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BIOSORCIÓN DE COLORANTES EN AGUAS TEXTILES RESIDUALES
MEDIANTE MATERIA ORGÁNICA.
Pseudónimo: De tu ropa al ambiente
Resumen
El proyecto a continuación busca solucionar una problemática internacional con
gran impacto ecológico, la industria textil es una de las más importantes de
nuestro país y la contaminación del agua producida por estas industrias genera
cambios muy grandes en el medio ambiente, estas industrias desechan grandes
cantidades de aguas residuales, los cuales para ser eliminados del agua requieren
procesos químicos costosos por lo que algunas fábricas prefieren evitar este
proceso . Se propuso una alternativa de tratamiento de biosorción, utilizando
materia orgánica. Nuestro objetivo es degradar el colorante del agua residual para
así poder utilizarla posteriormente en más procesos de tinción de ropa. Se
utilizará un Espectrofotómetro de UV HACH para medir la efectividad del
tratamiento en diversas formas de aplicación, comprobando la precipitación del
colorante, eliminando esta forma de contaminación del agua. La metodología que
empleamos fue la obtención de colorantes. En cuanto a la materia orgánica se
ocupó opuntia sp, agave tequilana, solanum tuberosum, Sechium edule y
raphanus sativus; se compararon. El proceso empleado fue cortarlos en trozos,
poniéndolos a hervir y después licuarlos y así escalar las muestras según
corresponda en ml de agua en diferentes tubos de ensaye. Una vez hecho esto,
las muestras previamente preparadas se almacenaban en un cuarto aislado para
evitar el contacto con la luz solar por un tiempo de 3 semanas para la biosorción
del colorante, como proceso final se analizaron las muestras utilizando el
espectrofotómetro UV/VIS Modelo NACH Lambda 40 Marca PerkinElmer de
Docencia del departamento de Ciencias Básicas e Ingeniería (CBI) de la UAM-X.
Palabras clave:
Problemática, impacto ecológico, industrias textiles, aguas residuales, biosorción,
Espectrofotómetro de UV HACH, efectividad, precipitación, opuntia sp, agave
tequilana, solanum tuberosum, Sechium edule y raphanus sativus.
Introducción:
Marco Teórico:
Industrias textiles mexicanas
La industria textil es una de las más importantes de nuestro país. Sin embargo, es
una de las industrias con mayor consumo de agua y las aguas residuales que se
generan contienen un gran número de contaminantes de diferente naturaleza.
Entre los contaminantes se destacan los colorantes. Estos compuestos se diseñan
para ser altamente resistentes, incluso a la degradación microbiana, por lo que
son difíciles de eliminar en las plantas de tratamiento convencionales (Chunk et al,
1993: 2121).
En términos de población, el consumo medio en el mundo de colorantes por
persona al año es de alrededor de 200 gramos. En los países desarrollados puede
llegar hasta 600 o 700 g/persona, teniendo un uso por aplicación del 60% en la
industria textil, 25% en pinturas y tintas (pigmentos) (Anjaneyulu et al, 2005: 245).
INDUSTRIA CANTIDAD DE AGUA GENERADA (M3/TON)
CONCENTRACIÓN DE COLOR (UNIDADES HAZEN)
AZUCARERA 0.4 M3/TON CAÑA TRITURADA 150-200 CERVECERÍA 0.25 M3/TON CERVEZA PRODUCIDA 200-300 DESTILERÍA 12 M3/TON DE ALCOHOL PRODUCIDO 200-300 CURTIDO 28 M3/TON DE PIEL 400-500
PULPA Y PAPEL 175 M3/TON DE PAPEL 100-600 TEXTIL 120 M3/TON DE FIBRA 1100-1300
Tabla 1. Mostrando la cantidad de agua y concentración de color generadas por las diversas
industrias.
