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Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambient. 25 (4) 229-238, 2009
EVALUACIÓN DEL PROCESO DE MICROFILTRACIÓN EN UN EFLUENTE RESIDUAL DE
UNA INDUSTRIA ALIMENTICIA PARA SU REUSO
Claudia MURO
1
, Jesús ESCOBAR
1
, Rosa Elvira ZAVALA
1
,
Mario ESPARZA
2
, Jesús CASTELLANOS
3
,
Rosa María GÓMEZ
4
y Magdalena GARCÍA
4
1
Instituto Tecnológico de Toluca. Av. Tecnológico s/n. Ex Rancho la Virgen. Toluca, México. Correo electrónico
cmuro@ittoluca.edu.mx
2
Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA) Universidad Autónoma del Estado de México
3
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Santa Clara, Cuba
4
Facultad de Química, Universidad Autónoma del Estado de México
(Recibido junio 2008, aceptado enero 2009)
Palabras clave: microfltración, industria alimenticia, reuso de agua
RESUMEN
Con el propósito de reutilizar el e±uente residual proveniente de una industria alimen-
ticia, se analizan los resultados de su tratamiento utilizando membranas de microfl-
tración. En los parámetros del e±uente destacan su elevada DQO, materia suspendida
y coloración ca²é. Para degradar la materia orgánica y remover los pigmentos que
provocan esa coloración, el agua residual es tratada previamente en una planta piloto
del Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA) por métodos biológicos. Al
término de estos procesos y a la salida de la laguna ²acultativa, es notoria la disminución
de la DQO, pero aún con residuos de materia orgánica, un alto contenido de sales y una
absorbancia máxima promedio de 0.35 medida a 628 nm,
correspondiente a una colora-
ción persistente de tonalidad azul-verde en el e±uente. En el análisis de esta coloración
se encontró como componente principal un pigmento sintético conocido como azul
1 en concentraciones alrededor de 4.08 mgL
-
1
y trazas de otro grupo de cromó²oros
no identifcados. Con estas características, el agua ²ue tratada por microfltración para
plantear su reuso en la industria de procedencia. La experimentación se llevó cabo con
dos membranas cerámicas de óxido de titanio y óxido de zirconio con umbral de corte de
300 y 150 KDa; se evaluó, para cada una, el e²ecto de la presión transmembrana sobre
su capacidad para remover el azul 1 y se varió el tiempo de operación para analizar
los períodos en que el ±ujo de permeado alcanza un valor constante y disminuye por
el depósito de partículas en la superfcie y poros de la membrana. Como resultado se
destaca que ambas membranas ²ueron efcientes para tratar estos e±uentes. Sin embargo,
los mejores parámetros en la calidad del agua los proporcionó la membrana de 150
KDa; sobresale la remoción de coloración y disminución de la DQO hasta en 98 %,
obteniendo características óptimas en el e±uente para ser considerado para su reuso.
Key words: microfltration, ²ood industry, water reuse
ABSTRACT
The treatment o² residual e²±uent ²rom the ²ood industry was analyzed using microfltra-
tion membranes with a view to its subsequent reuse. The most notable characteristics
C. Muro
et al.
230
of the efFuent were its high DQO, suspended solids and brown coloration. The efFuent
was pretreated biologically in a pilot plant of the CIRA. At the end of these processes,
the efFuent showed a markedly lower DQO, with some residues of organic matter and
a high salt content. EfFuent coloration was blue-green, with an average maximum
absorbance of 0.35 at 628 nm. This coloration was identi±ed as Blue 1, a synthetic
commercial pigment, and traces from an unidenti±ed chromophore group. This treated
water efFuent underwent further treatment with micro±ltration to propound its reuse
in the industry. Micro±ltration experiments were carried out using two ceramic mem-
branes of titanium oxide and zirconium oxide with cut-offs of 300 and 150 kDa. The
effect of transmembrane pressure on its capacity to remove Blue 1 was evaluated for
each one. Operation times were varied in order to analyze the periods during which
the permeate Fow reached a constant value. The two membranes were ef±cient in the
two processes, nevertheless, the best results in water quality were obtained using the
membrane of 150 kDa: up to 98 % of the pigment was removed and other optimal
characteristics for its reuse were observed.
INTRODUCCIÓN
El consumo y contaminación desmedida del
agua en la elaboración de productos industriales es
un problema ambiental que requiere de estrategias
inmediatas relacionadas con el abastecimiento y trata-
miento de los eFuentes residuales para su reuso. Esta
posibilidad requiere del estudio de métodos e±caces
en el tratamiento que garanticen la calidad del agua
obtenida y la demanda de su consumo por usuarios
potenciales, la cual en México aún es conservadora
por la poca aceptación al uso de las aguas tratadas y
la escasa frecuencia en el tratamiento e±caz de los
líquidos residuales.
