�industriales de curtiembre
Linda Carolina Cerna Huertas
[email protected] ��
ORCID:
0000-0001-8584-5229
Ing. Ambiental, Universidad
Privada del Norte,�
Trujillo, Per�.
Albert Stony Gamboa Zavala�
ORCID:
0000-0002-8228-2616
Ing. Ambiental, Universidad
Privada del Norte,
Trujillo, Per�.
Carlos Alberto Alva Huapaya
ORCID:
0000-0002-0983-3151
MSc. en Ingenier�a de
Recursos H�dricos,
Docente de la Universidad
Privada del Norte,
�Lima, Per�.
+51949703460
RESUMEN
Se estudiaron las condiciones
t�cnicas del proceso de Electrocoagulaci�n (EC) para una remoci�n eficiente de
Cromo y DQO en aguas residuales industriales de curtiembre. Para ello se llev�
a cabo una b�squeda literaria y se registraron los datos de las condiciones
t�cnicas del proceso de EC de diferentes autores, describiendo sus eficiencias,
en una matriz de normalizaci�n, estandarizando la informaci�n a unidades del SI, para comparar
estad�sticamente las condiciones t�cnicas de operaci�n que lograron mayores
eficiencias de remoci�n. El an�lisis de datos se llev� a cabo en los softwares
megastat y minitab 19, utilizando datos de las 14 investigaciones
seleccionadas; asimismo se aplic� la prueba de correlaci�n de Rho de Spearman
para demostrar la relaci�n entre el porcentaje de remoci�n de Cromo y DQO,
estando relacionadas, pero con baja intensidad (r=0.2); adem�s, las regresiones
lineales y pruebas estad�sticas descriptivas muestran que las variables de pH
inicial, amperaje, densidad de corriente, as� como el material de electrodo,
tipo de reactor y uso de agitador magn�tico influyen en la eficiencia de
remoci�n de estos contaminantes. Finalmente, la tecnolog�a de
electrocoagulaci�n pura fue la m�s usada por los investigadores.
Palabras clave: �Electrocoagulaci�n;� tratamiento;
remoci�n; cromo; DQO.
Technical conditions of the electrocoagulation
process for an efficient removal of chromium and DQO in industrial wastewater
from tannery
ABSTRACT
The technical conditions of the Electrocoagulation
(EC) process for an efficient removal of Chromium and COD in industrial tannery
wastewater were studied. For this, a literature search was carried out and the
data of the technical conditions of the CE process of different authors were
registered, describing their efficiencies, in a normalization matrix,
standardizing the information to SI units, to statistically compare the
technical conditions. of operation
�that achieved
higher removal efficiencies. The data analysis was carried out in the megastat
and minitab 19 software, using data from the 14 selected investigations;
Likewise, the Spearman's Rho correlation test was applied to demonstrate the
relationship between the percentage of removal of Chromium and COD, being
related, but with low intensity (r=0.2); In addition, the linear regressions
and descriptive statistical tests show that the variables of initial pH,
amperage, current density, as well as the electrode material, type of reactor
and use of magnetic stirrer influence the removal efficiency of these
contaminants. Finally, pure electrocoagulation technology was the most used by
researchers.
Keywords: electrocoagulation;
treatment; removal; chrome; COD.
�
Art�culo
recibido:� 05 febrero 2022
Aceptado para
publicaci�n: 28 febrero 2022
Correspondencia: [email protected]
Conflictos de Inter�s: Ninguna que declarar
Aproximadamente el 70% de aguas residuales no reciben tratamiento� en Latinoam�rica, dificultado su
reincorporaci�n en el ciclo del agua, en primer lugar por los niveles de
contaminaci�n a los que pueden llegar estas aguas. Asimismo, en Per�, solo el
30% de la inversi�n p�blica se ejecuta en tratamiento de agua, esto representa
un grave riesgo para la conservaci�n de su calidad (Larios, Gonz�les y Morales,
2015). Seg�n datos del Instituto Nacional de Estad�stica e Inform�tica [INEI]
(2019) en el a�o 2014, se generaban diariamente 1�202,286 m3 de
aguas residuales en Lima Metropolitana, de las cuales �nicamente eran tratadas
el 21.2%. Esto debido a que la infraestructura de las Plantas de Tratamiento de
Aguas Residuales (PTAR) es insuficiente para los vol�menes generados. La falta
de infraestructuras y deficientes procesos en el tratamiento de aguas
residuales son los principales problemas para el aseguramiento de la calidad de
los cuerpos de agua.
En La Libertad, la afecci�n por aguas residuales no tratadas proviene por
efluentes de las actividades extractivas y productivas de la regi�n,
principalmente de miner�a y curtiembre. Neyra y Llenque, se�alan que estas
aguas contaminadas alteran la calidad del agua de los cuerpos receptores,
siendo la cuenca del r�o Moche una de las m�s afectadas, donde predominan
metales pesados como cromo, cobre, cadmio, plomo y concentraciones elevadas de
DQO, DBO5, coliformes, entre otros agentes contaminantes (2011).
Todos estos factores han abierto camino para la revisi�n de los
tratamientos convencionales y la propuesta de nuevas tecnolog�as para un
tratamiento m�s exigente. Una de estas nuevas tecnolog�as es la
electrocoagulaci�n, proceso que consiste en la desestabilizaci�n de las
part�culas contaminantes que se encuentran suspendidas, emulsionadas o
disueltas en un medio acuoso, por la inducci�n de corriente el�ctrica en el
agua a trav�s de placas paralelas de diversos materiales (Arango, 2005). La
deficiencia en las investigaciones sobre las condiciones t�cnicas de este
proceso, en el tratamiento de aguas residuales, se considera un problema para
la investigaci�n y el desarrollo de mejores propuestas
En ese sentido, la presente investigaci�n se justific� por el criterio de
oportunidad, ya que sirvi� para resaltar el hecho de que, aunque la
electrocoagulaci�n ha demostrado ser eficiente, a�n se necesitan explorar los
factores que influyen en su efectividad a la hora de remover metales pesados como
el Cromo (Cr total y Cr3+). Desde el criterio te�rico, porque hay
d�ficit de informaci�n y permitir� la revisi�n del tema desde un punto de vista
t�cnico y emp�rico. Desde el criterio metodol�gico se justific�, porque permite
el desarrollo de herramientas para cuantificar la realidad de las variables y
su relaci�n entre ellas. Asimismo, la presente investigaci�n tiene importantes
implicaciones pr�cticas, ya que permite mostrar las variables que m�s influyen
en la Electrocoagulaci�n y crear sobre ellas dise�os y propuestas de mejores
tecnolog�as eficientes y rentables.
