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TRATAMIENTO ECOSOSTENIBLE PARA AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL

RESUMEN

La industria textil mexicana, como parte de su proceso genera agua residual que es desechada hacia ríos y lagos, contaminándolos ya que contiene disueltos diversos colorantes de tipo “azo”, contaminando estos mantos acuíferos, generando toxicidad acuática, volviéndolos irreutilizables. Si se logra precipitar el colorante contenido en el agua residual de las industrias textiles mexicanas, entonces habremos hallado un método de purificación de agua. Nuestra hipótesis es: Si se logra precipitar el colorante contenido en el agua residual de las industrias textiles mexicanas utilizando un material ecosostenible, entonces habremos hallado un método de purificación de agua. Los objetivos son: Encontrar un método ecosostenible para la precipitación del colorante tipo “azo” de las aguas residuales. Encontrar un uso al colorante precipitado logrando algún tipo de remuneración económica. 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. El tratamiento de aguas residuales de la industria textil es un problema ambiental al que se le ha dado atención, ya que muchos colorantes y aditivos textiles son tóxicos y no biodegradables y, en consecuencia, son descargados a canales y ríos, permaneciendo en el ambiente. 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), y el resto en el teñido de papel, cuero, alimentos y otros. El colorante textil sin tratar en las aguas residuales es perjudicial para las capacidades reproductivas de la mayoría de los animales que entran en contacto con ella.

PALABRAS CLAVE

Lirio Acuático; Hoja Elegante; Colorante “azo”

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La industria textil mexicana, como parte de su proceso genera agua residual que es desechada hacia ríos y lagos, contaminándolos ya que contiene disueltos diversos colorantes de tipo “azo”, contaminando estos mantos acuíferos, generando toxicidad acuática, volviéndolos imposibles de reutilizar.

HIPÓTESIS

Si se logra precipitar el colorante contenido en el agua residual de las industrias textiles mexicanas utilizando un material orgánico, entonces habremos hallado un método de purificación de agua ecosostenible.

MARCO TEÓRICO

a) 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.

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), y el resto en el teñido de papel, cuero, alimentos y otros.

b) 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.

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. Tabla mostrando la cantidad de agua y concentración de color generadas por las

diversas industrias.

c) 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+.

d) Manejo de desechos de las industrias textiles mexicanas

El tratamiento de aguas residuales de la industria textil es un problema ambiental al que se le ha dado atención, ya que muchos colorantes y aditivos textiles son tóxicos y no biodegradables y, en consecuencia, son descargados a canales y ríos, permaneciendo en el ambiente. Para su tratamiento existen procesos físicos, químicos y biológicos, que pueden ser aplicados para remover colorantes de las aguas residuales. Cada método

Tabla 2. Tabla mostrando datos de pH, sólidos suspendidos, sólidos totales, oxígeno disuelto,

DBO, DQO en el agua residuales de la industria textil.

Imagen 1. Formula química del colorante

“azo”, resaltando en rojo el enlace π

entre dos moléculas de nitrógeno.

tiene sus limitaciones técnicas y económicas. Se ha reportado que el uso de un solo proceso no es eficiente para la degradación del color y la mineralización de los compuestos que se forman.

Los procesos biológicos han sido considerados como alternativas efectivas para el tratamiento de efluentes coloreados

Efectos al medio ambiente de los desechos de las industrias textiles mexicanas

El impacto ambiental que causa este sector es variado, pero el color es el primer signo contaminante que se observa en sus aguas residuales, provocando reducción de la transparencia y disminución del oxígeno disuelto, lo que dificulta la función fotosintética de las plantas.

e) Xanthosoma saggitifolium

Xanthosoma es un género de cerca de 50 especies de plantas tropicales y subtropicales de la familia Araceae. Son todas nativas de América. Varias especies son cultivadas por sus cormos ricos en almidón, y son una importante fuente de alimento en varias regiones. Son conocidas como mafafa, otoe, malanga, cocoñame, ocumo, bore, yautía, chonque, macabo, rascadera, quequisque y tania.

