EFECTO DEL LA CANTIDAD DE CROMO HEXAVALENTE Y EL ph EN LA REMOCION DE Cr 6+ EN UN REACTOR ELECTROQUIMICO DE ELECTRODOS ROTATORIOS.

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1 EFECTO DEL LA CANTIDAD DE CROMO HEXAVALENTE Y EL ph EN LA REMOCION DE Cr 6+ EN UN REACTOR ELECTROQUIMICO DE ELECTRODOS ROTATORIOS. Miriam G. Rodríguez R., Sergio A. Martínez D., y Luis Tello P. Universidad Autonóma Metropolitana - Azcapotzalco. Dpto. Energía, Av. San Pablo No. 18 Col. Reynosa Tamps, C.P. 22. México, D.F. samd@hp9a1.uam.mx y Fax : RESUMEN En este trabajo se exponen las investigaciones relacionadas con la remoción de cromo hexavalente (Cr 6+ ) de aguas de enjuague de la industria de galvanoplastía mediante tratamiento electroquímico en un reactor de electrodos rotatorios de acero al carbón. Se trabajo en reactores por lote, con capacidad de 8, 12 y 16 L de volumen de operación. Los resultados muestran que, en las condiciones de experimentación, el tiempo de remoción de Cr 6+ no depende de la concentración para la misma cantidad de gramos de cromo hexavalente disueltos en el agua residual. Para diferentes volúmenes de operación a la misma concentración de cromo hexavalente, el tiempo para alcanzar concentraciones de Cr +6 menores a.5mg/l incrementa al ser mayor el volumen de operación. Se obtuvo también que el ph en el que se desarrolla el proceso, es determinante, encontrándose que a ph ácido la reacción es más rápida que a ph =7.. INTRODUCCIÓN El tratamiento electroquímico para remover cromo hexavalente, se presenta como un proceso alternativo; este proceso consiste en la reducción del Cr 6+ a cromo trivalente (Cr 3+ ), que lleva a cabo el ion ferroso (Fe 2+ ) liberado por el desgaste del ánodo al paso de una corriente directa a través de electrodos de acero al carbón. La reacción que ocurre en la solución durante el proceso (Cenkin, 1985),es la siguiente: 6Fe 2+ + Cr 2 O H 1+ 6Fe Cr H 2 También es posible que en el cátodo exista una reducción parcial del cromo hexavalente (Golub, 1988). Durante el proceso se forman sales (Beck, 1982) que pasivan los electrodos. En los sistemas estáticos, es decir sin agitación del líquido o sin movimiento de los electrodos se presentan problemas de poca homogeneidad y de pasivación, que incrementan los consumos de energía hasta en un 5% (Martínez et al., 1998). En otros trabajos (Martínez et al., 1999) se mostró que con electrodos rotatorios es posible reducir los

2 consumos de energía y los tiempos de tratamiento, así como mantener un sistema homogéneo. En el presente trabajo se utilizó un sistema de electrodos rotatorios para evaluar el efecto de la concentración y masa de cromo hexavalente, así como ph en el desempeño del sistema. MATERIALES Y MÉTODOS Para las experimentaciones se preparó agua sintética con diferentes concentraciones y masas de Cr 6+, utilizando dicromato de potasio. Las pruebas se realizaron por lote en reactores electroquímicos de 8, 12 y 16 L de volumen de operación, al cual se le introdujo una flecha con 14 electrodos, 7 ánodos y 7 cátodos paralelos, en forma de anillos, de pulido de acero al carbón, con un diámetro interior de 11.5 cm. Los electrodos estaban separados por un espacio de 1. cm y colocados alternadamente es decir, un ánodo seguido de un cátodo. Cada electrodo tenía un área superficial de 68.1 cm 2 y el área total del ánodo fue cm 2. Se utilizó una fuente de corriente directa con la cual se aplicó un amperaje de 5. A y voltajes entre 2.75 a 4.5 V. La densidad de corriente que se manejo durante las experimentaciones fue de 7.95 ma/cm 2. La flecha con los electrodos se conectó a un motor de revoluciones variables y se realizaron pruebas a 15 revoluciones por minuto (r.p.m.). El ph durante el proceso se mantuvo en 2. para las pruebas con diferentes concentraciones y masas de Cr 6+. Se tomaron muestras a diferentes tiempos a las que se les ajustó el ph a 8.5 para precipitar el Cr 3+ y Fe 3+ ; al sobrenadante se le determinó la concentración de Cr 6+ mediante el método de la difenilcarbazida. La curva teórica de variación del Cr +6 residual en función del tiempo se obtuvo utilizando la constante de Faraday, con la que se calcularon los gramos del ion ferroso (Fe +2 ) liberado del ánodo por el paso de corriente directa, que reaccionan en cantidad estequiométrica con el Cr +6 de la solución, suponiendo que la reacción es instantánea (Groterud, 1986). RESULTADOS Remoción de Cr 6+ para reactores de diferente volumen La gráfica 1 muestra la variación de la concentración residual de Cr +6 en función del tiempo de tratamiento para los reactores de diferente volumen (8, 12 y 16 L), con una concentración inicial de cromo hexavalente de 13 mg/l. Se observa que aunque se tiene la misma concentración inicial, el tiempo para alcanzar concentraciones menores a.5 mg/l (máxima permitida por la legislación mexicana), incrementa al aumentar el volumen de operación esto es, para un volumen de 8 L se requieren 22 minutos, para 12 L son 32 minutos y 6 minutos para el reactor con 16 L. En todas las pruebas, se puede observar que el tiempo experimental, para cada volumen, es menor que el teórico; 16 minutos, 25 minutos y 17 minutos respectivamente. Por otra parte, la diferencia entre el tiempo experimental y el teórico es similar para el volumen de 8 L (42%) y 12 L (44%), sin embargo para el reactor de 16 L, esta diferencia es menor (22%), es decir, se acerca más al comportamiento teórico.

