidos por
la coagulación y la sedimentación, una cierta cantidad de floc pasa al tanque de
sedimentación y requiere su remoción. Por esto es que para lograr una clarificación final se
usa la filtración a través de medios porosos; estos medios generalmente son arena o arena y
antracita.
En la planta de purificación la filtración remueve el material suspendido, medido en la
práctica como la turbiedad, compuesto de floc, metales oxidados y microorganismos. La
remoción de microorganismos es de gran importancia puesto que muchos de ellos son
extremadamente resistentes a la desinfección y, sin embargo, son removibles mediante la
filtración.
Se piensa que la filtración como un tamiz o micro criba que atrapa el material suspendido
entre los granos del medio filtrante. Sin embargo, cribar o tamizar es agua es la acción de
menos importancia en el proceso de filtración, esto debido que la mayor parte de las
partículas suspendidas pueden pasar fácilmente a través de los espacios existentes entre los
granos del medio filtrante.
23
El filtro rápido por gravedad es el tipo de filtro más usado en tratamiento de aguas. La
operación de filtración supone de dos etapas: filtración y lavado. En un filtro rápido
convencional, el final de la etapa de filtración o carrera de filtro se alcanza cuando los sólidos
suspendidos en el efluente comienzan a aumentar; cuando la pérdida de carga es tan alta que
el filtro ya no produce agua a la tasa deseada o cuando la carrera del filtro es de 36 horas o
más.
Muchos son los sistemas de filtración propuestos y construidos, sin embargo, se puede hacer
una clasificación de acuerdo con la dirección del flujo, el tipo de lecho filtrante, la fuerza
impulsora, la tasa de filtración y el método de control de la tasa de filtración.
- Dirección de flujo: de acuerdo con la dirección de flujo, los filtros pueden ser de
flujo ascendente, descendente o dual.
- Tipo de lecho filtrante: los filtros utilizan generalmente un solo medio, arena o
antracita; un medio dual, compuesto por arena y antracita.
- Fuerza impulsora: de acuerdo con la fuerza impulsora utilizada para vencer la
resistencia friccional ofrecida por el lecho filtrante, los filtros se clasifican como
filtros de gravedad o
- Tasa de filtración: los primeros filtros usados para tratamiento de agua fueron los
filtros lentos, los cuales usan una capa de arena fina de 1m soportada sobre un lecho
de grava de 0,30m. estos filtros fueron luego reemplazados por los filtros rápidos,
filtros de arena, generalmente con lavado ascensional. Con tasas de filtración mucho
mayores, por consiguiente, con requerimientos de área mucho menores. Seguido a
esto, con el uso de otros medios filtrantes duales o lechos mezclados, se lograron
diseños mucho más económicos en cuanto al área empleada, ya que estos usan tasas
de filtración todavía mayores que las de los filtros rápidos convencionales.
Las variables principales para el diseño de filtros según (Romero,2010) son:
24
- Características del medio filtrante: Donde se tiene en cuenta el tamaño del grano,
su distribución granulométrica, carga del medio, forma, densidad y composición del
grano ya que estos parámetros afectan la eficiencia de remoción de las partículas y el
incremento en pérdida de carga.
- Porosidad del lecho filtrante: determina la cantidad de sólidos que pueden
almacenarse en el filtro.
- Profundidad del lecho filtrante: afecta la pérdida de carga y la duración de la
carrera.
- Tasa de filtración: Fija el área requerida y la pérdida de carga, además afecta la
calidad del efluente.
- Pérdida de carga disponible: representa una variable de diseño.
- Características del afluente: depende de la concentración de sólidos suspendidos,
tamaño y distribución del floc, resistencia del floc, carga eléctrica del floc y
propiedades del fluido ya que afectan las características de remoción del filtro.
Tabla 2. Ecuaciones a tener en cuenta para el diseño del filtro son las siguientes:
Parámetro Convenció
n
Ecuaciones
Área A
Diámetro D
Altura del lecho h1
Altura libre h2
Altura total Ht
Ht= h1+h2
Tiempo de retención t
Volumen V
A=𝑄
𝑉
D= √4𝐴
𝜋
2
3𝐻𝑡
1
3𝐻𝑡
𝑡
= 𝑉
𝐴 ∗ 𝑡𝑎𝑠𝑎 𝑙𝑎𝑣
𝑉𝑡= 𝑉𝑑 + 𝑉𝑐
25
Volumen del cilindro Vc
Volumen del domo Vd
Fuente: Romero (2010)
3.1.5 Colorantes
La coloración de los alimentos ya se practicaba en tiempos de los romanos y de los egipcios.
En la Edad Media, con el fin de remediar la monotonía de su alimentación, la gente añadía
colorantes naturales como el ocre, los extractos de acelgas, de zanahorias o de hierbas.
A principios del siglo XIX, con la creciente evolución de la Química, los alimentos eran
coloreados con cromato de plomo, sulfito de mercurio, arseniato de cobre o brea de hulla.
Muchos de éstos fueron prohibidos en 1887 con la primera ley de los colorantes, habiéndose
constatado sus efectos tóxicos. Más tarde, en la segunda mitad del siglo XIX, fueron
descubiertos los colorantes azoicos de tintes luminosos, que en un principio fueron utilizados
para la coloración de los productos textiles y que, posteriormente, se introdujeron en los
alimentos. De esta manera se conseguía que tuvieran un aspecto más apetecible, lo que a su
vez también permitía poner a la venta productos en perfecto estado, así como pasados, ya que
el comprador podía ser engañado sobre el estado de los productos. (Elmadfa, 2011)
3.1.6 Tipos de colorantes
Los colorantes pueden ser naturales, si son extraídos de una sustancia vegetal, animal o
mineral, o sintéticos, si son productos modificados química o físicamente.