Como objetivo general la investigaci�n busca determinar las condiciones
t�cnicas del proceso de electrocoagulaci�n para lograr una remoci�n eficiente
de Cromo (Cr Total y Cr3+) y DQO en aguas residuales industriales de
curtiembre. Adem�s, como objetivos espec�ficos
se plantea identificar las eficiencias de las diferentes t�cnicas y tecnolog�as
de electrocoagulaci�n en la remoci�n de Cromo y DQO de curtiembres., as� como
identificar la relaci�n que tiene la remoci�n de Cromo y DQO a trav�s de la
aplicaci�n de tecnolog�as de electrocoagulaci�n.
2.
ESTRATEGIAS METODOL�GICAS o MATERIALES Y M�TODOS
La presente investigaci�n fue de tipo no experimental, debido a que se
realiz� sin manipular las variables, es decir, las variables se muestran tal y
como se encuentran en su estado natural para realizar an�lisis frente a ellas.
El dise�o de investigaci�n fue descriptivo porque describe las condiciones
t�cnicas de la Electrocoagulaci�n para una remoci�n eficiente de Cromo y DQO,
adem�s es explicativo pues no solo muestra describe un problema, sino que
intenta encontrar las causas del mismo, explicando el comportamiento de las
condiciones de operaci�n en la eficiencia de remoci�n de contaminantes (Monjar�s,
et al, 2019). Es de corte longitudinal pues la investigaci�n toma datos de las
eficiencias de remoci�n a partir de investigaciones publicadas en los �ltimos
20 a�os, adem�s tiene un enfoque cuantitativo, ya que se realiz� una
recolecci�n de datos para probar las hip�tesis propuestas previamente respecto
a la remoci�n eficiente de Cromo y DQO (Sampieri, 2020).
La poblaci�n del presente trabajo de investigaci�n corresponde a todas las
tecnolog�as de electrocoagulaci�n, mientras que la muestra corresponde a las
condiciones t�cnicas de las tecnolog�as de electrocoagulaci�n aplicadas a la
remoci�n de Cromo y DQO en aguas residuales industriales de curtiembre. El tipo
de muestreo es no probabil�stico y es el muestreo cr�tico o por juicio, tomando
una muestra por juicio donde se incluyen �nicamente las condiciones t�cnicas de
electrocoagulaci�n aplicadas a la remoci�n de contaminantes (Cr Total, Cr III y
DQO) en aguas residuales de industrias de curtiembre.
En este caso, los investigadores pueden utilizar un muestreo intencional
porque los entrevistados cumplen con una descripci�n o prop�sito espec�fico que
es necesario para realizar la investigaci�n.
La t�cnica de recolecci�n de datos utilizada en la presente investigaci�n
fue la de investigaci�n documental, la metodolog�a para la b�squeda de
informaci�n fue la misma que la de una revisi�n sistem�tica, mismo que consiste
en cuatro etapas esenciales: identificaci�n; tamizaje; elegibilidad de textos;
y la inclusi�n de art�culos en la revisi�n sistem�tica (Bola�os y Calder�n,
2014). Adem�s, como instrumentos se utilizaron matrices de b�squeda de
informaci�n, selecci�n de art�culos, y la matriz de normalizaci�n de
condiciones t�cnicas de Electrocoagulaci�n para la remoci�n de Cromo y DQO en
aguas residuales industriales de curtiembre.
El procesamiento de datos ser� aplicado de acuerdo al dise�o de
investigaci�n en los softwares MegaStat y Minatab; para la descripci�n de las
variables se utilizar� la estad�stica descriptiva, en distribuci�n de
frecuencias y presentaci�n de gr�ficos. Asimismo, se aplicar� la t�cnica no
param�trica de la correlaci�n de Spearman, utilizada para medir el grado de
asociaci�n entre dos cantidades sin tomar en cuenta el nivel de acuerdo y
concordancia (Mart�nez et al, 2009). Este coeficiente es muy �til para muestras
de estudio menor a 50, cuando el n�mero de pares de sujetos (n) que se debe
asociar es peque�o.� (Mondrag�n Barrera,
2014). El coeficiente no se ve afectado por los cambios en las unidades de
medida; utiliza los rangos, n�meros de orden, de cada grupo de sujetos y
compara dichos rangos (Santander et al, 2004).
El gr�fico por excelencia es el conocido diagrama de dispersi�n, puesto que
la posici�n de puntos muestra si la relaci�n es lineal a trav�s precisamente de
una l�nea de f�cil observaci�n por el investigador. En el mismo, la variable
independiente se coloca en el eje de las abscisas y la dependiente en el eje de
las ordenadas. El valor de r se debe mostrar con dos decimales junto con el
valor de la p, si el test de hip�tesis se realiz� para demostrar que r es
estad�sticamente diferente de cero. El n�mero de observaciones debe a su vez
estar indicado. Ahora bien, para corroborar el resultado matem�tico obtenido se
presentar� un diagrama de dispersi�n. Diversos autores expresan diferentes
escalas de interpretaci�n, la utilizada en la presente investigaci�n fue la
propuesta por Hern�ndez Sampieri y Fern�ndez Collado. La explicaci�n de un
coeficiente de correlaci�n como medida de la intensidad de la relaci�n lineal
entre dos variables es puramente matem�tica y libre de cualquier implicaci�n de
causa-efecto. El hecho de que las dos variables tiendan a crecer o decrecer
juntas no implica que una tenga alg�n efecto directo o indirecto sobre la otra.
Ambas pueden ser influidas por otras variables de modo que se origine una
fuerte relaci�n matem�tica. La interpretaci�n de rho depende principalmente de
los detalles de la investigaci�n y la experiencia propia en el tema de estudio.