Aguas residuales de las industrias textiles mexicanas
Están presentes concentraciones significativas de metales pesados, como cromo,
cobre, zinc, níquel o plomo. En el proceso de fabricación de la fibra natural, el
agua residual puede contener pesticidas y contaminantes microbiológicos, como
bacterias, hongos y otros patógenos. Así como colorante. Estos metales pueden
acumularse en el cuerpo a lo largo del tiempo y son altamente tóxicos, con efectos
irreversibles, incluyendo lesiones del sistema nervioso (plomo y mercurio) o los
riñones (cadmio). El cadmio también está asociado a enfermedades cancerígenas
(De Moraes et al, 2000: 369).
CLASE DE COLORANTE
METALES
Directo Cobre Reactivo Cobre y níquel Ácidos Cobre, cromo, cobalto Premetalizados Cobre, cromo, cobalto Mordante Cromo
Tabla 2. Metales típicos encontrados en colorantes.
Tabla 3 con datos de pH, sólidos suspendidos, sólidos totales, oxígeno disuelto, DBO, DQO en el
agua residuales de la industria textil.
Colorantes utilizados en las industrias textiles mexicanas
Los colorantes son sustancias orgánicas fluorescentes o de color intenso que
imparten color a una sustancia incolora o bien, a un sustrato por medio de una
absorción selectiva de luz.
Los colorantes están formados por un grupo de átomos responsables del color
(cromóforos). Los grupos cromóforos más comunes son los azo (-N=N-), carbonilo
( C=O), metilo (-CH3), nitro y grupos quinoides.
Sus moléculas están constituidas por tres grupos funcionales, el cromóforo, que es
el grupo responsable de la absorción de la luz, dándole la propiedad del color a la
molécula; los auxocromos, que le dan afinidad por la fibra e intensifican el color, y
por último, el solubilizado, que le da afinidad a solventes diversos y está dado por
la presencia de iones como: -SO3 –Na+, -NH3+Cl-, -SO2-NH2+,-O+Na+. Los
colorantes también se clasifican de acuerdo a su aplicación: directos, reactivos,
dispersos, entre otros (Dias et al, 2007: 445).
Sustancias nocivas en el colorante para el agua
Alquifenoles (Se utilizan en la industria textil para procesos de lavado y teñido.
Son tóxicos para la vida acuática, persistentes en el medioambiente y
biocumulativos en los tejidos corporales. Son similares a las hormonas naturales
como el estrógeno, es decir, son disrupciones hormonales de carácter sexual en
algunos organismos (por ejemplo, la feminización de peces))
Ftalatos, Retardantes de llama bromados y clorados, Perfluorados, Parafinas
cloradas de cadena corta (PCCC), Clorofenoles, Clorobencenos, Colorantes
azoicos (son uno de los principales tipos de tintes utilizados por la industria
textil.Efectos: Algunos tintes azoicos al degradarse durante el uso liberan
sustancias químicas conocidas como aminas aromáticas, algunas de las cuales
pueden causar cáncer al entrar en contacto con la piel. La Unión Europea ha
prohibido el uso de estos colorantes azoicos), principalmente (De Moraes et al,
2000: 380).
Biosorción
Un método para la remoción del color de efluentes en varios materiales como:
aserrín, carbón activado, arcillas, suelos, composta, lodos activados, comunidades
vegetales, polímeros sintéticos o sales inorgánicas coagulantes (Chandran et al.
2002). Al proceso que utiliza a la biomasa, se le conoce como biosorción; en este
proceso la decoloración se alcanza por la saturación y posterior biosorción del
colorante sobre las células, ocurriendo esto con o sin biodegradación del
contaminante (Kuhad et al, 1956: 185).
