Fotocatálisis heterogénea para el tratamiento de aguas residuales generadas en el baño del ganado

Arnulfo Estrada-Martínez; José Ortega-Ruiz; Iván David Urango Cardenas; German Enamorado-Montes; José Marrugo-Negrete

doi:10.22490/21456453.2683

Vol. 10 Núm. 2 (2019)

Publicado 19-06-2019

Licencia

Cuando RIAA recibe la postulación de un original por parte de su autor, ya sea a través de correo electrónico o postal, considera que puede publicarse en formatos físicos y/o electrónicos y facilitar su inclusión en bases de datos, hemerotecas y demás sistemas y procesos de indexación. RIAA autoriza la reproducción y citación del material de la revista, siempre y cuando se indique de manera explícita el nombre de la revista, los autores, el título del artículo, volumen, número y páginas. Las ideas y conceptos expresados en los artículos son responsabilidad de los autores y en ningún caso reflejan las políticas institucionales de la UNAD

Área Ambiental

Fotocatálisis heterogénea para el tratamiento de aguas residuales generadas en el baño del ganado

DOI: https://doi.org/10.22490/21456453.2683

Arnulfo Estrada-Martínez Universidad de Córdoba

José Ortega-Ruiz Universidad de Córdoba

Iván David Urango Cardenas Universidad de Córdoba

German Enamorado-Montes Universidad de Córdoba

José Marrugo-Negrete Universidad de Córdoba

PDF

HTML

XML

Resumen
Referencias

Las actividades ganaderas además de utilizar grandes volúmenes de agua, generan una alta carga de contaminantes, especialmente de tipo orgánico, los cuales llegan directamente a las fuentes de agua natural alterando la calidad de las mismas. Debido a lo anterior el objetivo del siguiente trabajo fue encontrar las condiciones óptimas de operación de un sistema de fotocatálisis heterogénea con TiO₂ mediada con luz solar para el tratamiento de aguas residuales provenientes del baño de ganado; para ello se especificaron dos niveles de pH (5.0 y 7.0) y dos niveles de concentración de TiO₂(0.4 y 0.6 g/L). En cada tratamiento, se recircularon 40 L del agua residual en un colector parabólico compuesto solar durante 240 minutos. La eficiencia del sistema y la cinética de degradación se determinaron en términos de la demanda química de oxígeno (DQO). Las remociones de DQO en los tratamientos fueron mayores al 50%, mientras que el diseño experimental Taguchi y la mejor relación señal/ruido (R_S/R) mostraron que las condiciones óptimas de operación se obtienen para un pH igual a 5.0 y una concentración de TiO₂ de 0.6 g/L alcanzando remociones del 83.2%_.La cinética de degradación fue de primer orden con mayores velocidades de reacción para las mayores cantidades de UV acumulada (>142.9 W·h/m²). Por lo tanto, la fotocatálisis heterogénea con TiO₂ mediada por luz solar resulta ser un tratamiento viable para la remoción de contaminantes de tipo orgánico en efluentes afectados por el desarrollo de actividades ganaderas.

Palabras clave: Contaminantes Orgánicos, Ganadería, Tratamiento del agua, Fotocatálisis heterogénea

American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA), Water Environmental Federation (WEF). Standart Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st ed., Maryland, Port City Press, 2005.

Affam A. y Chaudhuri, M. Degradation of pesticides chlorpyrifos, cypermethrin and chlorothalonil in aqueous solution by TiO2 photocatalysis. Journal of Environmental Management, volumen 130, 2013: 160-165.

Arroyave J.A. y Garcés L.F. Evaluación de la degradación del pesticida Mertect empleando procesos avanzados de oxidación (PAO). Producción + Limpia, volumen 6 (número 2) , 2011: 9-18.

Asenjo N., Santamaría R., Blanco C., Granda M., Álvarez P., Menéndes R. Correct use of the Langmuir–Hinshelwood equation for proving the absence of a synergy effect in the photocatalytic degradation of phenol on a suspended mixture of titania and activated carbon. Carbon, Volume 55, 2013: 62-69.

Barrios Barrios J., Yepez Montes J. Evaluación del modelo de la cinética de degradación fotocatalítica solar en un reactor CPC de un pesticida usado en el baño de ganado. Trabajo de Grado Programa de Ingenieria Quimica - Universidad De Cartagena, 2010: 66.

Carvalho P., Araujo J., Mucha A., Basto M., Almeida C. Potential of constructed wetlands microcosms for the removal of veterinary pharmaceuticals from livestock wastewater. Bioresource Technology, volumen 134, 2013: 412-416.

Colina-Marquez J., Machuca-Martinez F., Puma G. Photocatalytic Mineralization of Commercial Herbicides in a Pilot-Scale Solar CPC Reactor: Photoreactor Modeling and Reaction Kinetics Constants Independent of Radiation Field. Environmental Science & Technology, volumen 43 (número 23), 2009: 8953-8960.

