Tratamiento de efluente textil real aplicando tecnologías amigables con el medioambiente

Abstract

Las industrias textiles han presentado notables problemas medioambientales vinculados principalmente al uso y la gestión del recurso hídrico, siendo sus aguas residuales una de las más contaminantes de los sectores industriales. Estos efluentes contienen compuestos orgánicos resistentes a los procesos biológicos y químicos convencionales requiriendo tratamientos especiales. La tendencia actual va encaminada hacia la implementación de tecnologías de remediación eficaces que logren alcanzar un nivel de degradación suficiente como para reutilizar las aguas tratadas y reducir el consumo de dicho recurso. En este contexto, las Tecnologías Avanzadas de Oxidación (TAOs) están siendo aplicadas en la actualidad para degradar efluentes no biodegradables, mediante el ataque de radicales HO• de forma no selectiva, transformándolo en sustancias más biodegradables y menos tóxicas. Este trabajo se basa en la degradación de un efluente textil real mediante la aplicación de diferentes TAOs utilizando irradiación de luz UV (254 nm), fuente de hierro (LAC: Lana de Acero Comercial) y oxidante (H2O2) en todas las combinaciones posibles como fotólisis UV, UV/H2O2, LAC/H2O2 y UV/H2O2/LAC. El efluente textil real proviene de una industria dedicada al teñido y acabado de prendas, en su mayoría Jeans Denim, ubicada en el centro de la provincia de Buenos Aires. Por medio de Microscopia Electrónica de Barrido (SEM/EDX) y difracción de Rayos X se ha caracterizado la LAC antes y después de ser usada en el tratamiento de degradación de los contaminantes presentes en el efluente. Mediante un diseño de cribado o screening se buscó identificar y evaluar la significancia de las variables operativas (cantidad de LAC, concentración de H2O2, intensidad de luz irradiada, temperatura y agitación) sobre la reducción de DQO (%) (Demanda Química de Oxigeno) a fin de lograr la mayor degradación del efluente textil real. Las variables más significativas resultaron ser la cantidad de LAC, la concentración de H2O2 y la temperatura, por lo tanto el proceso de degradación más efectivo para este sistema es LAC/H2O2. Una vez que se determinaron las variables significativas se realizó el modelado a partir de la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR) basado en el Diseño Compuesto Central (DCC) para determinar los valores óptimos y sus efectos sobre el tratamiento del efluente textil. Las condiciones óptimas de operación obtenidas fueron 0,247 g L-1 de LAC, 0,037 mol L-1 de H2O2 y una temperatura de 15,5 °C, la reducción de DQO (%) alcanzada en esas condiciones fue de 88,34 %. A partir del óptimo encontrado con el modelo de degradación se realizó el estudio cinético obteniendo los valores de la kdeg a diferentes temperaturas. Por medio de ensayos en escala piloto se pudo obtener la eficiencia relacionada al cambio de escala ( = 0,74) y se verificaron las condiciones óptimas encontradas en escala laboratorio. En escala piloto se realizaron a su vez configuraciones con mejoras y disposiciones de los reactivos más aplicables en escala industrial, como lo es la LAC compacta en forma de lecho y H2O2 adicionado en pulsos. Se realizó un estudio de toxicidad (sobre lechuga y rabanito) del efluente antes y después del tratamiento, obteniendo como resultado que el efluente luego del tratamiento no es tóxico, sino que potencia el crecimiento de las especies estudiadas. Debido a que esta empresa utiliza grandes cantidades de agua en sus procesos (250 m3 por día), se realizó la caracterización del efluente tratado y su optimización, logrando minimizar un 98,6 % el caudal del agua de vertido y minimizando a la vez el consumo de agua de proceso (agua de red y de pozo). A su vez se evaluó el reúso de LAC para varios ciclos de tratamiento de degradación y la eficiencia de utilizar como alternativa a la LAC un residuo metalúrgico (como fuente de hierro) proveniente de una industria dedicada a la tornería de la Ciudad de Olavarría. A su vez se diseñaron los equipos que conforman el sistema de tratamiento en escala industrial acoplándolo al existente en dicha empresa, realizando un estudio de factibilidad técnico-económico y ambiental de dicho tratamiento.

The textile industries have presented notable environmental problems related to the use and management of water resource, because their wastewater is one of the most pollutants of all industries. These effluents contain organic compounds that are resistant to the biological and chemical conventional processes so they require special treatments. The current trend is aimed at the implementation of recovery technologies that reach a level of degradation sufficient to reuse the treated water and reduce the consumption of the resource. In this context, Advanced Oxidation Technologies (AOTs) are being applied to the treatment of non-biodegradable effluents. The AOTs allow the degradation of these compounds in a non-selective way by the attack of OH• radicals, transforming the present substances in more biodegradable and less toxic . This work is based on the degradation of a real textile effluent through the application of different AOTs using UV light irradiation (254 nm), iron source (CSW: Commercial Steel Wool) and an oxidant agent (H2O2) in all possible combinations. In this sense, the AOTs evaluated were photolysis UV, UV/H2O2, CSW/H2O2 and UV/H2O2/CSW. The real textile effluent is produce by an industry located in Buenos Aires province, dedicated to the dyeing and finishing of clothes, mostly Jeans Denim. The CSW employed has been characterized before and after the degradation treatment by Scanning Electron Microscopy (SEM / EDX) and X-Rays Diffraction technique. The significance of different factors (oxidant concentration (H2O2), amount of SCW used, intensity of irradiated light, agitation and temperature) was evaluated by a statistical screening design looking for the reduction of total chemical oxygen demand (COD) of effluent. The most significant variables found were the amount of CSW, the concentration of H2O2 and the temperature, therefore the most effective degradation process for this system is CSW/H2O2. These significant variables were adjusted with a model optimized by the Response Surface Methodology (RSM) based on the Central Composite Design (CCD) to determine the optimal values and their effects on the textile effluent treatment. The optimal operating conditions obtained were 0.247 g L-1 of CSW, 0.037 mol L-1 of H2O2 and 15.5 ° C. The reduction of COD (%) in these conditions was 88.34 %. The kinetic study was made controling the optimal values found with the degradation model, obtaining the values of the kdeg at different temperatures. The optimal conditions found in laboratory scale were verified in pilot scale, obtaining an efficiency related to the scale change (ε = 0.74). Also, in pilot scale were evaluated different configurations, as the compact packaging of CSW and the addition of H2O2 in pulses. Phytotoxicity was evaluated before and after treatment of the effluent, detecting that the effluent after the treatment is not toxic for the studied species. The industry uses a large amount of water in its processes (250 m3 per day). The optimization of a reuse system of the treated effluent was carried out, minimizing the consumption of water in the process (98.6 %). Also, it was evaluated the reuse of CSW in different cycles of degradation treatment and the use of a metallurgical waste as an alternative source of iron. The equipment required for the treatment system on an industrial scale was designed and it was carried out a technical-economic and environmental feasibility study.