Otras especies (especialmente X. roseum) son utilizadas como plantas ornamentales, y popularmente se les conoce como hoja elegante por sus lustrosas y grandes hojas, u oreja de elefante por cierto parecido de la gran hoja con la oreja del elefante. Otra variedad de esta especie tiene las hojas rasgadas, pero con sus partes unidas en el filo de la hoja, y es llamada costilla de Adán.

f) Espectrofotómetro.

Se trata de un aparato óptico que permite hacer atravesar una muestra traslúcida por un haz de luz monocromática, la que luego es detectada y cuantificada por un sensor y una electrónica adecuada, la frecuencia de la luz puede ser variada ya que dispone de una red de difracción. Esto permite conocer los espectros de absorción de líquidos coloreados y además se puede medir concentración de distintos metabolitos. De hecho,

Imagen 2. Planta

Xanthosoma sagittofolium.

estos instrumentos se usan a diario en química clínica para determinaciones de la concentración de distintos compuestos de la sangre (colesterol, glucosa etc.) además la actividad de enzimas en el área de investigación.

g) Lirio Acuático

Tallo vegetativo sumamente corto; hojas en rosetas, ascendentes a extendidas; pecíolos cortos, hinchados (bulbosos), con tejido aerenquimatoso; con dimorfismo foliar al crecer agrupadas: hojas puramente ascendentes y pecíolos elongados y menos hinchados; láminas de 2 a 16 cm. Inflorescencia: espiga; flores azules a celestes, y una mancha amarilla en el lóbulo superior del perianto; fruto: cápsula de 1,5 cm. Además de salvaje, Eichhornia crassipes se cultiva en jardines de agua y en fuentes; es la única especie de su género estrictamente flotante. Está incluido en la lista 100 de las especies exóticas invasoras más dañinas del mundo de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza. Habita en cuerpos de agua dulce como los son: ríos, lagos, charcas y embalses de los trópicos y subtrópicos localizados a latitudes no mayores de 40°N y 45°S. Temperaturas menores de 0 afectan su crecimiento al igual que alta salinidad. Sin embargo, cuerpos de agua eutroficados que contienen niveles altos de nitrógeno, fósforo, potasio al igual que aguas contaminada con metales pesados como cobre y plomo no limitan su crecimiento ya que puede anclarse y enraizar en suelos saturados de agua por un corto periodo.

OBJETIVOS

Generales

Crear una solución al problema contaminante de las industrias textiles mexicanas.

Específicos

Identificar si la planta Xanthosoma saggitifolium tiene las propiedades para degradar el colorante de las aguas residuales de las industrias textiles mexicanas.

Imagen 3.

Espectrofotómetro

Imagen 4.

Lirio Acuático

Identificar si el Lirio Acuático tiene las propiedades para degradar el colorante de las aguas residuales de las industrias textiles mexicanas.

Ubicar el mejor método ecosostenible de tratamiento de agua residual textil. Ubicar un uso para los lodos resultantes del tratamiento.

PLAN DE INVESTIGACIÓN

Teórico-experimental

MATERIAL

Bandejas Tubos de ensayo Vaso de precipitados Agitador Colorante tipo “azo”, marca comercial Caballito Hojas de Xanthosoma Sagitifollium Lirio acuático extraído de la Reserva Nacional Xochimilco Licuadora Fécula de Maíz, marca comercial Maizena Isofotómetro Mechero de Bunsen Bascula granataria

EXPERIMENTACION

# Experimentación Material

1

Se investigó sobre la industria textil en México y sus efectos sobre el ecosistema, se identificó el colorante tipo “azo” como el contaminante principal, se investigaron sus características y se propusieron como métodos de purificación la planta Xanthosoma sagittofolium y el Lirio Acuático.

Bibliografía en línea

2

Se compraron dos especímenes de la planta Xanthosoma sagittofolium y Lirio Acuático de la Reserva Nacional de Xochimilco. Se compraron colorantes tipo “azo” de diferentes colores.

N/a

3

Se realizó un experimento para identificar la efectividad de ambos métodos. (Ver resultados Experimento 1) Comprobándose la efectividad de ambos procedimientos.

