III. ESTUDIO DE CASO: INDUSTRIA PAPELERA

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1 III. ESTUDIO DE CASO: INDUSTRIA PAPELERA 3.1 Proceso de Fabricación más común del Papel La industria para la producción de papel se realiza a partir de la madera, mediante su trituración, tanto mecánica como por la acción de productos químicos, entre otros, ácido sulfúrico y cloro. Enseguida la pulpa se mezcla con fondos de productos de recuperación y de papel usado y se tritura con la acción de abundante agua. De allí pasan en forma de suspensión acuosa por los refinadores donde se desgrana la pulpa para dejar paso a la pulpa celulósica. El paso que sigue es separar agua de fibra, que se realiza por filtrado y bombeo del agua sobrante. En este paso es necesario mantener la temperatura para permitir el secado por vapor interior. Seguidamente del secado se enrolla directamente en gigantescas bobinas y es ahí donde comienza la manipulación y preparación del papel para uso comercial. Este proceso es igual para cualquier tipo de papel. [19] Como antes se expreso conviene hacer notar que frecuentemente se encuentran fábricas que operan con consumos muy superiores, debido a factores tales como la utilización de máquinas antiguas, la inexistencia de procesos de clarificación de aguas, el producto fabricado y la tecnología del proceso de producción. etc. Los consumos pueden llegar a alcanzar valores de 12 m 3 / Ton. [6] Entre las sustancias que contienen las aguas residuales de una papelera se encuentran: Cloramina y anilina. 45

2 3.2 Equipos Los equipos empleados para el desarrollo de la investigación son los siguientes. ph-metro Fuente de corriente DC ( 6 A/ - 15 V ) marca Pro-Craft. Espectrofotómetro marca Gilford instrument Celda para electrocoagulación. 3.3 Celda para Electrocoagulación Los ensayos se llevaron a cabo en una celda de configuración monopolar, empleando tanto electrodos de aluminio como de hierro (figura 6), debido a que es el arreglo más adecuado para realizar un estudio inicial de las variables del proceso. Las especificaciones técnicas del equipo son: Recipiente en plástico con capacidad aproximada de 1.2 Litros. Electrodos (placas planas) de hierro. Electrodos (placas planas) de aluminio. Fuente de corriente directa 46

3 1. Celda de Electrocoagulación. 4. Soporte para celda. 2. Ánodo (Aluminio). 5. Fuente de corriente. 3. Cátodo (Hierro). Figura 6. Reactor de electrocoagulación a escala de laboratorio con electrodos conectado en paralelo. Los electrodos de aluminio son utilizados para el proceso de electrocoagulación como electrodo de sacrificio, debido a que se disuelven dando origen a iones metálicos, los cuales forman hidróxidos o polihidróxidos, los cuales son excelentes agentes coagulantes, que desestabilizan las sustancias coloidales, además, son de fácil adquisición por su relativo bajo costo y disponibilidad, por tal motivo fue el material seleccionado para realizar las pruebas. [18] 47

4 3.4 Procedimiento Experimental Las pruebas se llevaron a cabo a la temperatura ambiente aproximadamente 25 ºC y un rango de ph inicial entre 6 y 8. Enseguida se describe el procedimiento con el cual se desarrollaron los experimentos en el laboratorio, para el cuál se empleó un reactor con capacidad de 1.2 litros en operación tipo batch. Prueba 1: Preparar montaje (ver figura 6) para llevar a cabo la electrocoagulación, tener en cuenta posición de ánodo y cátodo, voltaje, distancia entre electrodos de 1 cm. Tiempo de reacción 6 min. 1. Adicionar 1 litro de agua con colorante proveniente de la industria papelera (efluente). 2. Tomar 25 ml de muestra de solución y depositarlas en un tubo de ensaye de 25 ml, enseguida agregar misma cantidad removida hasta llevar el volumen a 1 litro. 3. Medir ph. 4. Medir absorbancia con una longitud de onda 485nm con la ayuda del espectrofotómetro. 5. Conectar los electrodos Al + (ánodo) y Fe - (cátodo) a la fuente de corriente a 3 amp y 5V y una distancia entre placas de 1cm. 6. Cinco minutos después, tomar una muestra de 25 ml depositarla en un tubo de ensaye de 25 ml, enseguida agregar misma cantidad removida hasta llevar el volumen a 1 litro. 7. Repetir pasos 3 y Diez minutos después tomar una muestra de 25 ml y depositarla en un tubo de ensaye de 25 ml, enseguida adicionar misma cantidad removida hasta llevar el volumen a 1 litro. 9. Repetir pasos 3 y 4. 48

5 1. Veinte minutos después tomar una muestra de 25 ml y depositarla en un tubo de ensaye de 25 ml, y adicionar misma cantidad removida hasta llevar el volumen a 1 litro. 11. Repetir pasos 3 y Treinta minutos después tomar una muestra de 25 ml y depositarla en un tubo de ensaye de 25 ml, enseguida adicionar misma cantidad removida hasta llevar el volumen a 1 litro. 13. Repetir pasos 3 y Cuarenta minutos después tomar una muestra de 25 ml y depositarla en un tubo de ensaye de 25 ml, enseguida adicionar misma cantidad removida hasta llevar el volumen a 1 litro. 15. Repetir pasos 3 y Cincuenta minutos después tomar una muestra de 25 ml y depositarla en un tubo de ensaye de 25 ml, enseguida adicionar misma cantidad removida hasta llevar el volumen a 1 litro. 17. Repetir pasos 3 y Sesenta minutos después tomar una muestra de 25 ml y depositarla en un tubo de ensaye de 25 ml, enseguida adicionar misma cantidad removida hasta llevar el volumen a 1 litro. 19. Repetir pasos 3 y 4. Prueba 2: Repetir procedimiento anterior pero con variables: Voltaje: 5 V Amperaje: 3 AMP Distancia entre placa: 1.5 cm Prueba 3: Repetir procedimiento anterior pero con variables: Voltaje: 15 V Amperaje: 2 AMP Distancia entre placa: 1 49