Tal y como se lo mencionan en su investigaci�n, la experiencia previa sirve
generalmente como base de comparaci�n para determinar si un coeficiente de
correlaci�n es digno de ser mencionado (Ortega et all, 2009).�
El procedimiento de la investigaci�n comenz� con la recopilaci�n de
informaci�n de las t�cnicas y tecnolog�as de electrocoagulaci�n mediante la
t�cnica de investigaci�n documental que se ci�� a la de una revisi�n
sistem�tica, aplicando criterios de b�squeda de informaci�n, as� de inclusi�n y
exclusi�n para la selecci�n de informaci�n. Las t�cnicas y tecnolog�as de
electrocoagulaci�n fueron procesadas anal�ticamente y se extrajeron los datos
referentes a las condiciones t�cnicas �ptimas en cada uno de los procesos, as�
como valores iniciales y finales de Cromo y DQO, todos los datos fueron
normalizados y estandarizados a unidades internacionales para realizar un
an�lisis m�s uniforme esto se pudo organizar mediante la matriz de
normalizaci�n de condiciones t�cnicas de EC para remoci�n de Cromo y DQO en
aguas residuales de curtiembres.
Luego, se identificaron las eficiencias de las tecnolog�as de
electrocoagulaci�n calculando los porcentajes de remoci�n de Cromo y DQO en
aguas residuales de curtiembre. Posteriormente se procesaron los datos de las
condiciones t�cnicas �ptimas con los porcentajes de remoci�n llevando a cabo
pruebas estad�sticas descriptivas e inferenciales. Se realizaron regresiones
lineales entre las variables de las t�cnicas y tecnolog�as de EC frente a los
valores de remoci�n de Cromo y DQO determinando las relaciones existentes y su
influencia en la efectividad de las tecnolog�as de electrocoagulaci�n. Por otra
parte, se procesaron los porcentajes de remoci�n del proceso de mediante la
prueba estad�stica del coeficiente de correlaci�n de Spearman para determinar
la relaci�n existente entre las variables de remoci�n de Cromo y remoci�n de
DQO. Se estableci� un nivel de significancia de 0.05, valor que funciona
adecuadamente e indica un riesgo de 5% en dicho coeficiente de correlaci�n es
estad�sticamente significativo se estableci� (es decir, un nivel de confianza
del 95%) seg�n lo indicado por Mondrag�n Barrera, anteriormente citado.
Por �ltimo, se present� un resumen de las condiciones t�cnicas de
electrocoagulaci�n que mostraron un mayor efecto en la eficiencia de la
remoci�n de Cromo y DQO en aguas residuales de curtiembres.
3. Resultados
y discusi�n
Se procesaron catorce distintos trabajos de t�cnicas y tecnolog�as de
electrocoagulaci�n, estas investigaciones proporcionaron datos sobre los
par�metros iniciales y condiciones administradas de EC, por la cantidad de
condiciones t�cnicas de operaci�n se dividieron la presentaci�n de datos en dos
matrices de condiciones t�cnicas de Electrocoagulaci�n
para la remoci�n de Cromo y DQO en aguas residuales industriales de curtiembre,
la Tabla N 01 contiene informaci�n de : pH inicial, conductividad inicial,
concentraci�n inicial de DQO y Cr; as� como condiciones de dise�o y energ�a
administrada: voltaje, amperaje, densidad de corriente, tiempo de contacto y
naturaleza de cromo. La segunda tabla (tabla N� 02) muestra las condiciones de
dise�o del proceso de electrocoagulaci�n y describe variables cualitativas y
cuantitativas, tales como: tipo de reactor, dise�o de electrocoagulaci�n,
material de electrodos, capacidad del reactor, cantidad de electrodos, distancia
de separaci�n entre electrodos y �rea de reacci�n. En ambas tablas se muestran
las eficiencias de electrocoagulaci�n basadas en la remoci�n de los porcentajes
de concentraci�n de contaminantes como Cromo y DQO.
Tabla 1.
Matriz de condiciones t�cnicas de Electrocoagulaci�n para la remoci�n de
Cromo y DQO en aguas residuales industriales de curtiembre (Condiciones
iniciales).
|
Eficiencias |
Tecnolog�a de
EC |
Autor |
||||||||||
|
Contaminante |
Condiciones iniciales de la soluci�n |
Condiciones �ptimas de operaci�n |
||||||||||
|
Naturaleza del Cromo |
pH0 |
Conductividad (k0)
mS/cm |
DQO (COD0)
- mg/L |
Cromo (Cr0)
mg/L |
Voltaje (V) |
Amperaje (A) |
Densidad de
corriente (mA/cm2) |
Tiempo de
contacto ideal (min) |
Remoci�n de
DQO (%) |
Remoci�n de
Cromo (%) |
Tipo de
tecnolog�a |
Autor(es) de
la investigaci�n |
|
Cr3+ |
4.22 |
36.05 |
1132 |
1470 |
10 |
9 |
183.67 |
45 |
47.78% |
97.72% |
EC Pura |
Mayta, R. Mayta, J. |
|
Cr Total |
7.06 |
46 |
26040 |
50 |
20 |
20 |
400 |
15 |
83.33% |
84.00% |
EC Mixta |
Apaza,
H., Carrillo, E., Castilla, D. y Huaraya, F. |
|
Cr Total |
7.42 |
21.63 |
3700 |
22 |
10 |
1.5 |
33.3 |
30 |
49.00% |
97.00% |
EC Pura |
Apaydin, O, Kurt, U. y Gonullu, M. |
|
Cr Total |
7.00 |
11.71 |
2800 |
570 |
30 |
1.85 |
50 |
25 |
64.40% |
99.00% |
EC Pura |
Deghles,
A. y Kurt, U. |
|
Cr3+ |
4.52 |
12.05 |
23350 |
3596 |
30 |
5 |
57.87 |
60 |
64.00% |
99.76% |
EC Pura |
Gilpavas, E., Dobrosz-Gomez, I. y G�mez-Garcia A. |
|
Cr3+ |
3.42 |
32.5 |
1050 |
2700 |
0.5 |
3 |
97.59 |
90 |