𝑉𝑑
=2𝜋𝑟2
3∗ 2
𝑉𝑐= 𝜋𝑟2𝐻𝑡
26
Tabla 3. Tipos de colorantes naturales.
Fuente: ¿Veneno en su plato? Usos y riesgos de los aditivos alimentarios. Guías prácticas
OCU. 2006.
Tabla 4. Tipos de colorantes artificiales.
Fuente: ¿Veneno en su plato? Usos y riesgos de los aditivos alimentarios. Guías prácticas
OCU. 2006.
Los colorantes artificiales son solubles en agua, debido a la presencia de grupos de ácido
sulfónico, y consecuentemente son fáciles de utilizar, generalmente en forma de sales
27
sódicas, en líquidos y materiales pastosos. También se pueden utilizar en forma insoluble,
como lacas con hidróxido de aluminio, cuando se añaden a productos sólidos, para evitar que
estos productos “destiñan”. En este segundo caso, el colorante representa solamente entre el
10% y el 40% del peso total. Además de mucho más fáciles de utilizar que los colorantes
naturales, los colorantes artificiales son también, en general, más resistentes a los
tratamientos térmicos, pH extremos, luz, etc., que los colorantes naturales. Solamente la
eritrosina, la indigotina y el verde ácido brillante son relativamente sensibles a la acción de la
luz. (Calvo, 2012)
3.1.7 Rojo carmoisina
Es un colorante alimentario artificial rojo mono-azoderivado que se emplea como aditivo en
la industria alimentaria. e encuentra como colorante en la industria del chocolate, repostería
industrial (en la coloración de mazapán), en las salsas emulsionadas, elaboración de
refrescos, etc. Por regla general cuando se desea colorar un alimento con color rojo.
Se permite un consumo diario de este colorante relativo a los 500 miligramos por kilogramo
de peso corporal. Suele proporcionar un color que vira desde el rojo hasta el marrón. Este
colorante se emplea en una variedad de salsas, condimentos, relishes, sucedáneo del
salmón (y de otros sucedáneos de pescados que poseen carne roja como el atún
rojo), chutneys, yogures (en algunos casos se denomina colorante fresa), etc.
3.1.8 Tartrazina
La tartrazina es un colorante artificial en polvo utilizado en la industria alimentaria,
perteneciente a la familia de los colorantes azoicos soluble en agua.
Su característica principal es proporcionar la tonalidad de color amarillo en alimentos
industrializados. La podemos encontrar en diversos alimentos como néctares, gaseosas,
bebidas hidratantes, bebidas alcohólicas, caramelos, galletas, gelatinas, postres, snacks, etc.
28
Actualmente es permitido y es conocido que hay permisividad por parte de las autoridades
sanitarias para que cada empresa de alimentos maneje niveles “permitidos” porque su
concentración no es letal, pero si comemos y bebemos en un solo día varios alimentos que
contienen estos colorantes, se concentrarán en el cuerpo en cantidades toxicas o patológicas.
3.1.9 Azul bte n°1
El Azul brillante FCF es un colorante se emplea en la industria
alimentaria como aditivo capaz de teñir los alimentos de color azul, su código es el E 133. Se
emplea en la tinción de helados y en repostería. Otros usos son en cosmética y en colutorios
bucales. Su visibilidad y baja toxicidad le convierten en un colorante indicado en otras
ocasiones en las que se requiera como trazador, tal y como la investigación de corrientes
acuíferas y solutos en substratos. A veces se combina con tartrazina (E 102) para dar
colorantes verdes.
Se trata de una sal sódica que se elabora a partir de los sub-derivados del petróleo,
principalmente de los hidrocarburos aromáticos. El azul brillante FCF consiste en la sal
disódica mencionada y sus isómeros. Es muy soluble en agua (200 kg/m3) y se presenta en
forma de polvo de color azul rojizo, a veces en forma de gránulos. Posee una buena
coloración, es poco tóxico. Siendo aceptado por diversos organismos sanitarios públicos.
El empleo más habitual es como colorante alimentario en diversas áreas de la industria. De
esta forma se puede encontrar en diversas bebidas refrescantes de color azul y verde,
caramelos, helados, chicles, etc. Se emplea igualmente en la tinción de productos cosméticos
y de higiene personal.
29
4. OBJETIVOS
4.1 Objetivo general
Evaluar la eficiencia del biocarbón (hydrochar) producido por tratamiento hidrotermal como
medio filtrante para la remoción de color en agua residual.
4.2 Objetivos Específicos
● Producir hydrochar por medio de tratamiento hidrotermal.
● Diseñar los filtros teniendo en cuenta parámetros de diseño establecidos para la
posterior evaluación con cada una de las variaciones de lechos filtrantes.
● Evaluar la eficiencia de adsorción del Hydrochar para remoción de color en agua
residual por medio de la técnica de espectrofotometría.
● Calcular la eficiencia del Hydrochar como medio filtrante vs el carbón activado en la
remoción de color.
30
5. METODOLOGÍA
5.1 Fase 1. PRETRATAMIENTO DE RESIDUOS
Inicialmente se recogieron manualmente las hojas de cebolla larga, hojas de maíz y cáscara
de arveja en la plaza de mercado de Paloquemao ya que estas cáscaras son las que tienen
mayor contenido de celulosa y de fibra con el fin de que el Hydrochar tuviera mayor cantidad
de carbono y porosidad.