Colina-Márquez J. y Castilla-Caballero D. Mineralización fotocatalítica de agua residual contaminada con dicloxacilina comercial en un reactor solar CPC a escala piloto. Ingeniería y Competitividad, volumen 15 (número 1), 2013: 161-169.

da Silva S., Klauck C., Siqueira M., Bernardes A. Degradation of the commercial surfactant nonylphenol ethoxylate by advanced oxidation processes. Journal of Hazardous Materials, volumen 282, 2015: 241-248.

Dasary S., Saloni J., Fletcher A., Anjaneyulu Y., Yu H. Photodegradation of Selected PCBs in the Presence of Nano-TiO2 as Catalyst and H2O2 as an Oxidant. International Journal of Environmental Research and Public Health, volumen 7 (número 11), 2010: 3987-4001.

Durango J, Urango I, Pinedo J, Burgos S, Estrada A, Ortega J, Taboada R, Figueroa J, Marrugo J, Enamorado G. Evaluación un filtro lenta de arena, de tipo descendente-ascendente, para el tratamiento de efluentes ganaderos contaminados con cipermetrina, en Memorias VII Seminario Internacional de Gestión Ambiental y II Seminario de Ciencias Ambientales Sue-Caribe, Santa Marta, Colombia, 2014 [consulta, 12 de noviembre de 2014]. Disponible en: http://maestriaambiental.com/maestria/seminarioii/pages/memorias.

Fenoll J., Hellin P., Martinez C., Flores P., Navarro S. Semiconductor-sensitized photodegradation of s-triazine and chloroacetanilide herbicides in leaching water using TiO2 and ZnO as catalyst under natural sunlight. Journal of Photochemistry and Photobiology a-Chemistry, volumen 238, 2012: 81-87.

Gao M., Wang X., Guo M., Zhang M. Contrast on COD photo-degradation in coking wastewater catalyzed by TiO2 and TiO2-TiO2 nanorod arrays. Catalysis Today, volumen 174 (número 1), 2011: 79-87.

Garcés L., Mejia E., Santamaria J. La fotocatálisis como alternativa para el tratamiento de aguas residuales. Revista Lasallista de Investigación, volumen 1, 2004: 83-92.

Gil Pavas E., Quintero Olaya L., Rincón Uribe M., Rivera Agudelo D. Degradación de colorantes de aguas residuales empleando UV/TiO2/H2O2/Fe2+. REVISTA Universidad EAFIT, Volumen 42 (numero 146), 2006: 80-101

Giménez J., Curcó D., Queral M.A. Photocatalytic treatment of phenol and 2,4-dichlorophenol in a solar plant in the way to scaling-up. Catalysis Today, volumen 54 (número 2–3), 1999: 229-243.

Khan U., Benabderrazik N., Bourdelais A., Baden D., Rein K., Gardinali P., Arroyo L., O'Shea K. UV and solar TiO2 photocatalysis of brevetoxins (PbTxs). Toxicon, volumen 55 (número 5), 2010: 1008-1016.

Lim S., Park W., Kim T., Shin I. Swine wastewater treatment using a unique sequence of ion exchange membranes and bioelectrochemical system. Bioresource Technology, volumen 118, 2012: 163-169.

López G., Grissi C., Gómez J., Valencia L.A., González D. Evaluación de una mezcla de cipermetrina + clorpirifós sobre la garrapata rhipicephalus(boophilus) microplus en pruebas de campo y de laboratorio en el predio Esteban Jaramillo Román Gómez del Politécnico Colombiano de Marinilla, Antioquia. Revista CES Medicina Veterinaria y Zootecnia, volumen 4 (número 2), 2009: 57-65.

Malato S., Blanco J., Estrada C., Bandala R. Degradación de plaguicidas, en Blesa M. Eliminación de contaminantes por fotocatálisis heterogénea. Buenos Aires, Red CYTED, 2001, pp. 269-281.

Marrugo-Negrete J., Ortega-Ruíz J., Navarro-Frómeta A., Enamorado-Montes G., Urango-Cárdenas I., Pinedo-Hernández J., Durango-Hernández J., Estrada-Martínez A. Remoción de cipermetrina presente en el baño de ganado utilizando humedales construidos. Corpoica Ciencia y Tecnologia Agropecuaria, volumen 17 (número 2), 2016: 203-216.

Martínez I. y Cruz M. El uso de químicos veterinarios y agrícolas en la zona ganadera de Xico, centro de Veracruz, México y el posible impacto ambiental. Acta Zoológica Mexicana, volumen 25 (número 3), 2009: 673-681.

Mercado T. y Vergara A. Bombeo de agua con energía solar fotovoltaica: una opción sostenible, en Memorias VII Seminario Internacional de Gestión Ambiental y II Seminario de Ciencias Ambientales Sue-Caribe, Santa Marta, Colombia, 2014 [consulta, 12 de noviembre de 2014]. Disponible en: http://maestriaambiental.com/maestria/seminarioii/pages/memorias.