Sobre el destino del agua tratada, es conocida la
práctica de su reuso en la agricultura, sin embargo en
la industria, servicios municipales, usos secundarios
y recargas de acuíferos entre otros, se encuentra un
uso reducido, aun cuando puede ser una opción viable
de abastecimiento y minimización del problema de
contaminación. Un estudio de Escalante
et al
. (2003),
proporcionó datos comparativos sobre el costo del
agua potable y el agua tratada en México: el metro
cúbico de agua tratada dependiendo de su calidad,
varía de 1.48 a 5.00 pesos, mientras que la tarifa de
agua potable de acuerdo al CNA (2003), variaba de
4 a 14.00 pesos por metro cúbico, este comparativo
muestra indicios de la factibilidad económica que
puede tener el tratamiento del agua para destinarla
en diferentes aplicaciones.
En la actualidad son varios los países que practican
el reuso del agua empleando para ello diferentes tipos
de tratamientos, entre ellos se encuentran, España,
²rancia, Alemania, Japón y Australia, con estudios
que justi±can y apoyan esta práctica (Moeller
et al
.
1997, Wintgens
et al
. 2005). En México, sobre todo
en las grandes zonas industriales y en los lugares
que demandan mayor requerimiento de agua, se han
implementado algunos programas enfocados a su
conservación y reuso, así como medios
e±cientes y
racionales del recurso hídrico. Bajo esta iniciativa, el
Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA)
da servicio de tratamiento en una planta piloto a las
aguas residuales de una industria alimenticia. El
objetivo es obtener agua con calidad aceptable para
su reuso en la industria de procedencia. El proceso
de tratamiento utilizado para este propósito, consiste
inicialmente en degradar los componentes contami-
nantes del agua mediante métodos biológicos. Como
resultado se obtiene la minimización de contenido
de materia orgánica, persistencia de coloración azul-
verde y turbidez en el eFuente; lo cual si bien mejora
la calidad del agua, aun no es su±ciente para plantear
su reuso. Un tratamiento avanzado para remover la
coloración, virus y los residuos de otras partículas
existentes, se establece como propuesta para mejorar
las características del agua tratada.
En este sentido, diferentes trabajos de investi-
gación han tenido como objetivo el estudio de tra-
tamientos terciarios para la remoción de colorantes
y/o partículas disueltas. En algunos se mencionan
diversos procesos de separación o combinación de los
mismos, con múltiples etapas o tratamientos exclu-
sivos para la remoción de un solo componente en el
residual (Suen
et al
. 2007). Generalmente se encuen-
tran procesos como los biológicos (Kapdan y Kargi
2002, Pala y Tokat 2002, Ayegül 2005, Allegre
et al
.
2006) en los que se han estudiado diversos microor-
ganismos para disminuir la coloración, la ventaja que
presenta este tipo de tratamiento es la transformación
MICROFILTRACIÓN DE UN EFLUENTE RESIDUAL PARA SU REUSO
231
de la materia orgánica en CO
2
, generando pocos resi-
duos. Su desventaja es la inestabilidad en la actividad
enzimática de los microorganismos debido a los
cambios en la temperatura y el pH del agua residual,
lo que puede provocar separaciones poco efcientes
o variación en los resultados. Entre los procesos de
tratamiento más sencillos, para la remoción de color,
también se encuentran la ±oculación y coagulación;
Wang
et al
. (2007), reportan remociones del 88.9
% con ±oculantes tales como FeCl
3
y polímeros; el
problema de estos tratamientos es la
generación de
una cantidad considerable de residuos y altos costos
por los reactivos y materiales utilizados para este
fn, (Allegre
et al
. 2006). También se han analizado
métodos fsicoquímicos que permiten la degrada-
ción del color por oxidación química oxidando el
colorante mediante ozonización, la desventaja de
esta técnica, es que se puede dar origen a sustancias
potencialmente tóxicas, (Allegre
et al
. 2006). Pro-
cesos avanzados como la ²otocatálisis heterogénea
y homogénea, así como la oxidación electrolítica,
se encuentran en la literatura como los más costosos
por la ²uente de energía necesaria para que se lleve
a cabo la decoloración (Guoting
et al
. 2006). Otro
proceso catalítico para la degradación del color
mediante hidrogenación lo proponen Calvo
et al
.
(2007); la desventaja de este proceso se encuentra
en el uso de temperaturas que sobrepasan los 75ºC.
La adsorción usando di²erentes materiales sintéticos
y naturales como adsorbentes, es un tratamiento de
los más utilizados. Entre los materiales adsorbentes,
destaca el uso de carbón activado por su bajo costo
y efciencia (Faria
et al
. 2005, Tseng
et al
. 2003) y
algunos polímeros cuyo componente principal es
el quitosano (Wu
et al
. 2001, 2002, Chang y Juang
2004). Las zeolitas tanto naturales como modifcadas
corresponden a materiales de adsorción e²ectivos y
ampliamente estudiados para este propósito (Ozde-
mir
et al
. 2004, Benkli
et al
. 2005, Lee
et al
. 2006,
O²omaja y Ho 2007). Algunos de los inconveniente
que se pueden mencionar en el uso de materiales ad-
sorbentes, son los residuos que se generan por el uso
y vida útil del material utilizado en la separación, en
la mayoría de los casos, su selectividad por un solo
componente, el tiempo de adsorción en la retención
del color y el costo de su modifcación por los reac-
tivos o materiales que se utilizan para ello, (Gupta
et
al
. 2004).