65.70% |
99.40% |
EC Pura |
Amar,
S., Animes, G. y Subhabrata, R. |
|
Cr Total |
8.85 |
- |
24900 |
267.8 |
12 |
5 |
50 |
90 |
36.00% |
52.80% |
EC Pura |
Cristancho, D., Pinto, L. y Tique,
J. |
|
Cr Total |
8.00 |
21.1 |
12225 |
50 |
30 |
5.5 |
68 |
30 |
53.50% |
99.00% |
EC Pura |
Espinoza, F.; Fornari,
M.; M�denes, A.; Palacio, S.; Da Silva, F.; Szymanski, N.; Kroumov, A. y
Trigueros, D. |
|
Cr3+ |
3.8 |
54.2 |
5800 |
7000 |
3 |
4.2 |
400 |
360 |
95.00% |
99.70% |
EC Pura |
Elabbas, S.; Ouazzani, N.; Mandi, L.; Berrekhis,
F.; Perdicakis, M.; Pontvianne, S.; Pons, M.; Lapicque, F. y Leclerc, J. |
|
Cr Total |
7.10 |
2.36 |
7680 |
18.4 |
- |
1 |
75 |
45 |
95.31% |
93.15% |
EC Pura |
Amel, B; Mourad, T. y Rachida, M. |
|
Cr Total |
6.00 |
23 |
2800 |
570 |
24 |
0.63 |
14 |
45 |
73.00% |
99.98% |
EC Pura |
Abdalhadi, U. |
|
Cr Total |
4.07 |
71.91 |
387.2 |
2000 |
3 |
3 |
57.7 |
110 |
82.00% |
97.76% |
EC Pura |
Mella,
B., Glanert, A. y Gutterres, M. |
|
Cr Total |
7.40 |
8.45 |
1600 |
15 |
30 |
5 |
15 |
60 |
90.70% |
67.00% |
EC Mixta |
Keerthi, V y Balasubramanian, N. |
|
Cr Total |
7 |
2480 |
6758 |
12.59 |
- |
3.6 |
22.4 |
20 |
95.00% |
100.00% |
EC Pura |
Kongjao, S., Damronglerd,
S. y Hunsom, M. |
|
Nota. Los
valores de los par�metros iniciales de operaci�n y condiciones �ptimas de
operaci�n se encuentran estandarizados a las unidades m�tricas
internacionales, el c�lculo de las eficiencias de Cromo y DQO se realizaron
mediante la diferencia de las concentraciones iniciales y finales del contaminante
sobre la concentraci�n inicial. La nomenclatura de EC Pura corresponde al uso
de t�cnicas y tecnolog�as propias de la Electrocoagulaci�n, mientras EC Mixta
corresponde al uso de t�cnicas y tecnolog�as no propias de EC en su
operaci�n, tales como filtraci�n, disoluci�n qu�mica, biofiltraci�n, entre
otros. (-) Significa dato no proporcionada por los investigadores. |
||||||||||||
Tabla
2.
Matriz de condiciones t�cnicas de Electrocoagulaci�n para la remoci�n de
Cromo y DQO en aguas residuales industriales de curtiembre (Condiciones de
dise�o).
|
Dise�o |
Eficiencias |
Tecnolog�a de
EC |
Autor |
|||||||
|
Condiciones
del dise�o de EC |
||||||||||
|
Tipo de Reactor |
Uso de t�cnicas adicionales |
Material de electrodos |
Capacidad del reactor (L) |
Cantidad de electrodos |
Distancia de separaci�n entre electrodos (mm) |
�rea de reacci�n (cm2) |
Remoci�n de DQO (%) |
Remoci�n de Cromo (%) |
Tipo de tecnolog�a |
Autor(es) de la investigaci�n |
|
Batch de plexigl�s |
No |
Al - Al |
1.30 |
6 |
10 |
49 |
47.78% |
97.72% |
EC Pura |
Mayta, R. Mayta, J. |
|
Batch de acr�lico |
(4 etapas) |
Al - Al |
2.50 |
6 |
25 |
48 |
83.33% |
84.00% |
EC Mixta |
Apaza, H., Carrillo, E., Castilla, D. y Huaraya, F. |
|
Batch de vidrio |
No |
Fe - Fe |
0.50 |
2 |
60 |
45 |
49.00% |
97.00% |
EC Pura |
Apaydin, O, Kurt, U. y Gonullu, M. |
|
Batch de plexigl�s |
Agitador magn�tico |
Al - Al |
0.60 |
2 |
50 |
37 |
64.40% |
99.00% |
EC Pura |
Deghles, A. y Kurt, U. |
|
Batch de plexigl�s |
No |
Al - Al |
0.30 |
2 |
50 |
27 |
64.00% |
99.76% |
EC Pura |
Gilpavas, E., Dobrosz-Gomez, I. y G�mez-Garcia A. |
|
Batch de plexigl�s |
Agitador magn�tico |
Al - Al |
0.80 |
2 |
22 |
30.74 |
65.70% |
99.40% |
EC Pura |
Amar, S., Animes, G. y Subhabrata, R. |
|
Batch de plexigl�s |
Agitador magn�tico |
Al - Fe |
5.00 |
10 |
20 |
100 |
36.00% |
52.80% |
EC Pura |
Cristancho, D., Pinto, L. y Tique,
J. |
|
Batch de polietileno |
No |
Fe
- Fe |
5.00 |
2 |
40 |
80.5 |
53.50% |
99.00% |
EC Pura |
Espinoza, F.; Fornari,
M.; M�denes, A.; Palacio, S.; Da Silva, F.; Szymanski, N.; Kroumov, A. y
Trigueros, D. |
|
Batch de plexigl�s |
Agitador magn�tico |
A-U4G |
2.50 |
2 |
20 |
105 |
95.00% |
99.70% |
EC Pura |
Elabbas, S.; Ouazzani, N.; Mandi, L.; Berrekhis,
F.; Perdicakis, M.; Pontvianne, S.; Pons, M.; Lapicque, F. y Leclerc, J. |
|
Batch de plexigl�s |
Agitador magn�tico |
Al - Al |
1.00 |
2 |
30 |
28 |
95.31% |
93.15% |
EC Pura |
Amel, B; Mourad, T. y Rachida, M. |
|
Batch de plexigl�s |
No |
Al - Al |
2.50 |
10 |
7 |
45 |
73.00% |
99.98% |
EC Pura |
Abdalhadi, U. |
|
Batch de vidrio |
Agitador magn�tico |
Al - Al |
0.50 |
2 |
20 |
52 |
82.00% |
97.76% |
EC Pura |
Mella, B., Glanert, A. y Gutterres, M. |
|
Bio reactor con membrana |
Bio reactor de membrana |
AISI - Al |
65.80 |
2 |
50 |
487.5 |
90.70% |
67.00% |
EC Mixta |
Keerthi, V y Balasubramanian, N. |
|
Batch de plexigl�s |
Recirculaci�n |
Fe - Fe |
0.30 |
6 |
50 |
161 |
95.00% |
100.00% |
EC Pura |
Kongjao, S., Damronglerd, S. y Hunsom, M. |
Nota. Los valores de las condiciones de
dise�o se encuentran estandarizados a las unidades m�tricas internacionales. La
nomenclatura de EC Pura corresponde al uso de t�cnicas y tecnolog�as propias de
la Electrocoagulaci�n, mientras EC Mixta corresponde al uso de t�cnicas y
tecnolog�as no propias de EC en su operaci�n, tales como filtraci�n, disoluci�n
qu�mica, biofiltraci�n, entre otros.
