UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA INSTITUTO DE INVESTIGACION DE LA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA INFORME FINAL DEL PROYECTO DE INVESTIGACION SISTEMA FOTO ELECTRO FENTON PARA EL TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE LA INDUSTRIA DE BEBIDAS AUTOR: Ms. Sc. Ing. CESAR GUTIERREZ CUBA PERIODO DE EJECUCION: Del 01 de Febrero del 2015 al 31 de Enero del 2017 Resolución Rectoral No R Callao, 2017

2 INDICE Pág II. Resumen y Abstract 2.1. Resumen Abstract 6 III. Introducción Planteamiento del problema de investigación Importancia y justificación del proyecto 15 IV. Marco teórico Antecedentes del estudio Marco teórico Definiciones de terminología 56 V. Materiales y métodos Materiales Población y muestra experimental Instrumento de Recolección de Datos Técnicas de análisis 61 VI. Resultados 64 VII. Discusión 76 VIII. Referenciales 79 IX. Apéndices 81 X. Anexos 93

3 TABLAS Pág Tabla N 3.1. Características del agua residual de la industria de bebidas 8 Tabla N 3.2. Valores máximos permisibles (VMA) de las descargas de 10 aguas residuales no domésticas en el sistema de alcantarillado sanitario Tabla N 3.3. Limites de descarga de aguas residuales en varios países en 11 el Mundo. Tabla N 3.4. Operacionalización de las variables 15 Tabla N 4.1. Potencial de Oxidación frente al Electrodo Estándar de 20 Hidrógeno de algunos Oxidantes Relevantes Tabla N 4.2. Colección de las reacciones principales relacionadas 30 al sistema Fenton y sus correspondientes valores de constantes de velocidad de reacción de segundo orden. Tabla N 6.1. Resultados Diseño Experimental 66

4 FIGURAS Pág Figura N 4.1. Generación de radicales libres de Hidroxilo por medio 23 de procesos EF y FEF Figura N 4.2. Dependencia de COT sobre la carga específica 24 y evolución de la Concentración Figura N 4.3. Algunas características del radical Hidroxilo 27 Figura N 4.4. Mecanismos de reacción por las cuales ocurre la 28 degradación de ácido 4-clorofenoxiacético (4-CPA) por POAEs en un reactor tipo tanque con Pt/O 2 Figura N 4.5. Reactor Fenton de Lecho Fluidizado 35 Figura N 4.6. Módulo experimental tecnología electro Fenton heterogéneo 36 Figura N 4.7. Planta piloto tratamiento Fenton asistido por UV 38 Figura N 4.8. Diagrama esquematico de un sistema foto reactor típico 39 Figura N 4.9. Tratamiento de un agua residual por método Foto 40 Fento a escala Industrial. Figura N 4.10: Diseño sistema de distribución equipo tratamiento foto 41 fenton Figura N Sistema de distribución Instalado 42 Figura N Sistema de Tratamiento en Operación 43 Figura N Diferentes configuraciones de reactor para tratamientos 44

5 Figura N Sistema foto electro Fenton. 45 Figura N Sistema foto electro Fenton. 46 Figura N Reactores escala laboratorio tipo tanque con celdas 47 no divididas Figura N Sistema de tratamiento SFEF 49 Figura N 5.1. Agua residual de Industria de Bebidas 60 Figura N 5.2. Gráfico Curva de Calibración para la determinación 63 de DQO Figura N 6.1. Diseño Experimental, indicando las 16 pruebas 65 y niveles a tomar en cuenta para cada prueba. Figura N 6.2. Datos Experimentales a ser procesados por el software 66 mostrando resultados obtenidos de la variable respuesta DQO Figura N 6.3. Regresión Factorial 68 Figura N 6.4. Tabla Anova 69 Figura N 6.5. Coeficiente de Correlación Modelo y Análisis de 70 Coeficientes del Modelo Figura N 6.6. Ecuación del Modelo 71 Figura N 6.7. Valores calculados con el modelo, residuales y 71 coeficientes del Modelo Figura N 6.8. Gráfica de Efectos Principales 72 Figura N 6.9. Gráfica de interacciones para DQO 73 Figura N Gráficas de Contorno 74 Figura N Optimizador 75

6 II. RESUMEN El objetivo de este trabajo de Investigación consiste en desarrollar un Sistema Foto Electro Fenton para el Tratamiento de agua residual de la Industria de Bebidas. Para ello se estudió los efectos de las variables de proceso sobre la eficiencia del tratamiento y se determinó la reducción de los contaminantes orgánicos. En el trabajo de Investigacion desarrollado, se ha empleado un método de oxidación avanzada denominado Foto electro Fenton para tratar un agua residual de la industria de Bebidas que tiene como condiciones iniciales: ph=6.7, DQO=1140 mg O 2/L, conductividad= 1502 μs/cm Se aplicó un diseño experimental Fraccional para describir las relaciones entre los factores (Tipo de Electrodo, Concentración Fe 2+, concentración H 2O 2, Intensidad de corriente, tiempo de tratamiento y Intensidad de Radiación) sobre la variable respuesta (Demanda Química de oxígeno, DQO). Se ha utilizado el software minitab v 17.1 para el tratamiento de datos, y aplicando la herramienta optimizer de predicción en el software, se ha encontrado que las condiciones óptimas de proceso son: Tipo de electrodo=carbono-titanio; Concentración de Fe 2+ =200 mg/l, Concentracion H2O2 (al 50%)=10 ml/1,4 L de agua residual, Intensidad de corriente= 1 Amp, tiempo de reacción= 60 min y Intensidad de radiación=18 W, para tener un contenido final de DQO=100 mg O 2/L para el efluente luego del tratamiento. Experimentalmente se ha comprobado que mediante este método de tratamiento, se consiguen reducciones de DQO mayores al 90%. Palabras Clave: Agua residual, ElectronFoto Fenton, Diseño de experimentos, Demanda Química de Oxígeno.

7 ABSTRACT The objective of this research work is to develop an Electro Fenton Photo System for Wastewater Treatment of the Beverage Industry. For this purpose, the effects of the process variables on the efficiency of the treatment were studied and the reduction of the organic contaminants was determined. In the research work developed, an advanced oxidation method called Electro Fenton Photo has been used to treat a residual water from the Beverage industry which has as initial conditions: ph = 6.7, COD = 1140 mg O2 / L, conductivity = 1502 μs / cm A Fractional experimental design was applied to describe the relationships between the factors (Electrode Type, Fe 2+ Concentration, H2O2 Concentration, Current Intensity, Treatment Time and Radiation Intensity) on the response variable (Chemical Oxygen Demand, COD). The Minitab v software has been used for data processing, and applying the optimizer prediction tool in the software, it has been found that the optimum process conditions are: Electrode type = Carbon-Titanium; Concentration of Fe 2+ = 200 mg / L, H2O2 concentration (at 50%) = 10 ml / 1.4 L of waste water, Current of 1 Amp, reaction time = 60 min and radiation intensity = 18 W, for have a final COD content = 100 mg O2 / L for the effluent after treatment. Experimentally it has been proven that by this treatment method, COD reductions greater than 90% are achieved. Keywords: Wastewater, Photo Electro Fenton, Design of experiments, Chemical oxygen demand.

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