En la mayoría de las investigaciones que se
han realizado al respecto, se resalta el tratamiento en
aguas sintéticas con bajas concentraciones de color y
en pocos volúmenes para llevar a cabo la valoración
del proceso, de tal ²orma que sus resultados quedan
restringidos a nivel laboratorio y con aguas delimita-
das en su composición por considerar especies únicas
(Humbert
et al
. 2007, Suen
et al
. 2007).
Un análisis de estudios sobre tratamiento de aguas
residuales por fltración tangencial con membranas,
muestra altas efciencias en la separación de los
componentes de interés. La calidad del agua obtenida
asegura la posibilidad de su reuso; su disposición
se determina por el tipo fltración, la afnidad de la
membrana a los componentes a permear y por el
tamaño de poro de la misma para retener partículas
de mayor tamaño (Cheima
et al
. 2005). Actualmente
las membranas son competitivas para las técnicas
convencionales de separación; desde el punto de
vista ambiental estos procesos están identifcados
como una tecnología limpia, debido a que el pro-
ceso puede ser e²ectivo sin la adición de productos
químicos, la generación de residuos es mínima y el
uso de energía requerido se debe exclusivamente a la
bomba que transporta el ±uido y a la presión necesaria
en la membrana para llevarse a cabo la separación
(Allegre
et al
. 2006). Las desventajas que presentan
estos procesos se deben a la acumulación de mate-
riales en los poros y la polarización en la superfcie
de la membrana; ²enómeno que se presenta después
de un tiempo de operación, produciendo caídas en
los ±ujos de permeado. Por tanto, es común que la
fltración por membranas se lleve a cabo en lotes,
aumentando el costo de tratamiento. Aún así, el costo
del proceso puede ser compensado por la calidad del
agua obtenida y la oportunidad que se tiene para el
reuso de la misma (Koyuncu 2003).
Algunos trabajos que referen el uso efciente de
membranas, se en²ocan al análisis de las característi-
cas del e±uente a tratar para seleccionar la membrana
y buscar sus mejores condiciones de operación (Muro
y Castellanos 2006). Específcamente, se encuentran
investigaciones donde se reporta la remoción de colo-
rantes, en su mayoría, de e±uentes residuales textiles,
²armacéuticos y alimenticios utilizando membranas.
Los procesos que se sugieren son los de microfltra-
ción (MF) y ultrafltración (UF), en algunos casos
donde se ha requerido una mayor calidad en el agua
se ha propuesto la nanofltración (NF) (Marcucci
et
al
. 2001, 2002, Ribeira
et al
. 2002, Lopes
et al
. 2005,
Gupta 2004, Cheima
et al
. 2005).
Los problemas de coloración en los e±uentes re-
siduales de una industria alimenticia, son comunes y
variados por la di²erencia en los productos elaborados
y los procesos utilizados para su ²abricación. Sin
embargo, se ha prestado poca atención a esta pro-
blemática. Específcamente en el trabajo de Mutlua
(2002), se refere el tratamiento de e±uentes de una
industria de levaduras para la eliminación del color,
C. Muro
et al.
232
turbidez y disminución de la DQO, con membranas
cerámicas de óxidos de metal en las operaciones de
UF y NF, a una temperatura de 40 °C, lográndose una
remoción máxima de 72 a 89 % con UF y el 94 % se-
guida de la NF, consiguiendo buenos resultados en la
disminución de los valores de DQO, color y turbidez
para obtener buena calidad en el agua.
En esta línea, el trabajo que aquí se describe,
corresponde a la evaluación del proceso de MF en el
tratamiento del efuente de una industria alimenticia
como una primera aproximación al planteamiento
de su reuso en la misma industria de procedencia.
La e±ciencia en los procesos se determinó mediante
los resultados del caudal y calidad del agua obtenida,
así como las condiciones ²avorables de presión y el
tiempo de operación de la membrana.
MATERIALES Y MÉTODOS
Caracterización del efuente
El efuente a tratar por MF, ²ue obtenido de la
laguna ²acultativa correspondiente a la última eta-
pa de tratamiento en la planta de aguas residuales
del CIRA localizada en Toluca, Estado de México.
El líquido ²ue analizado de acuerdo a los procedi-
mientos descritos en las normas mexicanas para el
análisis de aguas residuales tratadas, determinando:
pH, turbidez, sólidos totales, conductividad, DQO
y absorbancia por la coloración. Con esos mismos
parámetros también se caracterizó el agua tratada por
MF para comparar los resultados obtenidos.