Tabla 3.
Estad�stica descriptiva
de las eficiencias de EC.
|
Estad�stica Descriptiva |
Remoci�n de DQO (%) |
Remoci�n de Cromo (%) |
|
Promedio |
71.05 |
91.88 |
|
Desviaci�n Est�ndar |
19.77 |
14.46 |
|
Valor M�nimo |
36.00 |
52.80 |
|
Valor M�ximo |
95.31 |
100.00 |
|
Mediana |
69.35 |
98.38 |
Nota. La estad�stica descriptiva fue
realizada a trav�s del uso de Minitab 19. Estad�stica descriptiva. Los
resultados muestran mayores eficiencias del proceso de EC en la remoci�n de
Cromo, incluso en los valores m�nimos de remoci�n.
Figura
1.
Gr�fica de correlaci�n
de Spearman.
Nota. Se clasific� por jerarqu�as
los 28 valores de remoci�n de ambas variables, bajo la clasificaci�n de X y Y.
Se calcula �di� para cada pareja de datos obtenidos, restando la jerarqu�a de Y
de la de X. Se eleva al cuadrado cada �di� y se calcula la suma de los valores
al cuadrado. El grado de confiabilidad establecido de 95%.
Tabla 4.
Correlaci�n de Rho de Spearman.
|
|
Remoci�n |
|
Remoci�n de DQO |
0.200 |
Nota. Minitab 19. Correlaci�n de
Spearman. El valor calculado de r es menor que el valor cr�tico (0.50) para Rho
de Spearman, en un nivel de significancia de 0,05.
Posteriormente, se realizaron pruebas estad�sticas de regresi�n para cada
una de las condiciones t�cnicas, tanto de dise�o, condiciones iniciales o
condiciones de operaci�n con las eficiencias de las tecnolog�as de
electrocoagulaci�n expresadas en los porcentajes de remoci�n de Cr y DQO. A
continuaci�n, se presentan los resultados m�s significativos de las pruebas de
regresi�n lineal de las condiciones t�cnicas (variable independiente) y su grado
de relaci�n con la variable dependiente (porcentaje de remoci�n de Cromo).
Tabla 5.
Regresi�n lineal pH
inicial vs % de remoci�n de Cromo
|
Source |
SS |
df |
MS |
F |
p-value |
|
||||||
|
Regression |
0.0852 |
1 |
0.0852 |
5.48 |
.0372 |
|
||||||
|
Residual |
0.1865 |
12 |
0.0155 |
|
|
|
||||||
|
Total |
0.2718 |
13 |
|
|
|
|
||||||
|
Variables |
Coefficients |
Std. Error |
T (Df=12) |
P-Value |
95% Lower |
95% Upper |
||||||
|
Intercept |
1.1992 |
0.1243 |
9.648 |
5.27E-07 |
0.9284 |
1.4700 |
||||||
|
pH 0 |
-0.0457 |
0.0195 |
-2.342 |
.0372 |
-0.0883 |
-0.0032 |
||||||
Nota. An�lisis de varianza un solo valor
ANOVA, regresi�n lineal. Fuente Megastat.
Adem�s de regresiones lineales
simples, tambi�n se realizaron regresiones lineales agrupadas para medir el
grado de influencia de un conjunto de condiciones t�cnicas frente a su
influencia en la remoci�n del cromo.
Tabla
5.
Regresi�n lineal condiciones de dise�o vs % de remoci�n de Cromo.
|
Source |
SS |
Df |
MS |
F |
P-Value |
|
||||||
|
Regression |
0.1398 |
4 |
0.0350 |
1.97 |
.2043 |
|
||||||
|
Residual |
0.1244 |
7 |
0.0178 |
|
|
|
||||||
|
Total |
0.2643 |
11 |
|
|
|
|
||||||
|
Regression
Output |
|
|
|
Confidence
Interval |
||||||||
|
Variables |
Coefficients |
Std. Error |
T (Df=7) |
P-Value |
95% Lower |
95% Upper |
||||||
|
Intercept |
1.1043 |
0.1266 |
8.726 |
.0001 |
0.8051 |
1.4036 |
||||||
|
Voltaje (V) |
0.00045455 |
0.0041 |
0.112 |
.9138 |
-0.00912602 |
0.01003512 |
||||||
|
Amperaje (A) |
-0.0574 |
0.0208 |
-2.762 |
.0280 |
-0.1065 |
-0.0083 |
||||||
|
Densidad De Corriente |
0.0023 |
0.0009 |
2.647 |
.0331 |
0.0003 |
0.0044 |
||||||
|
Tiempo De Contacto |
-0.0022 |
0.0010 |
-2.239 |
.0602 |
-0.0045 |
0.0001 |
||||||
Nota. An�lisis de
varianza diferencias valores, regresi�n lineal del Voltaje, Amperaje, Densidad
de Corriente y Tiempo de contacto en simult�neo y su incidencia en la Remoci�n
de Cromo.
Tabla 6
Regresi�n lineal cantidad de electrodos vs % de remoci�n de Cromo.
|
Source |
SS |
Df |
MS |
F |
P-Value |
|
|
Regression |
0.0608 |
1 |
0.0608 |
3.46 |
.0876 |
|
|
Residual |
0.2109 |
12 |
0.0176 |
|
|
|
|
Total |
0.2718 |
13 |
|
|
|
|
|
Regression
Output |
|
|
|
Confidence
Interval |
||
|
Variables |
Coefficients |
Std. Error |
T (Df=12) |
P-Value |
95% Lower |
95% Upper |
|
Intercept |
1.0088 |
0.0600 |
16.815 |
1.05E-09 |
0.8781 |
1.1395 |
|
Cantidad De Electrodos |
-0.0225 |
0.0121 |
-1.860 |
.0876 |
-0.0489 |
0.0039 |
Nota. An�lisis de
varianza un solo valor ANOVA, regresi�n lineal. Fuente Megastat.