Agua de la llave Colorantes tipo “azo” Xanthosoma

sagittofolium molido Lirio acuático molido

4

Se investigó la concentración promedio de colorante en el agua residual de la industria textil (Ver Tabla 2),

Bibliografía en línea

5

Se realizaron experimentos en grupos de 5 para cada método propuesto, así como un grupo control de agua con colorante. (Ver resultados Experimento 2) Se midió la concentración del colorante utilizando un espectrofotómetro.

Tubos de ensayo Agua de la llave Colorantes tipo “azo” Xanthosoma

sagittofolium molido Lirio acuático molido Espectrofotómetro

6

Se realizó una comparación entre los diversos grupos experimentales, especialmente entre los que contenían Xanthosoma sagittofolium y los que contenían Lirio Acuático. (Ver resultados Tabla Comparativa) Se propusieron usos para los lodos resultantes.

Resultados de la experimentación 2.

7

Se experimentó con los métodos de tratamiento para los lodos. Ubicándose los usos viables. (Ver resultados Experimento 3) Se llevó a cabo la realización del proceso final detallado.

Lodos residuales Fécula de maíz

PROCEDIMIENTO

a) Experimento 1

1.- Se hizo una muestra de agua con colorante a una concentración de 150mg en 100ml de agua de la llave, y se agregaron 50ml a dos tubos de ensaye (“A” y “B”).

2.- Se molieron 20 g de lirio acuático y se agregaron al tubo de ensayo “A”.

3.- Se molieron 20 g de Hoja Elegante y se agregaron al tubo de ensayo “B”.

4.- Se dejaron reposar los tubos de ensayo “A” y “B” por 48 horas y se tomaron resultados.

b) Experimento 2

1.- Se hizo una muestra de agua con colorante a una concentración de 3 gramos en 2 litros de agua de la llave, y se agregaron 50ml a 45 tubos de ensayo divididos en los siguientes grupos.

# Nombre del Grupo Número de Tubos

Tratamiento Aplicado

1 Grupo Control 5 Ningún tratamiento aplicado 2 Grupo Hoja Elegante 1 5 Tratamiento de Hoja Elegante 3 Grupo Hoja Elegante 2 5 Tratamiento de Hoja Elegante 2 aplicaciones 4 Grupo Hoja Elegante 3 5 Tratamiento de Hoja Elegante Hervido 5 Grupo Hoja Elegante 4

5 Tratamiento de Hoja Elegante Hervido 2 aplicaciones

6 Grupo Lirio Acuático 1 5 Tratamiento de Lirio Acuático 7 Grupo Lirio Acuático 2 5 Tratamiento de Lirio Acuático 2 aplicaciones 8 Grupo Lirio Acuático 3 5 Tratamiento de Lirio Acuático Hervido 9 Grupo Lirio Acuático 4

5 Tratamiento de Lirio Acuático Hervido 2 aplicaciones

2.- Se molieron 100 g de hoja elegante y se agregaron 5g a los tubos de ensayo de los grupos Hoja Elegante 1, Hoja Elegante 2, Hoja Elegante 3 y Hoja Elegante 4

3.- Se molieron 100 g de lirio acuático y se agregaron 5g a los tubos de ensayo de los grupos Lirio Acuático 1, Lirio Acuático 2, Lirio Acuático 3 y Lirio Acuático 4

4.- Se dejaron reposar todos los grupos 48 horas.

5.- A los grupos Hoja Elegante 2, Hoja Elegante 4, Lirio Acuático 2 y Lirio Acuático

c) Tabla comparativa

Tabla 3. Tabla mostrando los grupos experimentales del segundo experimento.

1.-Se realizó una tabla comparando los mejores resultados de cada tratamiento contra los del grupo control.

d) Experimento 3

1.-Se utilizaron los lodos resultantes de ambos experimentos por separado, mezclándolos con fécula de maíz

2.-Se dejaron secar 24 hrs, en forma de placas.

3.- Se formaron placas aislantes, se midió el cambio de temperatura de 100ml de agua para comprobar la efectividad como aislante.

RESULTADOS

a) Experimento 1

Hoja Elegante Lirio Acuático

Muestra de 50ml de agua con 0.75g de colorante, aplicando tratamiento

con base en Hoja Elegante.