Equipo experimental
Para evaluar el proceso de MF, se utilizó un
módulo de membranas de ±ltración tangencial con
recirculación a escala laboratorio como se muestra
en la (
Fig. 1
). La alimentación del efuente a la
membrana se llevó a cabo mediante una bomba
Heidolph Peristaltic, modelo PD 5001 (2). El fujo de
alimentación ²ue constante de 0.5 L h
-
1
,
proveniente
de un depósito de almacenamiento con capacidad de
1 L (1). El proceso se realizó por lotes, operando a
varios períodos de tiempo. Para variar y controlar la
presión en la membrana (4), se utilizaron dos válvu-
las; una a la entrada del módulo (3) y la otra sobre
la línea del retenido o concentrado (5). Esta última
válvula permitió el ajuste independiente de la presión
transmembrana (PTM), correspondiente a la presión
media del fujo tangencial a través de la membrana;
las lecturas de las presiones se realizaron a través
de un manómetro colocado posterior a la primera
válvula (6) y anterior a la segunda (7). El fujo del
retenido o concentrado (8) ²ue recirculado y el de
permeado (9) se recolectó en un depósito de 0.5 L
(10) para su análisis.
Membranas
Por las características de las muestras del efuente
proveniente del CIRA, ²ueron utilizadas membranas
inorgánicas comerciales M-I de con±guración tubular
Carbosep y umbral de corte de 300 y 150 KDa, con
longitud de 0.297 m; 0.006 m de diámetro interno y
super±cie de 5.65 X 10
-
3
m
2
.
La caracterización de las membranas se llevó a
cabo mediante la determinación de su permeabilidad
hidráulica (L
P
). El estudio consistió en suministrar a
la membrana agua desionizada durante 60 minutos
para encontrar el mejor fujo de permeado (J
P
) del
agua con la variación de la PTM. El valor de (L
P
) se
calculó a través de la relación de estos dos paráme-
tros, proporcionando in²ormación sobre la naturaleza
de las membranas, la condiciones máximas permiti-
das de PTM y los cambios en el fujo de permeado
durante el tiempo de operación del proceso (Benítez
et al
. 2006).
Experimentación con MF
Para llevar a cabo la valoración de la MF, se hizo
circular el efuente de interés por la membrana hasta
estabilizar la presión estudiada y alcanzar el estado
estacionario aproximadamente en 15 a 20 min. Pos-
teriormente se continuó el suministro del efuente a la
membrana, operando con fujo continuo y constante.
En cada caso, la variación de la PTM inició a partir
de 0.5 bar hasta alcanzar la PTM máxima establecida
en la caracterización de las membranas.
Durante la operación se recolectaron continua-
mente dos fujos a la salida de la membrana: el de
permeado (J
v
) del efuente tratado y su retenido o con-
centrado (J
c
), donde este último ²ue recirculado hacia
el depósito de la alimentación. En ambos fujos se
evaluaron los parámetros: pH, turbidez, conductivi-
(1)
(2)
(3)
(6)
(8)
(7)
(5)
(9)
(4)
(10)
Fig. 1.
Diagrama de fujo del proceso de ±ltración con mem-
branas
MICROFILTRACIÓN DE UN EFLUENTE RESIDUAL PARA SU REUSO
233
dad, DQO, coloración y contenido de iones K
+1
, Na
+1
,
Ca
+2
y Fe
+3
. En cada caso, se hizo variar el tiempo
de operación para determinar el tiempo favorable en
el tratamiento y evitar problemas de acumulación de
partículas en la super±cie y/o obstrucción de poros
en la membrana. Además del tiempo, el indicador
para detener el proceso fue la reducción en el ²ujo
(J
v
) y el aumento brusco de la PTM, requiriendo el
mantenimiento en la membrana, el cual se realizó
en tres etapas: haciendo circular agua destilada a
contracorriente; suministrando una solución con baja
concentración de NaClO para su lavado; ±nalizando
con agua destilada durante el tiempo necesario para
conseguir el valor de (L
p
) ya determinado y cuyo
valor fue el referente de su máxima permeabilidad
a una PTM establecida, (Benítez
et al
. 2006). Una
vez alcanzado el valor de (L
p
), se continuó con el
tratamiento del e²uente.
En consecuencia, fueron tres los aspectos que se
consideraron en la evaluación de la MF para de±nir
la operatividad del proceso:
1) Selectividad de las membranas; determinada
por los componentes a permear. Se establece a
través de la calidad del agua obtenida, en la que
además de medir los parámetros ya mencionados,
se encuentra el factor de selectividad
Fs
referido
a la relación de concentraciones del componente
a separar contenido en las muestras. Para hallar
Fs
se utilizó la expresión siguiente (Nataraj
et al
.
2006):
f
p
C
C
Fs
=
(1)
Donde
C
p
y
C
f
correspondieron para este caso,
a las concentraciones del pigmento en los ²ujos de
permeado y alimentación a la membrana respecti-
vamente.
Alternativamente, a partir del cálculo de
Fs
se de-
terminó el porcentaje de retención (% R) en relación
al mismo pigmento, mediante la expresión 2:
100
)
1
(
%
X
Fs
R
-
=
(2)
2) Productividad de las membranas. Expresada
mediante los cambios presentados en el ²ujo de
permeado (J
v
), por el efecto de la variación de la
PTM. Se midió el volumen del permedo en la MF
cada 10 min durante el período de operación para
una PTM dada.
3) Tiempo de operación. Referido al tiempo en el
cual el ²ujo de permeado alcanza su valor máximo
y permanece constante en un período considera-
ble, así como el ±nal del mismo para indicar el
término del proceso por presentarse obstrucción
en la membrana.