La clasificación de los residuos se realizó de manera manual directamente de la fuente en la
plaza de mercado separando la cáscara del resto del alimento. Según lo establecido en la
norma técnica colombiana GTC 24, “Gestión Ambiental. Residuos Sólidos. Guía para la
separación en la fuente.”
1. Recolección manual de la cascara de arveja
Fuente: autores.
31
2. Recolección manual hoja de cebolla larga.
Fuente: autores.
5.2 Fase 2. PRODUCCIÓN DEL HYDROCHAR POR
TRATAMIENTO HIDROTERMAL.
Posteriormente se introdujeron en la autoclave los residuos por separado y se dejan durante 4
horas en intervalos de 2 horas a una temperatura de 180°C. Al finalizar este proceso se
dejaron enfriar durante 15 minutos.
Para el proceso de secado, se escurrió manualmente la biomasa para retirarle la mayor
cantidad de agua posible, después se llevó a la estufa de aire forzado para finalizar el proceso
de secado a una temperatura de 105°C durante 24 horas con el fin de obtener biomasa.
32
3. Proceso producción de hydrochar con la hoja de la mazorca.
Fuente: autores.
4.Proceso de producción de hydrochar con la cascara de la arveja.
Fuente: autores.
5. Proceso de producción de hydrochar con la hoja de la cebolla.
Cascara arveja en la
autoclave
Cascara arveja
escurrida
Después del horno
Hoja de la cebolla
larga en la autoclave
Hoja cebolla larga
después de la autoclave
Después del horno
Hoja de mazorca en la
autoclave
Después del horno
33
5.3 Fase 3. TOMA DE LA MUESTRA DE AGUA RESIDUAL
Bajo los lineamientos del INSTRUCTIVO PARA LA TOMA DE MUESTRAS DE AGUAS
RESIDUALES del IDEAM se tomó una muestra simple del agua residual, debido a que las
condiciones se mantienen estables a lo largo del tiempo, con una botella de plástico en el
punto de producción de la empresa. La muestra fue preservada por un máximo de 48 horas en
una nevera con hielo para que no se altere el contaminante color del agua residual.
6. Muestra de agua residual.
Fuente: autores.
5.4 Fase 4. DISEÑO DEL FILTRO
Para el diseño del filtro se asumieron los parámetros de caudal, tasa de filtración, la altura y
la velocidad de entrada de acuerdo los datos de referencia bibliográfica. A partir de estos
datos se procedió a calcular el área del filtro, el diámetro del filtro, diámetro tubería, tiempo
de retención y el caudal de control.
34
Tabla 5. Diseño filtro.
PARÁMETRO CONVENCIÓN UNIDADES VALOR
Caudal Q L/s 0,01
Tasa de filtración Tf m/d 50
Área del filtro A m^2 0,01728
Diámetro del filtro D m 0,148
Diámetro asumido Da m 0,15
Altura del lecho
filtrante Hf m 0,2
Altura libre Hs m 0,1
Altura total Ht m 0,3
Velocidad de entrada Ve m/s 0,25
Diámetro tubería de
entrada De Pulg 0,3
Diámetro tubería de
entrada asumido De Pulg 0,5
Diámetro de tubería de
salida Ds Pulg 0,5
Tiempo de retención t min 8,64
Caudal de control Qc L/s 0,009
Fuente: autores.
El filtro se diseñó de acuerdo con los datos anteriores, en forma cilíndrica, des ajustable para
poder realizar el cambio del lecho filtrante como se puede ver en el ANEXO A. Diseño filtro.
5.5 Fase 5. EXPERIMENTACIÓN
Se realizo la curva de calibración del colorante que usan en la industria, esto con un aporte de
la empresa la cual nos entregó una muestra de cada uno de los colorantes (Tartrazina, rojo
carmoisina y azul bte) que se emplean, y, además, nos entregó la fórmula certificada para la
preparación de la solución madre, con el fin de realizar la curva de calibración correcta en el
espectrofotómetro.
Se montaron 5 filtros rápidos (menores tiempos de retención), debido a que este tipo de filtro
aprovecha toda la columna o lecho filtrante, con diferentes tipos de lechos, El primer filtro de
hydrochar producido con cáscaras de mazorca, el segundo filtro de hydrochar producido con
35
cáscara de cebolla larga, el tercer filtro hydrochar de cáscara de arveja, el cuarto filtro una
combinación de los tres hydrochares anteriores, la proporción dependerá de las eficiencias
que se obtengan de los tres filtros anteriores, y el último de carbón activado, a través de estos
filtros se pasó el agua residual con contaminación de color proveniente de una industria
alimenticia donde se midió la concentración inicial y la concentración final del contaminante
en el espectrofotómetro.
36
6. DATOS
Con el fin de determinar en qué longitud de onda se presentaba mayor absorbancia del agua
residual de la industria alimenticia, se realizó una curva espectral en el espectrofotómetro el
cual mostro dos picos de absorbancia a las longitudes de 520 y 620, para corroborar los datos,
se realizó la curva espectral de manera manual y se pudo comprobar los resultados como se
muestra en las siguientes graficas
7. Curva espectral del espectrofotómetro.
Fuente: autores.
Grafica 1. Curva espectral manual.
