Tratamiento de un agua residual textil contaminada con colorante negro ácido 194 mediante un proceso Electro-Fenton

Abstract

La industria textil en Colombia ha sido crucial para la economía y la sociedad, aportando cerca del 8% del PIB manufacturero y el 0.9% del PIB nacional. Si bien el papel de esta industria es relevante para la economía, esta genera diferentes tipos de residuos durante el proceso de transformación textil, en donde se destacan los efluentes líquidos generados en la etapa de teñido. Estos efluentes presentan una alta carga contaminante (DQO > 400 mg/L y 41330 unidades Pt-Co), principalmente por la presencia de colorante no fijado a la fibra textil y algunos compuestos asociados a este (cromo y cloruros). El tratamiento y disposición final de este tipo de efluentes sobre cuerpos de agua genera un desafío ambiental (dado que dichos efluentes presentan características tóxicas, carcinógenas, mutagénicas y genotóxicas para diversos organismos) y económico notable. Esta tesis de Maestría en Ingeniería – Ingeniería Química evaluó la capacidad del esquema secuencial coagulación-floculación Electro-Fenton en términos de la degradación de la materia orgánica (cuantificada como DQO y COT) contenida en un agua residual industrial proveniente de la etapa de teñido con el colorante negro ácido 194. A partir de las características fisicoquímicas del efluente coagulado floculado bajo condiciones óptimas se realizó una: (i) identificación de los intervalos de operación para tres procesos Electro-Fenton de celda no dividida; (ii) la selección del proceso Electro-Fenton de mejor desempeño económico y ambiental; y (iii) la optimización de las condiciones de operación mediante la metodología de superficie de respuesta y una optimización multiobjetivo. El proceso Electro-Fenton operado bajo las condiciones óptimas de operación identificadas (j = 8.67 mA/cm2, FH2O2 = 4.89 mg/min, y σ = 5.8 mS/cm) durante un tiempo de 75 minutos permitieron alcanzar una remoción de DQO y COT del 87.0% y 74.2%, respectivamente, con un costo operacional de 4.4 UDSD/m3. De esta forma, la implementación del esquema secuencial coagulación-floculación Electro-Fenton para el tratamiento de un efluente residual industrial contaminado con colorante negro ácido 194 permitió lograr una remoción del 94.9% del DQO, 90.7% del COT, 99.7% de la coloración, disminuir completamente la toxicidad del efluente, a un costo total de operación de 10.4 USD/m3, cumpliendo con los limites estipulados por la normativa ambiental nacional vigente (Texto tomado de la fuente).

The textile industry in Colombia has been crucial for the economy and society, contributing around 8% of the manufacturing GDP and 0.9% of the national GDP. While the role of this industry is relevant to the economy, it generates different types of waste during the textile transformation process, with liquid effluents generated during the dyeing stage standing out. These effluents present a high pollutant load (COD > 400 mg/L and 41330 Pt-Co units), mainly due to the presence of dye not fixed to the textile fiber and some compounds associated with it (chromium and chlorides). The treatment and final disposal of this type of effluent into water bodies pose a significant environmental challenge (since these effluents have toxic, carcinogenic, mutagenic, and genotoxic characteristics for various organisms) and a notable economic burden. This Master's thesis in Engineering – Chemical Engineering evaluated the capacity of the sequential coagulation-flocculation Electro-Fenton scheme in terms of the degradation of organic matter (quantified as COD and TOC) contained in an industrial wastewater originating from the dyeing stage using acid black 194 dye. Based on the physicochemical characteristics of the coagulated flocculated effluent under optimal conditions, the following were performed: (i) identification of the operating ranges for three non-divided cell Electro-Fenton processes; (ii) selection of the Electro-Fenton process with the best economic and environmental performance; and (iii) optimization of the operating conditions using response surface methodology and multi-objective optimization. The Electro-Fenton process operated under the identified optimal operating conditions (j = 8.67 mA/cm², FH2O2 = 4.89 mg/min, and σ = 5.8 mS/cm) for 75 minutes achieved COD and TOC removal rates of 87.0% and 74.2%, respectively, with an operational cost of 4.4 USD/m³. Thus, the implementation of the sequential coagulation-flocculation Electro-Fenton scheme for treating industrial wastewater contaminated with acid black 194 dye achieved a 94.9% COD removal, 90.7% TOC removal, 99.7% color removal, eliminated the effluent’s toxicity, and had a total operational cost of 10.4 USD/m³, meeting the limits stipulated by the current national environmental regulations.