Métodos analíticos
Los ²ujos de permeado (J
v
) obtenidos por ambas
membranas fueron analizados bajo los siguientes
parámetros: pH y conductividad en un potenciómetro
Cocuctronic PC18; turbiedad en un microturbidimetro
HFScienti±c; DQO, en un equipo HACH DR 2000;
sólidos totales, conforme a la norma (NMX-AA-
0349); cuanti±cación de iones, en un analizador de
²ama digital modelo 2655 Cole-Pormer-Instrument
Company y la concentración de color en un espectro-
fotómetro Lambda 25 UV/Vis Perkin Elmer.
Especí±camente, en la identi±cación de los com-
ponentes de la coloración del e²uente del CIRA, los
espectros se midieron en un intervalo de longitudes de
onda entre 200 y 900 nm en muestras a temperatura
ambiente. En ese intervalo se encontraron algunas
bandas de absorción, entre ellas, una máxima a par-
tir de 590 hasta 650 nm, lo que permitió identi±car
uno de los pigmentos causantes de la coloración
del e²uente. Para veri±car la presencia de este cro-
móforo, se hizo circular el e²uente residual por la
membrana durante 30 minutos a una presión de 6 bar,
hasta saturar sus poros y super±cie, posteriormente
se suministró agua destilada a contracorriente y a la
misma PTM para recuperar en la solución de lavado
el cromóforo retenido en la membrana. Alternati-
vamente se determinó el espectro de una solución
de agua sintética del pigmento, para con±rmar su
presencia en el e²uente.
Para hallar la concentración del pigmento en
las muestras estudiadas, se estableció una curva
de calibración a partir de soluciones con diferente
concentración para obtener su relación lineal con la
absorbancia.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización del efuente
Los resultados en la determinación de los pará-
metros establecidos para el análisis de las diferentes
muestras del e²uente de la laguna facultativa del
CIRA, se expresan en el (
Cuadro I
), en el que se
encuentra aún altos valores de DQO, alta conduc-
tividad por contenido de sales y un valor de absor-
bancia indicativo de la presencia de coloración.
En la (
Fig. 2
) se presenta el espectro UV-Vis del
e²uente, en el que se distinguen ligeros ascensos
de grupos cromóforos, sobresaliendo una banda de
absorción máxima de 0.35 para una longitud de 628
C. Muro
et al.
234
nm, identifcando con estos datos al pigmento de
nombre comercial azul 1 como componte principal
de la coloración. En esta misma fgura, se aprecia el
espectro de la solución recuperada por retrolavado
de la membrana una vez realizado el tratamiento,
presentando la banda de absorción característica del
pigmento en 628 nm. Estos resultados validaron la
presencia del cromóForo en el e±uente. En los traba-
jos de Gupta
et al
. (2004) y Marcucci
et al
. (2002),
se hace reFerencia a la recuperación de pigmentos
sintéticos en solución para teñir materiales polimé-
ricos y de uso textil respectivamente, al realizar el
tratamiento de sus e±uentes.
La relación lineal de absorbancia y de concentra-
ción del azul 1 a 628 nm, se presenta en la curva de
calibración de la (
Fig. 3
), a partir de ésta, se obtuvo
como dato 4.08 mgL
-
1
de concentración del pigmento
correspondiente al valor de 0.35 de absorción máxi-
ma. La determinación del azul 1 aportó inFormación
para seleccionar las membranas a utilizar en la M² y
es un resultado valioso para la investigación; debido a
que el color de este pigmento era enmascarado por el
color que proporcionan las algas que se encuentran en
la laguna Facultativa de la planta tratadora del CIRA y
había sido persistente aun después de haberse tratado
por métodos biológicos, lo que impedía plantear el
reuso del agua obtenida.
Caracterización de las membranas de MF
El eFecto de la PTM sobre el ±ujo de permeado (J
P
)
del agua desionizada, se presenta en la (
Fig. 4
), en la
que se aprecia que ambas membranas tienen el mis-
mo comportamiento: a medida que la PTM aumenta,
también aumenta (J
P
), hasta alcanzar un valor máximo
a los 5 bar. Una presión mayor proporcionó solo un
ligero aumento de este ±ujo. Estos resultados indican
que la PTM para el tratamiento del e±uente con estas
membranas puede ser hasta 5 bar; una PTM mayor no
aumentaría el caudal de permeado y sí podría saturar a
la membrana al presentarse Fenómenos de polarización
o de adsorcion de partículas en su superfcie por las
efluente proveniente
de CIRA
solución azul 1
recuperado por la
membrana
1
0.9
0.8
0.7
0.6
Absorbancia
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
200
300
400
500
600
Longitud de onda (nm)
700
800
900
Fig. 2.
Espectro Uv-Vis del e±uente proveniente del CIRA y
del azul 1 recuperado por la membrana
8
5
4
3
2
1
0
7
6
Concentración (mgL
-
1
)
0
0.1
0.2
0.3
Absorbancia
R
2
= 0.9955
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Fig. 3.
Curva de calibración para la cuantifcación de azul 1
300 KDa
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
150 KDa
PTM (bar)
Jp (Lh
-
1
m
-
2
)
Fig. 4.