Longitud de
onda (nm)
Absorbancia
(ABS)
400 0,157
420 0,156
450 0,157
500 0,258
520 0,279
37
540 0,251
560 0,211
600 0,142
620 0,246
640 0,223
660 0,071
700 0,028
Fuente: autores.
Se realizaron diluciones de la solución madre debido a que la concentración de esta era muy
alta, para ello se tomaron 50 ml de esta y se llevó hasta 100ml con agua destilada y a esta se
le denomino solución 1 (Sln 1), de esta última se tomaron 10 ml y se llevó hasta 100 ml con
agua destilada teniendo como resultado la solución 2 (Sln. 2) y para la solución 3 (Sln. 3) se
tomaron 10 ml de la solución anterior y se llevó también hasta 100ml con agua destilada.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
400 450 500 550 600 650 700 750
AB
SOR
BA
NC
IA
LONGITUD DE ONDA (nm)
CURVA ESPECTRAL
38
8. Solución madre y sus diluciones.
Fuente: autores.
A partir de la concentración de la solución 3 de 317ppm, determinada a partir de los valores
de referencia proporcionados por la empresa, se estipularon diferentes concentraciones para
realizar la curva de calibración, los valores tomados fueron 250ppm, 200ppm, 150ppm,
100ppm y 50ppm.
Se realizo la curva de calibración en las dos longitudes de onda con mayor absorbancia, se
realizaron tres mediciones por cada concentración cada 10 minutos en cada longitud de onda
para determinar si la muestra era estable, se realizo un promedio y se obtuvieron los
siguientes resultados:
Grafica 2. Curva de calibración una longitud de onda de 520nm.
Curva de calibración 520nm
Concentración Absorbancia 1 Absorbancia 2 Absorbancia 3 Promedio
25 0,180 0,181 0,181 0,181
50 0,374 0,374 0,373 0,374
100 0,812 0,808 0,807 0,809
150 1,081 1,079 1,077 1,079
Sln. M Sln. 1 Sln. 2 Sln. 3
39
200 1,492 1,484 1,483 1,486
250 1,926 1,904 1,908 1,913
317 2,530 2,510 2,510 2,517
Fuente: autores.
Grafica 3. Curva de calibración una longitud de onda de 620nm.
BARRIDO ESPECTRAL a 620nm
Concentración Absorbancia 1 Absorbancia 2 Absorbancia 3 Promedio
25 0,158 0,158 0,158 0,158
50 0,322 0,322 0,323 0,322
100 0,626 0,693 0,695 0,671
150 0,926 0,924 0,923 0,924
200 1,274 1,265 1,265 1,268
250 1,641 1,616 1,623 1,627
317 2,213 2,155 2,164 2,177
y = 0,0078x - 0,0294R² = 0,9965
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
0 50 100 150 200 250 300 350
Ab
sorb
an
cia
Concentración (ppm)
CURVA DE CALIBRACIÓN A 520nm
40
Fuente: autores
y = 0,0068x - 0,0332R² = 0,9959
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
0 50 100 150 200 250 300 350
Ab
sorb
anci
a
Concentración (ppm)
CURVA DE CALIBRACIÓN A 620nm
41
7. RESULTADOS
Para medir la eficiencia del proceso de producción del hydrochar se peso la biomasa a la
entrada del proceso, posteriormente se peso después del proceso de autoclave y escurrimiento
y finalmente se peso después del horno como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 6. Pesos de la biomasa en las diferentes etapas del proceso.
Materia prima
cebolla
(Kg) Maíz (Kg)
Arveja
(Kg) Total (Kg)
Peso inicial biomasa 8 8 8 24
Peso biomasa después
de la autoclave y
prensado
0,6 2 1,28
3,88
Peso final después del
secado en el horno
0,56 1,96 1,26
3,78
Fuente: autores.
Usando la fórmula que se muestra a continuación calculamos para cada biomasa la eficiencia
porcentual del proceso en base seca:
% eficiencia producción =Kg de biocarbon después del secado del horno
Kg de biomasa después de la autoclave y prensado∗ 100
Las eficiencias resultantes son las que se muestran en la tabla 7
Tabla 7. Porcentaje de eficiencia en la producción de la biomasa.
Materia prima cebolla (%) Maíz (%) Arveja (%) Total (%)
Eficiencia de
producción 93,33 98,00 98,44 97,42
Fuente: autores.
Se hizo una solución madre a escala de acuerdo con las proporciones que nos brindaron en la
fábrica como se muestra a continuación:
42
Tabla 8. Composición de los colorantes para 500 litros.
Colorante Cantidad (Kg) Peso molecular g/mol
Rojo carmoisina 15,86 504,44
Tartrazina 4,095 792,85
Azul BTE 0,585 534,3
Fuente: Fabrica de alimentos.
Rojo= 15,86 𝐾𝑔
500𝐿∗
1000𝑔
1𝐾𝑔= 31,72
𝑔
𝐿∗
1 𝑚𝑜𝑙
504,64= 0,0631
𝑚𝑜𝑙
𝐿
Azul= 4,095 𝐾𝑔
500𝐿∗
1000𝑔
1𝐾𝑔= 8,19
𝑔
𝐿∗
1 𝑚𝑜𝑙
792,85= 0,0103
𝑚𝑜𝑙
𝐿
Amarillo= 0,585𝐾𝑔
500𝐿∗
1000𝑔
1𝐾𝑔= 1,17
𝑔
𝐿∗
1 𝑚𝑜𝑙
534,3= 0,0022
𝑚𝑜𝑙
𝐿
Teniendo en cuenta los valores anteriormente obtenidos, se realizaron los siguientes cálculos
para realizar la composición a escala en 0,1 litros:
Rojo= 31,72𝑔
𝐿=
3,172 𝑔
0,1 𝐿
Azul= 8,19𝑔
𝐿=
0,819 𝑔
0,1 𝐿
Amarillo= 1,17𝑔
𝐿=
0,117 𝑔
0,1 𝐿
En 0,1 litros de agua se agregaron los colorantes en las cantidades que se muestran
anteriormente para obtener la solución madre (Sln. M).