Porcentajes de remoci�n Cromo de acuerdo al material de electrodo usado.
|
|
Al-Al |
Fe-Fe |
|
Conteo |
8 |
3 |
|
Promedio (%) |
91.33 |
88.25 |
Nota. Estad�stica descriptiva. Fuente
Megastat.
Porcentajes de remoci�n de Cromo de acuerdo a la naturaleza del
contaminante
|
|
Cromo Total |
Cromo (III) |
|
Conteo |
10 |
4 |
|
Promedio (%) |
88.96 |
99.14 |
Nota. Estad�stica descriptiva. Fuente
Megastat. Se observa una mayor eficiencia en la remoci�n de Cr 3+
Uso de agitador magn�tico vs % remoci�n de Cr.
|
Source |
SS |
Df |
MS |
F |
P-Value |
|
|
Regression |
0.0775 |
1 |
0.0775 |
3.38 |
.1086 |
|
|
Residual |
0.1606 |
7 |
0.0229 |
|
|
|
|
Total |
0.2381 |
8 |
|
|
|
|
|
Regression Output |
|
|
|
Confidence Interval |
||
|
Variables |
Coefficients |
Std. Error |
T (Df=7) |
P-Value |
95% Lower |
95% Upper |
|
Intercept |
1.1747 |
0.1659 |
7.080 |
.0002 |
0.7824 |
1.5670 |
|
Dise�o
Adicional |
-0.1868 |
0.1016 |
-1.838 |
.1086 |
-0.4270 |
0.0535 |
Nota. An�lisis de varianza un solo valor
ANOVA, regresi�n lineal. Fuente Megastat.
Tabla
11.
Regresi�n lineal pH inicial vs % de remoci�n de DQO
|
Source |
SS |
Df |
MS |
F |
P-Value |
|
|
Regression |
0.0199 |
1 |
0.0199 |
0.49 |
.4983 |
|
|
Residual |
0.4885 |
12 |
0.0407 |
|
|
|
|
Total |
0.5083 |
13 |
|
|
|
|
|
Regression Output |
|
|
|
Confidence Interval |
||
|
Variables |
Coefficients |
Std. Error |
T (Df=12) |
P-Value |
95% Lower |
95% Upper |
|
Intercept |
0.8459 |
0.2012 |
4.205 |
.0012 |
0.4076 |
1.2841 |
|
Ph 0 |
-0.0221 |
0.0316 |
-0.698 |
.4983 |
-0.0909 |
0.0468 |
Nota. An�lisis de varianza un solo valor
ANOVA, regresi�n lineal. Fuente Megastat.
Tabla
102.
Regresi�n lineal conductividad inicial vs % de remoci�n de DQO
|
Source |
SS |
Df |
MS |
F |
P-Value |
|
|
Regression |
0.04998257 |
1 |
0.04998257 |
1.69 |
.2206 |
|
|
Residual |
0.32601902 |
11 |
0.02963809 |
|
|
|
|
Total |
0.37600158 |
12 |
|
|
|
|
|
Regression Output |
|
|
|
Confidence Interval |
||
|
Variables |
Coefficients |
Std. Error |
T (Df=11) |
P-Value |
95% Lower |
95% Upper |
|
Intercept |
0.7169 |
0.0503 |
14.249 |
1.95E-08 |
0.6062 |
0.8276 |
|
Conductividad (K 0) Ms/Cm |
0.00009488 |
0.00007306 |
1.299 |
.2206 |
-0.00006593 |
0.00025568 |
Nota. An�lisis de varianza un solo valor ANOVA, regresi�n
lineal. Fuente Megastat.
Tabla
11.
Porcentajes de remoci�n de DQO de acuerdo al material de electrodo usado.
|
|
Al-Al |
Fe-Fe |
|
Conteo |
8 |
3 |
|
Promedios (%) |
71.94 |
65.83 |
����������������������������������� Nota. Estad�stica descriptiva. Fuente Megastat.
Porcentajes de remoci�n de DQO de acuerdo a la naturaleza del
contaminante.
|
|
Cromo total |
Cromo (III) |
|
Conteo |
10 |
4 |
|
Promedios (%) |
65.96 |
83.76 |
����������������������������������� Nota. Estad�stica descriptiva. Fuente Megastat.
Uso de agitador magn�tico vs % de remoci�n de DQO.
|
Source |
SS |
Df |
MS |
F |
P-Value |
|
|
Regression |
0.0836 |
1 |
0.0836 |
5.26 |
.0555 |
|
|
Residual |
0.1112 |
7 |
0.0159 |
|
|
|
|
Total |
0.1948 |
8 |
|
|
|
|
|
Regression Output |
|
|
|
|
Confidence Interval |
|
|
Variables |
Coefficients |
Std. Error |
T (Df=7) |
P-Value |
95% Lower |
95% Upper |
|
Intercept |
0.9625 |
0.1381 |
6.972 |
.0002 |
0.6360 |
1.2889 |
|
Dise�o Adicional |
-0.1940 |
0.0845 |
-2.294 |
.0555 |
-0.3939 |
0.0059 |
Nota. An�lsis de varianza un solo valor
ANOVA, regresi�n lineal. Fuente Megastat.
Finalmente, se
present� una tabla resumen las condiciones �ptimas de operaci�n observadas en
las pruebas estad�sticas, se tomaron en cuenta aquellas que mostraron alguna
significancia en la remoci�n de los contaminantes.
Tabla
13.
Tabla resumen de condiciones �ptimas de operaci�n.
|
Par�metros
�ptimos |
Remoci�n de Cromo |
Remoci�n de DQO |
|
pH
inicial |
4.35 |
- |
|
Amperaje |
1.81 |
- |
|
Densidad
de Corriente |
45.3 |
- |
|
Electrodo
Usado |
Al - Al |
Al - Al |
|
Contaminante
Principal |
Cr III |
Cr III |
|
Material
de Reactor |
Plexigl�s |
Plexigl�s |
|
Uso de
Agitador Magn�tico |
No |
No |
|
Tipo de
Tecnolog�a |
Electrocoagulaci�n Pura |
Electrocoagulaci�n Pura |
Nota. Los valores estimados de pH inicial, Amperaje y Densidad de
corriente se obtuvieron a partir de las regresiones lineales de las condiciones
t�cnicas y los porcentajes de remoci�n, siendo los estimados aquellos para un
porcentaje de remoci�n de 100%. Por otro lado, los valores cualitativos de
electrodo usado, contaminante principal, material de reactor, uso de agitador magn�tico
y tipo de tecnolog�a fueron tomados de la estad�stica descriptiva de promedio y
moda.