²lujo de permeado (J
P
) del agua desionizada en Función
de la PTM
CUADRO I.
CARACTERÍSTICAS DEL E²LUENTE DEL CIRA
Coloración
pH
TºC
Conductividad
(μScm
S
-
1
)
Turbidez
(UNT)
Sólidos Totales
(gL
-
1
)
DQO
(mg L
-
1
)
Absorbancia
Azul- verde
7.76
23ºC
1615
102
1.04
487
0.35
MICROFILTRACIÓN DE UN EFLUENTE RESIDUAL PARA SU REUSO
235
altas presiones utilizadas. Por otra parte, Cheima
et al.
(2005) al tratar un efuente residual de una industria
utilizando membranas poliméricas, representaron la
relación de (J
P
) con la PTM en ±orma lineal, conside-
rando un proceso ideal en el que no existe reducción
en el fujo de permeado. Sin embargo, las membranas
tienen una PTM permisible de operación, que para
tratar al efuente no debe exceder a ésta por el riesgo
en la variación del fujo de permeado, disminuyendo la
e²ciencia y vida útil de la membrana, en consecuencia
es un dato importante que debe incluirse en el estudio
de las características de las membranas.
Considerando este último resultado, las permeabi-
lidades hidráulicas (L
P
) se determinaron a 5 bar, obte-
niendo 9.23 y 8.11 Lh
-
1
m
-
2
bar
-
1
para las membranas
de 300 KDa y 150 KDa respectivamente. Los valores
obtenidos de (L
P
), muestran una alta permeabilidad
en las dos membranas a esa PTM y por tanto, ambas
se consideran aptas para el tratamiento, resaltando la
característica hidró²lica y tamaño de poro apto para
el tratamiento planteado. Con respecto al período de
estabilidad en el fujo (J
P
), se encontró que la mem-
brana de 150 KDa, proporcionó un valor constante
durante 60 min con 4 bar de PTM. Los datos obte-
nidos aportaron re±erencias sobre la e²cacia de las
membranas y sus mejores condiciones de operación.
Al respecto, Benítez
et al.
(2006) establecieron la im-
portancia de obtener in±ormación sobre la naturaleza
de las membranas para describir sus características
en términos de la PTM como variable principal en
los procesos de MF y UF.
Evaluación del proceso de MF en el efuente
El promedio de los resultados obtenidos sobre la
calidad del agua antes de pasar por la membrana y
una vez realizado el tratamiento con MF, se presenta
en los (
Cuadros II y III
) y corresponden a las mem-
branas de 150 y 300 KDa respectivamente operando
durante 60 min. De los resultados, destacan el ±actor
de selectividad
Fs
y el porcentaje de rechazo (%R),
lográndose hasta un 98 % de rechazo de zul 1 en los
permeados de la membrana de 150 KDa. Koyuncu
(2003), para obtener un buen resultado de (%R) de
color al tratar un efuente de la industria ±armacéutica,
reporta resultados similares en la remoción de un
colorante sintético usando la técnica de Nano²ltra-
ción. Lo que indica que para el proceso de MF del
efuente, el resultado es óptimo bajo las condiciones
de operación establecidas.
Con respecto al e±ecto de la PTM sobre el fujo
de permeado (J
v
) en el tratamiento, se encuentra que
las dos membranas proporcionaron comportamientos
paralelos. Según los datos observados en los (
Cua-
dros II
y
III
), se percibe que (J
v
) máximo se puede
CUADRO II.
EFECTO DE LA PTM EN LA EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LA MEMBRANA DE 150 KDa
PTM
(bar)
J
v
(Lh
-1
m
-2
)
pH
Conductividad
(μScm
-1
)
DQO
(mgL
-1
)
ST
(gL
-1)
Color
mgL
-1
Turbiedad
(UNT)
Fs
%R
Concentración de iones
(mgL
-
1
)
Na
+
K
+
Ca
+2
Fe
+3
0.5
9.76
8.25
1325
21.0
0.54
0.042
2.99
0.010
99.0
112
21
0.08
6
1
13.27
8.20
1367
20.0
0.60
0.041
2.70
0.010
99.0
120
23
0.09
7
2
14.50
8.30
1430
21.0
0.62
0.106
2.03
0.026
97.4
125
25
0.07
8
3
25.66
8.06
1425
37.0
0.73
0.061
2.05
0.015
98.5
133
28
0.09
7
4
26.17
7.65
1529
42.0
0.90
0.077
1.72
0.019
98.1
140
29
0.08
8
5
27.01
7.42
1359
45.0
0.98
0.106
1.84
0.026
97.4
140
28
1.01
8
CUADRO III.