Seguido a la obtención de la curva de calibración, se pasa la muestra de agua con el colorante
por los distintos filtros, y se evalúan en las dos longitudes de onda en las cuales se obtuvieron
Solución madre
43
picos máximos para de esta manera determinar cuál es la remoción de color de cada uno de
los distintos filtros propuestos obteniendo así los siguientes resultados.
Tabla 9. Resultados de la cebolla en el espectrofotómetro.
Cebolla
Tiempo (min)
Longitud de
onda
520nm 620nm
2 1.01 0.88
4 0.99 0.86
6 0.97 0.83
8 0.94 0.8
10 0.91 0.79
Fuente: autores.
Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de
calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del
tiempo de la siguiente manera:
Para longitud de onda 520
𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294
Minuto 10
0.91 = 0.0078𝑥 − 0.0294
𝑋 =0.91 + 0.0294)
0.0078
𝑋 = 120.43
𝐶 = 120.43 ∗ 2.45 = 295.07 𝑝𝑝𝑚
Para longitud de onda 620
𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332
44
Minuto 10
0.79 = 0.0068𝑥 − 0.0332
𝑋 =(0.79 + 0.0294)
0.0068
𝑋 = 121.06
𝐶 = 121.06 ∗ 2.45 = 296.60 𝑝𝑝𝑚
Tabla 10. Resultados del maíz en el espectrofotómetro.
Maíz
Tiempo (min)
Longitud de
onda
520nm 620nm
2 0.91 0.85
4 0.88 0.82
6 0.85 0.78
8 0.83 0.76
10 0.79 0.73
Fuente: autores.
Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de
calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del
tiempo de la siguiente manera:
Para longitud de onda 520
𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294
Minuto 10
0.79 = 0.0078𝑥 − 0.0294
𝑋 =0.79 + 0.0294)
0.0078
45
𝑋 = 105.05
𝐶 = 105.05 ∗ 2.45 = 257.37 𝑝𝑝𝑚
Para longitud de onda 620
𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332
Minuto 10
0.73 = 0.0068𝑥 − 0.0332
𝑋 =(0.73 + 0.0294)
0.0068
𝑋 = 112.23
𝐶 = 112.23 ∗ 2.45 = 274.96 𝑝𝑝𝑚
Tabla 11. Resultados de la arveja en el espectrofotómetro.
Arveja
Tiempo (min)
Longitud de
onda
520nm 620nm
2 0.86 0.80
4 0.83 0.77
6 0.80 0.73
8 0.77 0.70
10 0.75 0.67
Fuente: autores.
Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de
calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del
tiempo de la siguiente manera:
Para longitud de onda 520
46
𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294
Minuto 10
0.75 = 0.0078𝑥 − 0.0294
𝑋 =0.75 + 0.0294)
0.0078
𝑋 = 99.92
𝐶 = 99.92 ∗ 2.45 = 244.80 𝑝𝑝𝑚
Para longitud de onda 620
𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332
Minuto 10
0.67 = 0.0068𝑥 − 0.0332
𝑋 =(0.67 + 0.0294)
0.0068
𝑋 = 103.41
𝐶 = 103.41 ∗ 2.45 = 253.35 𝑝𝑝𝑚
Tabla 12. Resultados del filtro combinado en el espectrofotómetro.
Combinado
Tiempo (min)
Longitud de
onda
520nm 620nm
2 0.95 0.87
4 0.92 0.84
6 0.90 0.82
8 0.89 0.79
10 0.87 0.75
Fuente: autores.
47
Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de
calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del
tiempo de la siguiente manera:
Para longitud de onda 520
𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294
Minuto 10
0.87 = 0.0078𝑥 − 0.0294
𝑋 =0.87 + 0.0294)
0.0078
𝑋 = 115.30
𝐶 = 115.30 ∗ 2.45 = 282.48 𝑝𝑝𝑚
Para longitud de onda 620
𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332
Minuto 10
0.75 = 0.0068𝑥 − 0.0332
𝑋 =(0.75 + 0.0294)
0.0068
𝑋 = 115.17
𝐶 = 115.17 ∗ 2.45 = 282.17 𝑝𝑝𝑚
48
Tabla 13. Resultados del carbón en el espectrofotómetro.
Carbón
Tiempo (min)
Longitud de
onda
520nm 620nm
2 0.78 0.72
4 0.72 0.67
6 0.68 0.61
8 0.65 0.57
10 0.61 0.54
Fuente: autores.