Los resultados muestran eficiencias
en remoci�n de DQO que var�an desde un 36% hasta un 95.31%, mientras en Cromo
se muestran resultados de entre 52.80% y 100% de remoci�n. Esto concuerda con
la investigaci�n de Kongjao, Damronglerd y Hunsom (2008) quienes obtienen la
m�xima remoci�n de Cromo Total de todas las t�cnicas y tecnolog�as de EC
aplicadas a curtiembre analizadas. Las tecnolog�as identificadas en la investigaci�n
son dos: Tecnolog�as Puras de EC y Tecnolog�as Mixtas de EC. En promedio la
remoci�n de DQO con cualquiera de las tecnolog�as de electrocoagulaci�n es de
71.05%, mientras que la remoci�n de Cromo es de 91.88% mostrando mayores
porcentajes de remoci�n siempre con el Cromo tal y como Aguilar y Palomino
(2018) plantearon en su investigaci�n, donde sin importar las variaciones en el
dise�o de remoci�n, al trabajar en conjunto una misma t�cnica o tecnolog�a de
EC, los resultados de porcentaje de remoci�n siempre son mayores para los
aniones de Cromo. Por la cantidad de datos agrupados en la tecnolog�a de EC
pura y mixta no se recomienda an�lisis de regresi�n o correlaci�n separados por
grupos (Amat, 2016).�
La relaci�n existente entre la
remoci�n de DQO y Cromo se determin� mediante la prueba de correlaci�n de Rho
de Spearman. Esta prueba estad�stica se utiliza para valores muestr�ales bajos
o menores a 50 y que no intentan medir el mismo efecto (Mart�nez, et al, 2009).
Los resultados muestran un valor de correlaci�n igual a R = 0.2 a un 95% de
confianza y un intervalo de confianza de (-0.375, 0.664) esto significa que la
relaci�n existente es una correlaci�n positiva media baja, donde el valor de R var�a
entre + 0.11 a + 0.50, seg�n Mondrag�n (2014) esta relaci�n existente no
representa suficiente evidencia para inferir un efecto directo y en la misma
magnitud al trabajar valores para la eficiencia de remoci�n de DQO y Cromo.
Asimismo, a partir de las pruebas de
correlaci�n de Rho de Spearman que muestran una relaci�n positiva insuficiente
entre las eficiencias de remoci�n de DQO y Cromo en las muestras analizadas, se
trabajaron las pruebas estad�sticas por grupos separados. Las regresiones
lineales para los resultados del porcentaje de remoci�n de cromo fueron
significativas para la regresi�n lineal de la tabla n� 05 y la regresi�n lineal
m�ltiple de la tabla n� 06. En la primera se encontr� un valor p = 0.037, esto
significa que se rechaza la hip�tesis nula espec�fica para cada prueba (p <
0.05), y se acepta que la relaci�n entre el pH inicial y el porcentaje de
remoci�n de cromo guardan una relaci�n significativa, mientras que el signo del
coeficiente se muestra en negativo (-), por tanto esta relaci�n es inversamente
proporcional, es decir mientras los valores de pH inicial aumentaron los
valores de % de remoci�n de cromo fueron menos eficientes. Arroyo, et al (2009)
explican que la formaci�n de iones formados durante la disoluci�n del �nodo se
precipita con m�s rapidez y frecuencia cuando se trabaja con pH bajos, mientras
que a pH altos la disociaci�n de iones del �nodo se dificulta y disminuye la
eficiencia del proceso de electrocoagulaci�n. En cuanto a la regresi�n lineal
m�ltiple de los par�metros iniciales y el porcentaje de remoci�n de cromo se obtuvo
un valor p de 0.2, con lo cual no se puede rechazar la hip�tesis nula. Estos
datos as� como el valor de R2 de 0.23 pueden concluir que la
regresi�n lineal m�ltiple tiene una muy mala correlaci�n (Manuel Rojo, 2007) y
no se puede explicar que las 4 variables asociadas (voltaje, amperaje, densidad
de corriente y tiempo) se ajusten a demostrar una variable dependiente como el
porcentaje de remoci�n de cromo.� Sin
embargo, Irene Moral (2006) se�ala que los valores asignados a explicar la
variable dependiente que obtengan un p-valor menor a 0.05 pueden explicar de
manera independiente la significancia o relaci�n existente entre ellas y la
variable dependiente. En ese sentido, el amperaje y la densidad de corriente
obtuvieron valores de p iguales a 0.028 y 0.033 respectivamente, con relaciones
inversa y directamente proporcional al porcentaje de remoci�n de cromo. Esto
quiere decir que la energ�a administrada en forma de densidad de corriente
elevado puede influir en la mejora de la remoci�n de cromo mediante electrocoagulaci�n.
Osorio y Ju�rez (2019) coinciden con estos resultados a�adiendo que a mayor
densidad de corriente administrada ser� mayor la producci�n de burbujas en los
electrodos que atraparan las contaminantes y mejorar� la eficiencia de
remoci�n.
Por otro lado, en los resultados de
las regresiones lineales donde la variable dependiente era la remoci�n de la
Demanda Qu�mica de Oxigeno (DQO) no se hallaron valores aceptables, siendo la
relaci�n entre la conductividad y el porcentaje de remoci�n de DQO la que
obtuvo un mayor grado de relaci�n con un p-valor de 0.22 y una R2
igual a 0.133. Adem�s, entre las pruebas de regresi�n con las variables
cualitativas se hall� un alto grado de relaci�n en el uso de agitador
magn�tico. Esta relaci�n es inversamente proporcional al uso de agitador
magn�tico, con un valor p de 0.055 y un coeficiente de regresi�n cuadrada de
0.42 se puede inferir que el uso de agitador magn�tico en las pruebas de
electrocoagulaci�n no influyen positivamente en el porcentaje de remoci�n de
DQO. Aun as�, no se puede concluir la relaci�n existente entre estas variables
dado que el valor de p es mayor a 0.05 y con ello se acepta la hip�tesis nula,
la que nos se�ala que no existe una relaci�n entre esas condiciones t�cnicas y
la eficiencia de remoci�n de DQO.