EFECTO DE LA PTM EN LA EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LA MEMBRANA DE 300 KDa
PTM
(bar)
J
v
(Lh
-
1
m
-
2
)
pH
Conductividad
(μScm
-
1
)
DQO
(mgL
-
1
)
ST
(gL
-
1
)
Color
(mgL
-
1
)
Turbiedad
(UNT)
Fs
%R
Concentración de iones
(mgL
-
1
)
Na
+
K
+
Ca
+2
Fe
+3
0.5
14.22
7.95
2007
70.0
0.88
0.212
17.34
0.052
94.7
570
64
12
7
1
14.87
7.85
2022
71.0
0.90
0.167
17.89
0.041
95.6
576
70
13
8
2
18.45
7.93
2065
75.0
0.90
0.159
13.65
0.038
95.6
580
73
13
8
3
26.11
7.89
2185
78.0
0.96
0.148
9.28
0.036
95.6
588
76
13
8
4
26.51
7.24
2218
77.0
0.95
0.171
10.13
0.042
95.7
590
80
13
9
5
31.12
7.42
2494
85.5
0.98
0.178
7.28
0.085
91.4
594
82
13
10
C. Muro
et al.
236
alcanzar alrededor de 4 bar conservando un valor
constante con tendencia a aumentar ligeramente a
una PTM mayor. Estos resultados se pueden visua-
lizar en la (
Fig. 5
), estimando que la productividad
del proceso de MF referida a (J
v
) es equivalente para
ambas membranas utilizando una PTM aproxima-
damente de 4 bar. En la (
Fig. 6
) se presentan estos
resultados, en donde se muestra poca diferencia en
el volumen de permeado por las dos membranas
cuando se opera a 4 bar.
En el trabajo de Gupta
et
al
. (2004), se destaca la in±uencia de la PTM y la
naturaleza de la membrana en los cambios que puede
presentar (J
v
) al tratar un e±uente con color, ya que
dependiendo de las características de los pigmentos
y la naturaleza de la membrana, éstos se pueden
polarizar en su super²cie si la PTM no es la óptima,
presentando caídas drásticas de (J
v
), a partir de los
20 a 30 min de operación. Las membranas que se
utilizaron para este ²n, fueron de acetato de celulosa
con un tamaño de poro de 0.2X10
-
6
m y usando una
presión diferencial de 0.3 bar.
Con respecto a la calidad del agua tratada, los me-
jores resultados se obtuvieron utilizando la membrana
de 150 KDa, para una PTM alrededor también de
los 4 bar. La relación de estos datos se encuentran
en la (
Fig. 7
), donde se puede observar que a 5 bar,
la membrana de 300 KDa tuvo un efecto inverso en
el rechazo del color, seguramente porque a esta PTM
la polarización de la membrana por la saturación de
color en sus poros se encuentra en el límite, de tal
forma que el agua arrastró las partículas del pigmento
azul 1, disminuyendo la calidad del agua permeada. La
disminución de turbiedad y DQO, son otros parámetros
indicativos de la calidad del agua obtenida. La mayor
e²ciencia en la remoción de materia orgánica se ob-
tiene nuevamente con la membrana de 150 KDa. En la
(
Fig. 8
) se puede apreciar la diferencia en la cantidad
de materia orgánica en una muestra de agua permeada
con una membrana de 150 KDa y una de 300 KDa.
Con respecto a la cantidad de iones en el e±uente
y en los permeados, se registra alta conductividad en
los ±ujos (J
v
), debida a su vez, a los altos valores de
conductividad que presenta el e±uente del CIRA. En
los resultados mostrados en los (
Cuadros II
y
III
) se
puede observar que el contenido de iones como Ca
+2
y Fe
+3
en (J
v
) es menor que los de Na
+1
y K
+1
; con
lo cual se establece que las dos membranas retuvie-
ron satisfactoriamente estos iones; mientras que los
monovalentes como Na
+1
y K
+1
fueron permeados y
son los causantes de la elevada conductividad en el
±ujo (J
v
), sobre todo en el permeado obtenido con
la membrana de 300 KDa. De acuerdo a estos re-
sultados, se destaca que con el proceso de MF no se
consigue la remoción, de los iones Na
+1
y K
+1
, debido
35
30
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
Jv (Lh
-
1
m
-
2
)
PTM (bar)
150 KDa
300 KDa
4
5
6
Fig. 5.
Flujo de permeado (J
V
) del e±uente del CIRA en función
de la PTM
30
25
20
20
150 KDa
300 KDa
40
60
80
15
10
5
0
0
tiempo (min)
Jv (Lh
-1
m
-2
)
Fig. 6.
Variación del ±ujo de permeado (J
V
) para el e±uente del
CIRA en función del tiempo
0.09
0.08
0.07
0.09
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0
0
1
2
3
4
5
6
150 KDa
300 KDa
PTM (bar)
Fs
Fig. 7.
Factor de selectividad (
Fs
) de las dos membranas por el
azul 1 en función de la PTM
MICROFILTRACIÓN DE UN EFLUENTE RESIDUAL PARA SU REUSO
237
a la diferencia entre sus radios iónicos: 0.95X10
-11
y
2.35X10
-10
m respectivamente y el tamaño de poro de
las membranas utilizadas: 0.2X10
-6
a 0.4X10
-6
m que
corresponden a 150 y 300 KDa. De acuerdo a Cheima
et al
. (2005) los resultados obtenidos son propios de
los procesos de MF; por tanto, si se desea una mejor
calidad del agua para disminuir la conductividad en
(J
v
), se sugiere utilizar membranas de umbral de corte
menor, operando en procesos de UF o NF.