Con los anteriores valores de absorbancia que arrojo el espectrofotómetro y la curva de
calibración hallada previamente, procedemos a encontrar la concentración final a través del
tiempo de la siguiente manera:
Para longitud de onda 520
𝑦 = 0.0078𝑥 − 0.0294
Minuto 10
0.61 = 0.0078𝑥 − 0.0294
𝑋 =0.61 + 0.0294)
0.0078
𝑋 = 81.97
𝐶 = 81.97 ∗ 2.45 = 200.82 𝑝𝑝𝑚
Para longitud de onda 620
𝑦 = 0.0068𝑥 − 0.0332
49
Minuto 10
0.54 = 0.0068𝑥 − 0.0332
𝑋 =(0.54 + 0.0294)
0.0068
𝑋 = 84.29
𝐶 = 84.29 ∗ 2.45 = 206.31 𝑝𝑝𝑚
Luego de hallar cada una de las concentraciones en el tiempo procedemos a graficarlas para
verlo de una manera distinta y seguido hallamos la eficiencia de cada uno de los filtros para
así pasar a la parte de análisis y determinar cuál es filtro de mayor eficiencia y viabilidad.
Grafica 4. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de
cebolla.
CEBOLLA
TIEMPO (min)
CONCENTRACION
LEIDA A 520nm
(ppm)
CONCENTRACION
LEIDA A 620nm
(ppm)
0 317 317
2 316,47 316,01
4 313,19 315,8
6 311,91 311
8 304,48 300,2
10 295,07 296,6
50
Fuente: autores.
Eficiencia del filtro de cebolla a longitud de onda 520
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 295.07 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 6.91%
Eficiencia del filtro de cebolla a longitud de onda 620
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 296.60 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 6.43%
290
295
300
305
310
315
320
0 2 4 6 8 10 12
Co
nce
ntr
ació
n (
pp
m)
Tiempo (min)
Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de cebolla.
CONCENTRACION A 520 (ppm) CONCENTRACION A 620 (ppm)
51
Grafica 5. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro
combinado.
COMBINADO
TIEMPO
(min)
CONCENTRACION
LEIDA A 520nm
(ppm)
CONCENTRACION
LEIDA A 620nm
(ppm)
0 317 317
2 307,62 315,41
4 298,18 312,6
6 291,91 307,4
8 288,78 296,57
10 282,48 282,17
Fuente: autores.
Eficiencia del filtro combinado a longitud de onda 520
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 282.48 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 10.89%
280285290295300305310315320
0 2 4 6 8 10 12
Co
nce
ntr
ació
n (
pp
m)
Tiempo (min)
Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro combinado.
COMBINADO CONCENTRACION A 520 (ppm)
COMBINADO CONCENTRACION A 620 (ppm)
52
Eficiencia del filtro combinado a longitud de onda 620
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 282.17 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 10.98%
Grafica 6. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de
maíz.
MAIZ
TIEMPO (min)
CONCENTRACION
LEIDA A 520nm
(ppm)
CONCENTRACION
LEIDA A 620nm
(ppm)
0 317 317
2 295,05 316,21
4 285,65 307,4
6 276,21 292,98
8 269,94 285,77
10 257,31 274,96
Fuente: autores.
0
50
100
150
200
250
300
350
0 2 4 6 8 10 12
Co
nce
ntr
ació
n (
pp
m)
Tiempo (min)
Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de maíz.
CONCENTRACION A 520 (ppm) CONCENTRACION A 620 (ppm)
53
Eficiencia del filtro de maíz a longitud de onda 520
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 257.31 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 18.81%
Eficiencia del filtro de maíz a longitud de onda 620
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 274.96 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 13.26%
Grafica 7. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de
arveja.
ARVEJA
TIEMPO
(min)
CONCENTRACION
LEIDA A 520nm
(ppm)
CONCENTRACION
LEIDA A 620nm
(ppm)
0 317 317
2 279,35 300,2
4 269,94 289,37
6 260,51 274,96
8 251,08 264,16
10 244,8 253,35
54
Fuente: autores.
Eficiencia del filtro de arveja a longitud de onda 520
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 244.80 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 22.77%
Eficiencia del filtro de arveja a longitud de onda 620
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 253.35 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 20.07%
0
50
100
150
200
250
300
350
0 2 4 6 8 10 12Co
nce
ntr
ació
n (
pp
m)
Tiempo (min)
Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de arveja.
ARVEJA CONCENTRACION A 520nm (ppm)
ARVEJA CONCENTRACION A 620nm (ppm)
55
Grafica 8. Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de
carbón activado.
CARBÓN
TIEMPO
(min)
CONCENTRACION
LEIDA A 520nm
(ppm)
CONCENTRACION
LEIDA A 620nm
(ppm)
0 317 317
2 254,24 271,36
4 235,39 253,35
6 222,82 231,74
8 213,39 217,34
10 200,82 206,31
Fuente: autores.
Eficiencia del filtro de carbón activado a longitud de onda 520
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 200.82 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 36.65%
Eficiencia del filtro de carbón activado a longitud de onda 620
0
50
100
150
200
250
300
350
0 2 4 6 8 10 12
Co
nce
ntr
ació
n (
pp
m)
Tiempo (min)
Cambio de la concentración del colorante luego del paso a través del filtro de carbón activado.
CONCENTRACION A 520 (ppm) CONCENTRACION A 620 (ppm)
56
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 317 𝑝𝑝𝑚 − 206.31 𝑝𝑝𝑚
317𝑝𝑝𝑚∗ 100
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 34.92%
Tabla 14. Eficiencias de remoción finales de los lechos filtrantes a 520nm y 620nm.
LECHO
FILTRANTE
EFICIENCIA
DE
REMOCIÓN
A 520 nm
EFICIENCIA
DE
REMOCIÓN
A 620 nm
Cebolla 6,91% 6,43%
Combinado 10,89% 10,98%
Maíz 18,81% 13,26%
Arveja 22,77% 20,07%
Carbón 36,65% 34,92%
Fuente: autores.