El espectrofotómetro es un aparato que mide en función de la longitud de onda la
absorbancia de una muestra, cuyo resultado puede ser utilizado para determinar la
cantidad de colorante presente en una muestra. (Millan, 2003: 123)
Imagen 3. Espectrofotómetro UV/VIS Modelo Lambda 40 Marca PerkinElmer de Docencia del
departamento de Ciencias Básicas e Ingeniería (CBI) de la UAM-XI
Imagen 4. Funcionamiento del espectrofotómetro
Colores de la luz visible
Longitud de onda de máxima absorción (nm) Color absorbido Color observado
380-420 Violeta Amarillo-verde
420-440 Azul-violeta Amarillo
440-470 Azul Anaranjado
470-500 Verde-azul Rojo
500-520 Verde Purpura
520-575 Amarillo-verde Violeta
Tabla 3. Color observado y absorbido en función de la longitud de concentración
Objetivos
1. Identificar si la materia orgánica tiene las propiedades para precipitar el
colorante de las aguas residuales de las industrias textiles mexicanas.
2. Absorber el colorante del agua usando materia orgánica.
3. Comparar la eficacia para degradar el colorante entre el opuntia, agave
tequilana, solanum tuberosum, Sechium edule y raphanus sativus.
4. Analizar la efectividad del tratamiento mediante el uso de un
espectrofotómetro, para medir la absorbancia del agua tratada.
Problema de investigación:
La contaminación industrial a menudo puede significar productos químicos
peligrosos fuera de control. Las descargas o emisiones provienen de fugas de
fabricación de los procesos de producción, se escapan mientras se usa el
producto, o se emiten después de tirar el producto como basura. Muchos de los
productos químicos que se producen cuando se fabrican productos tienen
propiedades peligrosas intrínsecas. Podrían hacerse a propósito o
involuntariamente, pero la mayoría nunca ocurriría naturalmente. Los productos
químicos peligrosos no pueden manejarse lo suficientemente bien con técnicas de
"fin de tubería", incluidas las plantas de tratamiento de aguas residuales
comunes. Y muchos pueden hacer daño durante mucho tiempo y lejos de su
origen. Pueden viajar largas distancias y acumularse a lo largo de las cadenas
alimentarias, lo que finalmente envenena nuestro propio suministro de alimentos.
Se creó un tratamiento de remoción del colorante en aguas residuales de la
industria textil a base de Materia orgánica previamente hervida (opuntia sp, agave
tequilana, solanum tuberosum, Sechium edule y raphanus sativus). ¿Cómo lograr
remover colorantes textiles en el agua? ¿Cuál es la materia orgánica más
eficiente? Conocemos las propiedades de a materia orgánica, los cuales tienen
fibras solubles e insolubles, por lo que podemos usar como biosorbente; para
remover el colorante en el agua residual textil.
Hipótesis
Si conocemos las propiedades de un agua residual de industria textil, donde tienen
colorantes tipo azo, entonces podemos ocupar un método para degradar el
colorante de manera orgánica.
Metodología
1. Obtención de colorantes
· Azul mezclilla (659)
· Rojo escarlata (604)
· Castaño Oscuro (626)
· Rosa Mexicano (613)
2. Pesar 6 gr de cada colorante textil (mariposa)
3. Mezclar los 4 colorantes con 1000 ml de agua destilada para generar la
simulación de agua residual.
4. Obtención y reducción de opuntia sp, agave tequilana, solanum tuberosum,
Sechium edule y raphanus sativus (materia orgánica).
5. Calentar toda la materia orgánica con 500 ml de agua destilada
6. Establecer unas series de muestras donde se mantiene una simulación de 100
ml y variar las cantidades de materia orgánica de 10gr, empezando en 25gr hasta
40gr.