Ministerio de Minas y Energía -Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) y Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial - Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM). Atlas de Radiación Solar de Colombia. Bogotá, Colombia, 2005. [consulta, 22 de febrero de 2015]. Disponible en: http://www.si3ea.gov.co/Home/EnergiaSolar/tabid/74/language/en-US/Default.aspx

Montazerozohori M., Nasr-Esfahani M., Joohari S. Photocatalytic degradation of an organic dye in some aqueous buffer solutions using nano titanium dioxide: a kinetic study. Environment Protection Engineering, volumen 38 (número3), 2012: 45-55.

Peiró Muñoz A.M. Nuevas aportaciones al desarrollo de metodologías en química verde: eliminación fotocatalítica de contaminantes fenólicos, preparación de fotocatalizadores mediante procesos químicos suaves, tesis (doctorado en química), España, Universitat Autònoma de Barcelona, 2003, 228 pp.

Raza W., Haque M., Muneer M., Fleisch M., Hakki A., Bahnemann D. Photocatalytic degradation of different chromophoric dyes in aqueous phase using La and Mo doped TiO2 hybrid carbon spheres. Journal of Alloys and Compounds, volumen 632, 2015: 837-844.

Rodríguez H. Desarrollo de la energía solar en Colombia y sus perspectivas. Revista de Ingeniería, (número 28), 2008: 83-89.

Sahoo C., Gupta A., Pillai I. Heterogeneous photocatalysis of real textile wastewater: Evaluation of reaction kinetics and characterization. Journal of Environmental Science and Health Part a-Toxic/hazardous Substances & Environmental Engineering, volumen 47 (número 13), 2012: 2109-2119.

Samara F., Jermani E., Kanan S.M. Photocatalytic UV-degradation of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) in the presence of silver doped zeolite. Arabian Journal of Chemistry, 2015, doi:10.1016/j.arabjc.2014.12.009.

Son H., Ko G., Zoh K. Kinetics and mechanism of photolysis and TiO2 photocatalysis of triclosan. Journal of Hazardous Materials, volumen 166 (número 2-3), 2009: 954-960.

Tak B.-y. Tak B.-s. Kim Y.-j. Park Y.-j. Yoon Y.-h. Min G.-h. Optimization of color and COD removal from livestock wastewater by electrocoagulation process: Application of Box–Behnken design (BBD). Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2015, doi:10.1016/j.jiec.2015.03.008.

Valencia S.H., Marín J.M., Restrepo G.M. Effect of pH on the photocatalytic degradation of natural organic matter. Informacion Tecnologica, volumen 22 (número 5), 2011: 57-66.

Vasquez E., Penuela G., Agudelo S. Chlorothalonil photodegradation study using Fenton and photocathalysis techniques with titanium dioxide by means of solar radiation. Revista Facultad De Ingenieria-Universidad De Antioquia, (número 51), 2010: 105-113.

Vineetha M., Matheswaran M., Sheeba K. Photocatalytic colour and COD removal in the distillery effluent by solar radiation. Solar Energy, volumen 91, 2013: 368-373.

Yao B., Wang L., Wang C., Wang Y., Zhao G. Preparation and performances of RUO2/TiO2 films photocatalyst supported on float pearls. Chinese Journal of Chemical Physics, volumen 20 (número 6), 2007: 789-795.

Zhao C., Pelaez M., Dionysiou D., Pillai S., Byrne J., O'Shea K. UV and visible light activated TiO2 photocatalysis of 6-hydroxymethyl uracil, a model compound for the potent cyanotoxin cylindrospermopsin. Catalysis Today, volumen 224, 2014: 70-76.

Licencia Cuando RIAA recibe la postulación de un original por parte de su autor, ya sea a través de correo electrónico o postal, considera que puede publicarse en formatos físicos y/o electrónicos y facilitar su inclusión en bases de datos, hemerotecas y demás sistemas y procesos de indexación. RIAA autoriza la reproducción y citación del material de la revista, siempre y cuando se indique de manera explícita el nombre de la revista, los autores, el título del artículo, volumen, número y páginas. Las ideas y conceptos expresados en los artículos son responsabilidad de los autores y en ningún caso reflejan las políticas institucionales de la UNAD

Cómo citar

Estrada-Martínez, A., Ortega-Ruiz, J., Urango Cardenas, I. D., Enamorado-Montes, G., & Marrugo-Negrete, J. (2019). Fotocatálisis heterogénea para el tratamiento de aguas residuales generadas en el baño del ganado. Revista De Investigación Agraria Y Ambiental, 10(2), 115-126. https://doi.org/10.22490/21456453.2683

Descargar cita

Almétricas

Métricas

Archivos descargados

2,253

| |

Artículos más leídos del mismo autor/a

Alean-Flórez, J., Márquez-Méndez, D., Burgos-Núñez, S., Enamorado-Montes, G., Marrugo-Negrete, J., Productos farmacéuticos y de cuidado personal presentes en aguas superficiales, de consumo humano y residuales en el departamento de Córdoba, Colombia , Revista de Investigación Agraria y Ambiental: Vol. 12 Núm. 2 (2021)