57
8. ANALISIS DE RESULTADOS
8.1 PRODUCCIÓN DE HYDROCHAR
La eficiencia de la producción del biocarbón se determinó en base seca, estos resultados
se reflejan en la tabla 7; en nuestro caso la técnica de calentamiento hidrotermal obtuvo
un rendimiento total de 97,42%, siendo las cascaras de arveja y maíz las que mayor
rendimiento obtuvieron con un 98,44% y 98% respectivamente, la hoja de cebolla larga
fue la que menor rendimiento tuvo con un 93,33% de rendimiento del total que se
recolecto. La hoja de cebolla tuvo un menor rendimiento, debido a que contiene mayor
cantidad de sustancias volátiles, lo que a su vez genera mas gases durante el proceso de
calentamiento; y si sumamos el hecho de que su estructura física a simple vista es más
débil a comparación de los otros dos residuos empleados. Otro factor a tener en cuenta en
el momento de la trituración se adhería más fácil a los recipientes usados para su
producción, por el contrario, las cascaras de maíz y arveja gracias a su mayor contenido
de celulosa y menor concentración de sustancias volátiles no presentaban estos
inconvenientes de ahí su mayor rendimiento en cuanto a la producción.
8.2 CURVA ESPECTRAL
Como se muestra en la ilustración 7. se presentaron dos picos de absorbancia, en las
longitudes de onda de 520 y de 620, al compararlo con el espectro electromagnético se
determino que estas longitudes se encontraban en los colores verde y naranja
respectivamente como se muestra en la siguiente imagen.
58
9. Espectro electromagnético.
Fuente: (Casanova, Astrofísica y física, 2012)
Esto se puede explicar con la combinación de los colorantes que contenía la muestra, el
espectro verde proviene de la combinación del colorante amarillo tartrazina y del azul
BTE. Por el otro lado, el espectro naranja es el resultado de la combinación de los
colorantes rojo carmoisina y el amarillo tartrazina.
8.3 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR
CEBOLLA EN LA REMOCION DE COLOR
El lecho filtrante de hydrochar producido por cebolla además de ser el de menor
rendimiento de biomasa fue el que menor eficiencia en la remoción de colorante tuvo con
una eficiencia para la longitud de onda 520 nm de solo 6,91% y para la longitud de onda
620 nm de 6,43%, esto debido a las razones explicadas anteriormente a su mayor
contenido de sustancias volátiles que con el calentamiento se pierden en el proceso y a su
vez remueve las propiedades de la cebolla que son capaces de remover el color, además
como se puede apreciar en la ilustración 5, luego del proceso de secado la estructura de la
59
cebolla queda mucho más fina a comparación de las otras sustancias empleadas por lo
tanto los espacios porosos son mayores para el filtro diseñado.
8.4 EFECTO DEL HYDROCHAR COMBINADO (MAIZ,
CEBOLLA, ARVEJA) EN LA REMOCIÓN DE COLOR
Empleando el lecho filtrante de combinación de los tres residuos propuestos (maíz,
cebolla, arveja), obtuvo un rendimiento un poco mayor que el filtro de solo cebolla con
un rendimiento de 10,89% para la longitud de onda de 520 nm y 10,98% para la longitud
de onda de 620 nm, este filtro a pesar de ir en relación proporcional al rendimiento de la
remoción de color de cada lecho filtrante por individual, se demostró que la simbiosis
entre los 3 no es muy eficiente debido a diversos factores como por ejemplo el tamaño de
partículas de cada uno, ya que podemos decir que la remoción de este filtro se debe
principalmente al hydrochar producido por arveja que fue el que mayor rendimiento tuvo
y menos espacios porosos dejaba contrario a lo que pasaba con el lecho filtrante de
cebolla, además vemos que la remoción de las dos longitudes de onda al final de los 10
minutos de retención son bastante similares para las dos longitudes de onda, por lo que se
puede inferir que el color removido a la longitud de onda de 520 nm es mayor en este
filtro.
8.5 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR MAÍZ EN
LA REMOCIÓN DE COLOR
Este lecho fue producido a partir de las hojas de la mazorca, al emplearlo como lecho
filtrante se obtuvo que tenia una eficiencia de remoción de 18, 81% en la longitud de
onda de 520 NM y de 13,26% en la longitud de onda de 620 nm. De acuerdo con estos
resultados se infiere al tener mayor eficiencia en la longitud de onda de 520 nm que
60
representa el color verde en el espectro visible como se puede ver en la ilustración 9, este
lecho remueve mas colorante amarillo tartrazina y colorante azul BTE.
En la longitud de onda de 620 nm también se presento una eficiencia cercana a la otra, sin
embargo, es mas baja por lo que se puede deducir que adsorbe en menor cantidad el
colorante rojo carmoisina.
En el análisis de la concentración que se realizo cada dos minutos hasta llegar a los 10
minutos del tiempo de retención para la longitud de onda de 520 nm se encontró que
desde el minuto cero empieza la remoción del colorante y tiene un comportamiento lineal
hasta llegar al minuto 10. En esta longitud la mayor remoción se presento del minuto 0 al
minuto 2 y la menor remoción se presento del minuto 6 al minuto 8.
En la longitud de onda de 620 nm se encontró este mismo comportamiento lineal, sin
embargo, del minuto 4 al minuto 6 fue donde mayor remoción se presento y del minuto 0
al minuto 2 fue donde menos remoción hubo.