7. Se almaceno en un cuarto aislado para evitar contacto con la luz solar.
8. Se proporcionó un tiempo de 3 semanas para la biosorción del colorante.
9. Se analizaron las muestras utilizando el espectrofotómetro UV/VIS Modelo
Lambda 40 Marca PerkinElmer de Docencia del departamento de Ciencias
Básicas
e Ingeniería (CBI) de la UAM-X
10. Se filtró agua sin colorante y los lodos orgánicos con olor tipo azo.
Resultados
Los resultados indican que la muestra con mayor eficiencia fueron las
proporciones 30g/100ml, ya que utilizando el espectrofotómetro arrojó un resultado
de -2.665abs lo cual significa que la biosorción fue positiva. En los resultados
obtenidos realizamos distintas concentraciones, ocupando una simulación de agua
residual (agua destilada-colorante), elaborando grupos con diferentes
concentraciones de nopal, agave, rábano y chayote (previamente hervidos),
permaneciendo en 100 ml de agua residual 25 gr, 30 gr, 35 gr, y 40 gr toda la
materia orgánica.
Tabla 1. Absorbancia obtenida con cada una de las muestras de materia orgánica utilizada.
20 g/100 ml 25 g/100ml 30 g/100ml 35 g/100 ml 40 g/100ml
BLANCO 1/20= 1.04 x 20 = 21.88 absorbancia
NOPAL - -0.001 abs 0.248 abs 1.273 abs 1.451 abs
0.33 g/100
ml
0.43 g/100 ml 0.53 g/100 ml 0.63 g/100 ml
MAGUEY 1/10= -0.716
abs
0.716 abs 1/10= -0.994
abs
1/10= -0.945
abs
20 g/100 ml 25 g/100ml 30 g/100ml 35 g/100 ml 40 g/100ml
PAPA H -1.823 abs -2.665 abs 0.001 abs -2.184 abs
PAPA 1/10= 1.159 abs 1.663 abs 1/10= 0.282
abs
1.070 abs
RABANO 0.594 abs 0.086 abs 2.239 abs -0.281 abs
CHAYOTE 1.717 abs 1/10=
-0.147
0.927 abs 1/10= -0.350 3.385 abs
20 g/100 ml 25’ g/100ml 30’ g/100ml 35’ g/100 ml 40’ g/100ml
CHAYOTE -0.038 abs -0.442 abs -0.370 abs 0.589 abs
Figura 2 Primera semana agave tequiliana
Análisis de resultados:
Basándonos en la gráfica que se muestra a continuación se pudo comprobar que
la eficacia de la papa hervida fue mayor a los resultados que se obtuvieron de la
demás materia orgánica que se ocupó, si seguimos los datos de la gráfica., la
papa hervida nos arroja que la absorbancia fue de -12.43 abs. Se pudo comprobar
que al tener un resultado negativo mayor absorbancia se tendrá por lo que la
concentración de agua disminuyó.
Gráfica 1. Absorbancia de las muestras de los grupos experimentales en función de la
concentración C (g/ml)
Conclusiones
Nos dimos cuenta que la proporción más eficaz fue de papa hervida con
30g/100ml. También pudimos observar que las muestras transparentes no indican
resultados eficaces. Además, tenemos pensado en un futuro, ocupar la materia
orgánica sobrante para producir papel a partir de la celulosa que este genere.
Fichas bibliográficas
● Anjaneyulu Y., Sreedhara-Chary N. y Suman-Raj S., 2005. Decolourization
of industrial effluents – available methods and emerging technologies – a
review. Rev. Environ. Sci. Technol., 4, 245–273.
● Chung K.T. y Stevens S.E.J., 1993. Decolourisation of azo dyes by
environmental microorganisms and helminthes. Environ. Toxicol. Chem., 12,
2121–2132.
● De Moraes S.G., Freire R.S. y Duran N., 2000. Degradation and toxicity
reduction of textile effluent by combined photocatalytic and ozonation
processes. Chemosphere, 40, 369-373.
● Dias A.D., Sampaio A. y Bezerra R.M., 2007. Environmental applications of
fungal and plant systems: decolourisation of textile wastewater and related
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S.N. yTripathi R.D.) Springer Berlin Heidelberg, 445-463.
● Kuhad R.C., Sood N., Tripathi K.K., Singh A. y Ward O.P., 2004.
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