3 mg Cr6+ residual/l teórica 16 L 16 L teórica 12 L 12 L teórica 8 L 8 L Figura 1.- Remoción de Cr 6+ para reactores de diferente volumen a una concentración inicial de 13 mg/l. Lo anterior se puede explicar debido a que la relación área del electrodo/volumen de operación (Ae/Vop) para 16L es la menor (.595cm -1 para 8L,.397cm -1 para 12 L y.297cm -1 para 16 L), por lo que la difusión por convección forzada e interacción de iones se reduce para bajas Ae/Vop. Efecto del la masa de Cr 6+ en la velocidad de remoción Con base en los resultados obtenidos, se puede observar que el proceso es independiente de la concentración de Cr 6+ en el agua residual, sin embargo, es dependiente de la masa de Cr 6+ presente en el reactor, como se muestra en la Figura 2. Los resultados muestran que para reactores de diferente volumen de operación, con la misma masa y diferentes concentraciones de Cr 6+, el tiempo de tratamiento para alcanzar concentraciones menores a.5 mg de Cr 6+ /L, son similares, es decir para una masa de 28 mg de Cr 6+, en un reactor de 16 y 8 L, equivalentes a 13 mg de Cr 6+ /L y 26 mg de Cr 6+ /L, respectivamente el tiempo de tratamiento fue de 65 minutos para ambos casos; para una masa de 156 mg de Cr 6+, en un reactor de 12 y 8 L, equivalentes a 13 mg de Cr 6+ /L y 195 mg de Cr 6+ /L, respectivamente el tiempo de tratamiento fue de aproximadamente 32 minutos, también para ambos casos. Efecto del ph en la remoción de Cromo hexavalente La figura 3 muestra los resultados de la remoción de Cromo hexavalente para diferentes ph. Se observa que la velocidad de remoción es mayor a ph ácido que a ph neutro. Esto se debe a que el ion ferroso,que reduce al cromo hexavalente, es insoluble

4 25 mg de Cr6+ residual mg Cr6+/16L, 13 mg/l 28 mg Cr6+/8L, 26 mg/l 156 mg Cr6+/12L, 13mg/L 156 mg Cr6+/8L, 195mg/L Figura 2.- Efecto del la masa de Cr 6+ en la velocidad de remoción a ph =7.. En estas condiciones, parte de estos iones forman sus respectivos hidróxidos, los cuales no reducen al cromo hexavalente. Esta perdida de iones ferroso que forman hidróxidos, debe ser compensada con un mayor tiempo de tratamiento, con la finalidad de liberar mas iones de hierro. C/Co ph7, 15rpm ph2, 15rpm Teórica Figura 3.- Efecto del ph en la remoción de Cromo hexavalente (Concentración inicial de Cr 6+ = 13 mg/l).

5 CONCLUSIONES Con base en los resultados obtenidos, se muestra que la remoción de cromo hexavalente, es independiente de la concentración. La relación área de electrodo/volumen de operación afecta inversamente al tiempo de tratamiento del proceso, es decir al disminuir la relación se incrementa el tiempo de tratamiento. Por otra parte, el proceso depende directamente de la masa de cromo hexavalente disuelto en el agua residual. Por último, se observó que la eficiencia en el proceso se incrementa al disminuir los valores de ph, es decir la velocidad de remoción a ph ácidos es mayor. BIBLIOGRAFÍA Beck, R..T. (1982). Formation of Salt Films during Passivation of Iron. Journal of Electrochemical Society 129: Cenkin, V. E. and Belavtsev, A..N. (1985). Electrochemical treatment of industrial wastewater. Effluent and Water Treatment Journal. July: Groterud, O. and Smoczynski, L. (1986). Phosphorous removal from water by means of electrolysis. Water Research 2: Golub, D and Oren Y.(1988). Removal of chromium from aqueous solutions by treatment with porous carbon electrodes: electrochemical principles. Journal of applied electrochemistry 19: Martínez, S., Rodríguez M., Alarcón, C. y Romero, M. (1998). Remoción de Cromo Hexavalente de las Aguas de Enjuague de la Industria de Galvanoplastia Mediante Procesos Electroquímicos. Memorias CIMA'97. Ed. Equinoccio. Martínez, S., Rodríguez M. (1999). Remoción de Cromo Hexavalente de las Aguas en un Reactor Electroquímico de Electrodos Rotatorios. Memorias XX Encuentro de AMIDIQ.