Adem�s, se utiliz� la estad�stica
descriptiva para describir la influencia de las condiciones de operaci�n con
respecto al material de electrodo, tal como se muestran en las tablas 8 y 13
los promedios de porcentaje remoci�n de cromo y DQO alcanzaron mayores
resultados con el uso de electrodos de aluminio con un 91.3% de remoci�n de
Cromo y 71.9% de remoci�n de DQO, mientras que usando electrodos de hierro los
resultados fueron de 88.2% y 65.8% respectivamente. Estos resultados discrepan
con los obtenidos por Bazrafshan, Mahvi, Naseri y Mesdaghinia, (2008), quienes
se�alan que los electrodos de hierro fueron los m�s efectivos para remover
cromo. No obstante, esto se puede explicar dado a que las muestras utilizadas
en la investigaci�n de Bazrafshan fueron soluciones artificiales obtenidas de
una muestra madre, adem�s solo se analiza el efecto de remoci�n de cromo y no
incluye remoci�n en la DQO.
De este modo, la explicaci�n del
comportamiento de los electrodos de hierro y aluminio y el porcentaje de
remoci�n de cromo y DQO se debe a la pasificaci�n de los electrodos durante la
electrocoagulaci�n. Ingelsson, Yasri, y Roberts (2020) describen la actividad
del electrodo de Hierro cuando se usa como �nodo y como c�todo generando
radicales hidroxilios que pueden estar compuestos por Fe (II), Fe (III) o una
combinaci�n de ambos, estos alcanzan los radicales de Cr (III) y son coagulados
luego de la descomposici�n de Cr (VI). Adem�s los radicales Fe (0) son
expulsados qu�micamente en forma de gases al medio ambiente. Los electrodos de
Fe son eficaces para remociones de Cromo especialmente de Cromo trivalente ya
que es la primera reacci�n qu�mica luego de descomposici�n del �nodo. Por otro
lado, Bazrafshan, Mohammadi, Ansari y Hossein (2015) explican la descomposici�n
del electrodo de Aluminio tanto como �nodo y c�todo generando radicales libres
de hidroxilio (OH-) en la descomposici�n del radical de Al3+
como tal formando Al(OH)3 que reacciona formando burbujas que
encapsulan contaminante org�nicos reduciendo sus cantidades. Esto explica
porque la remoci�n de DQO es elevada cuando se trabaja con electrodos de
aluminio.
Finalmente algunas condiciones
t�cnicas de operaci�n como el contaminante Principal tratado, material de
Reactor, uso de Agitador Magn�tico y tipo de Tecnolog�a fueron encontradas
mediante la aplicaci�n de estad�stica descriptiva de moda, siendo el Cromo
Trivalente el principal material tratado, en un reactor tipo batch de
plexigl�s, usando agitador magn�tico para la remoci�n de Cromo y sin su uso
para la remoci�n de DQO, adem�s el tipo de tecnolog�a m�s usada fue la de
electrocoagulaci�n Pura con un 85.71 % de incidencia.
4.
conclusi�n o CONSIDERACIONES finales
Se identificaron las
eficiencias de las t�cnicas y tecnolog�as de electrocoagulaci�n en la remoci�n
de Cromo y DQO aplicadas en curtiembres, describiendo las condiciones t�cnicas
de operaci�n, as� como las concentraciones iniciales y finales del contaminante
analizado en las matrices de normalizaci�n, luego se calcularon los porcentajes
de remoci�n. Las eficiencias transcurrieron desde el 52% de remoci�n al 100% de
remoci�n de Cromo en las investigaciones de Cristancho, Pinto y Tique (2019) y
la de Kongjao, Damronglerd y Hunsom (2008), respectivamente. Del mismo modo,
las eficiencias de remoci�n de DQO variaron desde un 36% hasta un 95.31%,
correspondientes a las investigaciones de Cristancho, Pinto y Tique (2019) y de
Amel, Mourad y Rachida (2011), respectivamente.
Se identific� la
relaci�n entre la remoci�n de Cromo y DQO a trav�s de la aplicaci�n de
tecnolog�as de electrocoagulaci�n a trav�s del estad�stico de correlaci�n de la
prueba de Rho de Spearman quien demuestra una correlaci�n positiva entres las
variables, pero poco significante con un valor de R cuadrado de 0.20. Por tanto,
las condiciones t�cnicas de operaci�n deben ser analizadas para describir la
eficiencia de remoci�n de Cromo y DQO por separado.
Se determinaron cuales
son las condiciones t�cnicas del proceso de electrocoagulaci�n para lograr una
remoci�n eficiente de Cromo y DQO en aguas residuales industriales de
curtiembre a trav�s de las pruebas estad�stica de regresi�n lineal y
estad�stica descriptiva aplicadas a todas las variables de dise�o del proceso
de electrocoagulaci�n demostrando que el pH inicial de la soluci�n tratada
influir� inversamente en la remoci�n de cromo, teniendo un valor �ptimo de
4.35, por su parte, el amperaje y densidad de corriente influyen directamente
en la remoci�n de cromo, con valores estimados de 1.81 A y 45.3 mA/cm2,
respectivamente. Por otro lado, el material de electrodo usado ser� crucial en
las condiciones t�cnicas del proceso de electrocoagulaci�n, ya que dependiendo
a los contaminantes que se deseen tratar se podr� elegir entre una relaci�n de
Al � Al o Fe � Fe, para mayores eficiencias de remoci�n de DQO y Cromo,
respectivamente. Sin embargo, la opci�n m�s adecuada para aguas residuales
industriales de curtiembre sin importar cual fuese el contaminante principal a
tratar es el electrodo de Aluminio. De igual manera el uso de agitadores
magn�ticos no es tan efectivo para la remoci�n de DQO, y las mejoras en la
eficiencia de remoci�n de Cromo no son tan notables, por lo que se recomienda
dejar en reposo el agua tratada. Finalmente, las tecnolog�as de
electrocoagulaci�n pura tuvieron mayor incidencia de uso por parte de los
investigadores.
5.� Referencias
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