8.6 EFECTO DEL HYDROCHAR PRODUCIDO POR ARVEJA
EN LA REMOCIÓN DE COLOR
El lecho producido a partir de la cascara de la arveja fue el que mas eficiencia de
remoción presento en comparación con los otros biocarbónes tanto para la longitud de
onda de 520 nm como para la longitud de onda de 620 nm.
La eficiencia de remoción fue de 22,77% y 20,07% respectivamente, las cuales fueron
valores muy cercanos por lo que se puede conjeturar que este lecho remueve casi en la
misma proporción los colorantes rojos carmoisina, amarillo tartrazina y azul BTE, por lo
cual se puede concluir que este biocarbón es el mas aplicable ya que comparado con los
otros este remueve de mejor manera los tres colorantes casi por igual, al contrario de los
otros lechos.
61
En cuanto al análisis realizado cada dos minutos se pudo apreciar que la concentración
bajo proporcionalmente en las dos longitudes de onda. En el caso de la longitud de onda
de 520 nm, la mayor remoción estuvo entre el minuto 0 hasta el minuto 2 y la menor
remoción se presento entre el minuto 4 al minuto 6.
Para la longitud de onda de 620 nm, del minuto 4 al minuto 6 se presento la mayor
remoción y la menor fue del minuto 6 al minuto 8. Para este lecho la remoción estuvo no
presento muchas diferencias de minuto a minuto en especial en la longitud de onda de
620 nm.
8.7 EFECTO DEL CARBÓN EN LA REMOCIÓN DEL COLOR
Se uso carbón activado granulado como lecho, este mostro niveles de remoción del
36,65% y 34, 92% para las longitudes de onda de 520 nm y 620 nm respectivamente.
Estos porcentajes fueron los mas altos en contraposición con los otros cuatro lechos
probados.
De acuerdo con los valores anteriores, se infiere que el carbón activado remueve casi en
la misma medida los tres colorantes rojos carmoisina, amarillo tartazina y el azul BTE ya
que la diferencia entre los dos porcentajes de remoción es muy baja. Sin embargo, al igual
que algunos de los otros lechos presento mas remoción en la longitud de 520 nm, lo que
se traduce en una mejor adsorción de amarillo tartazina y azul BTE.
La remoción analizada cada dos minutos mostro un comportamiento lineal, similar al de
los otros lechos en las dos longitudes de onda.
62
9. CONCLUSIONES
- Los lechos implementados para el desarrollo del proyecto presentaron una mayor
remoción en la longitud de onda de 520 nm comparada con la de 620 nm, a excepción
del lecho que tenia una combinación de los tres biocarbones que sus resultados fueron
contrarios y presento una mayor remoción en la longitud de onda de 620 nm.
- Los biocarbónes pueden llegar a representar una solución sostenible en los
tratamientos de aguas residuales, ya que presenta niveles de adsorción buenos y su
producción no representa ningún daño ambiental.
- El lecho que mayor eficiencia presento fue el carbón activado con un 36,65% para la
longitud de 520nm y 34,92% para la longitud de onda de 620nm. En cuanto a los
biocarbónes el que mejor eficiencia presento fue el de arveja 22,77% para la longitud
de 520nm y 20,07% para la longitud de onda 620nm. Comparado con el medio
filtrante tradicional, la diferencia de eficiencias no es demasiada alta por lo que se
considera que sigue siendo una alternativa viable como bioadsorbente.
- El proceso de producción del hydrochar se considera que es eficiente ya que se
obtuvieron porcentajes superiores al 90%.
- Se concluye que todos los biocarbones usados en la realización de la experimentación
presentaron remoción de los colorantes del agua residual empleada.
- El biocarbón producido con la hoja de la cebolla larga fue el que menos eficiencia de
remoción presento con un 6,91% a la longitud de onda de 520nm y para la de 620nm
6,43%.
63
10. RECOMENDACIONES
- Es necesario tener en cuenta el tiempo de retención del filtro, para esto es necesario
tener en cuenta variables como la cantidad de residuos que se generan en plazas de
mercado y así poder diseñar un filtro con una mayor capacidad de almacenar lecho
filtrante en su interior. De esta manera se aumentará el tiempo de retención en el filtro
y poder obtener mejores eficiencias.
- Se sugiere ampliar la aplicabilidad del estudio no solo a plazas de mercado, sino,
además, a establecimientos comerciales donde se expende este tipo de productos y se
generan este tipo de residuos que pueden dar un valor agregado a estos
establecimientos.
- De acuerdo con la metodología empleada en este estudio se sugiera la posibilidad de
realizar otro hydrochar con un residuo diferente al de la cebolla teniendo en cuenta
que la eficiencia comparada con los otros dos residuos en el mismo tiempo fue mas
baja, por eso es recomendable buscar un residuo que no contenga tantas sustancias
volátiles.
- Teniendo en cuenta las conclusiones, se recomienda que en las industrias de alimentos
o en donde se quiera realizar la experimentación de remoción de colorantes, para
hacer una elección del lecho se debe tener en cuenta el colorante que se pretende usar
en el proceso, debido a que los biocarbones por separado presentan una mejor
remoción de colorantes amarillo tartrazina y azul BTE Nº1 y en conjunto, con las
64
proporciones usadas, tienen una mayor capacidad de remoción del colorante rojo
carmoisina combinado con el amarillo tartrazina.
- Se recomienda realizar la experimentación con recirculación o con secuencia de
filtros para mejorar la eficiencia de remoción.
11. BIBLIOGRAFÍA
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2006.
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ANEXO A. Diseño del filtro.