Muestra de 50ml de agua con 0.75g de colorante, aplicando tratamiento

con base en Lirio Acuática. Se puede observar la efectividad del método a la semana de la aplicación.

Se puede observar la efectividad del método a la semana de la aplicación.

b) Experimento 2

# Nombre del Grupo

Tratamiento Aplicado Resultados

1 Grupo Control Ningún tratamiento aplicado Mantuvo su color sin cambios por el transcurso del experimento.

2 Grupo Hoja Elegante 1

Tratamiento de Hoja Elegante Agua Parcialmente Transparente con residuo orgánico


Tratamiento de Hoja Elegante 2 aplicaciones

Agua Parcialmente Transparente con residuo orgánico


Tratamiento de Hoja Elegante Hervido



Tratamiento de Hoja Elegante Hervido 2 aplicaciones


6 Grupo Lirio Acuático 1

Tratamiento de Lirio Acuático Agua Parcialmente Transparente


Tratamiento de Lirio Acuático 2 aplicaciones

Agua Parcialmente Transparente


Tratamiento de Lirio Acuático Hervido



Tratamiento de Lirio Acuático Hervido 2 aplicaciones


c) Tabla Comparativa

Grupo Control Hoja Elegante Lirio Acuático

Se mantuvo el color durante el proceso y no hubo cambios

Se obtuvo agua sin colorante, con color verde producto de la materia orgánica.

Se obtuvo agua casi cristalina

Grupo Control Grupo Hoja Elegante 4. Tratamiento de Hoja Elegante Hervido 2 aplicaciones

Grupo Lirio Acuático 4. Tratamiento de Lirio Acuático Hervido 2 aplicaciones

d) Experimento 3

Hoja Elegante Lirio Acuático

No se lograron placas debido a que no tuvieron la consistencia correcta.

Se lograron capas de lirio acuático, que demostraron gran resistencia al contacto con el fuego.

ANALISIS DE RESULTADOS

Se logró un método eficiente en calidad de Eco sostenible de purificación de agua utilizando materia orgánica, (Lirio Acuático y Hoja Elegante), logrando la absorción del colorante contenido en el agua residual.

A partir de los resultados obtenidos utilizando diversos métodos de aplicación, se puede observar que el método cuyos resultados fueron más satisfactorios son los correspondientes al Grupo experimental 9 (Tratamiento de Lirio Acuático Hervido 2 aplicaciones), que consistió en aplicar en dos ocasiones con una semana de separación soluciones de lirio molido hervido. Proceso del cual se generaron lodos producto, que fueron tratados con fécula de maíz, y dejadas a secar, formaron capas con potencial de aislante de temperatura, generando un producto vendible, para lograr solventar los gastos de tratamiento del agua.

CONCLUSION

Concluimos en base a la experimentación y al análisis de nuestros resultados que ambas plantas (Lirio Acuático y Hoja Elegante) tienen propiedad de absorción de colorante tipo “azo”, tal que, al ser agregadas al agua residual de industria textil, por un periodo prolongado (1 semana) logra separar el colorante del agua, produciendo lodos, que al ser separados del agua logramos un método eco sostenible de purificación de agua residual de industria textil.

El proceso tiene la calidad de eco sostenible gracias a que las sustancias utilizadas en el proceso (Lirio Acuático y Hoja Elegante), son materia orgánica 100% biodegradable y no se utiliza ningún químico agregado.

El lirio acuático tiene la ventaja de que es planta considerada plaga que actualmente amenaza el ecosistema de la reserva nacional del Parque Ecológico de Xochimilco, presentando la ventaja no solo de ser útil para la purificación de agua sino también para la eliminación de esta plaga.

Los lodos resultantes de nuestro proceso al ser tratados con fécula de maíz y deshidratación solar en un lapso de 48 hrs. producen una solución sólida con características de aislante de temperatura, que pudieran ser comercializadas con el afán de recuperación de gastos producidos por el tratamiento.

REFERENCIAS

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[5] Van der Zee, F.P. and Villaverde, S. Combined anaerobic-aerobic treatment of azo dyes – a short review of bioreactor studies. Water Resource. Vol. 39, 2005, pp. 1425-1440.

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[7] 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.

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