6 Prueba 4: Repetir procedimiento anterior pero con variables: Voltaje: 15 V Amperaje: 2 AMP Distancia entre placa: 1.5 cm. 3.5 Resultados y Discusión A continuación se muestran los datos proporcionados de unas pruebas de un agua residual proveniente de una papelera (Tablas 1, 11, 12 y 13), que a sido tratada por electrocoagulación. TABLA 1. Prueba No. 1: Electrocoagulación a 3 Amp. y 1 cm de separación entre electrodos. Tiempo (minutos) ph Absorbancia (ABS) Voltaje (V) Amperaje (A) Distancia (cm) (λ = 485nm) Fuente: [2] 5

7 ABS vs t Figura 7. Resultado de Absorbancia vs Tiempo para la prueba 1 En la figura 7 muestra la variacion de la absorbancia con respecto al tiempo y se puede observar que en los primeros veinte minutos la disminucion de color en el agua es mayor al 7 %, mientras que siguientes minutos de reaccion la eficiencia de remocion de color es mas lenta permaneciendo casi invariable obteniendo una eficiencia final de 8.71%. ph vs t Figura 8. Resultado de ph vs Tiempo para la prueba 1. 51

8 Para la figura 8 referida a la variación del ph con respecto al tiempo se observo que dicho parámetro aumento considerablemente hasta llegar ser alcalino, y este factor puede ser provocado por la formación de hidrogeno molecular en el cátodo. TABLA 11. Prueba No. 2: Electrocoagulación a 3 Amp. y 1.5 cm de separación entre electrodos. Tiempo (minutos) ph Absorbancia (ABS) Voltaje (V) Amperaje (A) Distancia (cm) (λ = 485nm) Fuente: [2] 52

9 ABS vs t Figura 9. Resultado de Absorbancia vs Tiempo para la prueba 2. Para la prueba No. 2 la variacion de la absorbancia con respecto al tiempo (figura 9), es menor con respecto a la prueba No. 1(figura 7), ya que se puede observar que en los primeros veinte minutos la disminucion de color en el agua es menor al 7 %, permaneciendo casi invariable en el transcurso del tiempo restante obteniendo una eficiencia final de 67.95%, viendose afectado por la separacion entre electrodos. 7.9 ph vs t Figura 1. Resultado de ph vs Tiempo para la prueba 2. 53

10 En esta misma prueba el ph varia poco con respecto al tiempo (figura 1), observándose que dicho parámetro no llega a aumentar ni una unidad hasta permanecer casi constante en un intervalo de 7. TABLA 12. Prueba No. 3: Electrocoagulación a 2 Amp. y 1 cm de separación entre electrodos. Tiempo ph Absorbancia Voltaje Amperaje Distancia (minutos) (ABS) (V) (A) (cm) (λ = 485nm) Fuente: [2] 54

11 ABS vs t Figura 11. Resultado de Absorbancia vstiempo para la prueba 3. En la figura 11 muestra la variacion de la absorbancia con respecto al tiempo para la prueba No. 3 la eficiencia de remocion de color es menor (72.97), que el presentado en la prueba 1 (figura 7), por lo que se presume es provocado por la disminucion de amperaje aplicado a las placas metalicas de Al ph vs t Figura 12. Resultado de ph vs Tiempo para la prueba 3. 55

12 Como fue en el caso para la prueba No. 1 (figura 8), el ph con respecto al tiempo de esta agua (figura 12), aumento considerablemente hasta llegar ser alcalino, y este factor puede ser provocado al igual que la anterior prueba mencionada como es la formación de hidrogeno molecular en el cátodo. TABLA 13. Prueba No. 4: Electrocoagulación a 2 Amp. y 1.5 cm de separación entre electrodos. Tiempo (minutos) ph Absorbancia (ABS) Voltaje (V) Amperaje (A) Distancia (cm) (λ = 485nm) Fuente: [2].6 ABS vs t Figura 13. Resultado de Absorbancia vs Tiempo para la prueba 4. 56

13 En la figura 13 referida para la prueba No. 4, la variacion de la absorbancia con respecto al tiempo es menor con respecto a las demas pruebas ya que para esta las condiciones de operación fueron totalmente desventajosas con un amplia separacion entre electrodos y un bajo amperaje de 2, obteniendose asi una eficiencia pobre de 39.62%. 12 ph vs t Figura 14. Resultado de ph vs Tiempo para la prueba 4. En esta misma prueba el ph varia con respecto al tiempo (figura 14), observándose que dicho parámetro llega a aumentar casi dos unidades afectando considerablemente en la eficiencia de la corriente en el proceso de solubilidad del metal para formar hidróxido, viéndose de igual manera afectado la electrocoagulación. 57