CONCLUSIONES
Es más e±ciente el uso de la membrana de 150
KDa en la MF del e²uente del CIRA para plantear
su reuso. Sin embargo, es posible también utilizar la
membrana de 300 KDa con un resultado ligeramente
por debajo del anterior, ya que las condiciones de 3
a 4 bar de PTM y una hora de tiempo de operación,
son condiciones factibles para las dos procesos. La
ventaja del uso de la membrana de 150 KDa son los
resultados favorables en la calidad del agua permea-
da, especí±camente por las bajas concentraciones de
de azul 1 y la disminución en la DQO, lo que hace
viable su uso en la industria. Si la disposición del
agua tratada requiere disminuir su conductividad se
recomienda utilizar un proceso de NF.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Centro Interamericano de Re-
cursos del Agua y la Facultad de Química de la
Universidad Autónoma del Estado de México,
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas,
Santa Clara, Cuba y al Instituto Tecnológico de
Toluca por su participación y valiosa colaboración
en esta investigación. Y a la Dirección General
de Educación Superior Tecnológica por el apoyo
otorgado al proyecto con registro 908.08-P y por
la Beca 052006307 otorgada al estudiante Jesús
Escobar Jiménez.
REFERENCIAS
Allegre C., Moulin P., Maisseau M. y Charbit F. (2006).
Treatment and reuse of reactive dyeing ef²uents. J.
Membr. Sci. 269, 15-34.
Ayegül E.T. (2005). Color removal from cotton textile
industry wastewater in an activated sludge system with
various additives. Water Res. 36, 2920-2925.
Benítez J.F., Acero J.L. y Leal A.I. (2006). Application of
micro±ltration and ultra±ltration processes to cork pro-
cessing wastewaters and assessment of the membrane
fouling, Sep. Purif. Technol. 50, 354-364.
Benkli Y., Can M.F., Turan M.S. y Celik M. (2005).
Modi±cation of organo-zeolite surface for the removal
of reactive azo dyes in ±xed-bed reactors. Water Res.
39, 487-493.
CNA (Comisión Nacional del agua) (2003). Investigación
Nacional de plantas de tratamiento de aguas residuales
municipales
.
Subdirección técnica y Subdirección de
construcción.
Calvo L., Gilarranz M.A., Casas J.A., Mohedano A.F. y
Rodríguez J.J. (2007). Detoxi±cation of Kraft pulp
ECF bleaching ef²uents by catalytic hydrotreatment.
Water Res. 41, 915-923.
Chang M.Y. y Juang R.J. (2004). Adsorption of tannic acid,
humic acid, and dyes from water using the composite
of chitosan and activated clay. J. Colloid. Interf. Sci.
278, 18-25.
Cheima F., Lassaad G. y Mahmoud D. (2005). Treatment
of textile ef²uents by membrane technologies. Desali-
nation. 185, 399-409.
Escalante V., Cardoso L., Ramírez E., Moeller G., Mantilla
G., Montecillos J., Servín C. y Villavicencio F. (2003).
Valoración de mercado para el reuso del agua residual
tratada. Informe ±nal. Proyecto realizado por el IMTA
para el CNA. 230-236.
Faria P.C., Órfaño J.J. y Pereira M.F. (2005). Mineralisation
of coloured aqueous solutions by ozonation in the pres-
ence of activated carbon. Water Res. 39, 1461-1470.
Guoting L., Jiuhui Q., Xiwang Z. y Jiantuan G. (2006).
Electrochemically assisted photocatalytic degradation
of Acid Orange 7 with β-PbO
2
electrodes modi±ed by
TiO
2
. Water Res. 40, 213-220.
Fig. 8.
Efecto de la PTM sobre la disminución de la DQO en
las dos membranas
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
PTM (bar)
4
5
6
DQO (mg.L
-
1
)
300 KDa
150 KDa
C. Muro
et al.
238
Gupta B.S
.
, Dey B.K., Hashim M.A. y Hasan B. (2004).
Microfltration oF water-based paint eF±uents. Adv.
Envion. Res. 8, 455-466.
Humbert H., Gallard H., Jacquemet V. y Croue J.P. (2007).
Combination oF coagulation and ion exchange For the
reduction oF U² Fouling properties oF a high DOC
content surFace water. Water Res. 41, 3803-3811.
Kapdan I. K. y Kargi ². (2002). Simultaneous Biodegrada-
tion and adsorption oF textile dyestuFF in an activated
sludge unit. Proc. Biochem. 37, 973-981.
Koyuncu I. (2003). An advanced treatment oF high-strength
opium alkaloid processing industry wastewaters with
membrane technology: pretreatment, Fouling and
retention characteristics oF membranes. Desalination.
155, 265-275.
Lee J.W., Choi S.P., Thiruvenkatachari R., Shim W.G. y
Moon H. (2006). Evaluation oF the perFormance oF
adsorption and coagulation processes For the maximum
removal oF reactive dyes. Dyes Pig. 69, 196-203.
Lopes C.N., Petrus J.C. y Riella H.G. (2005). Color and
COD retention by nanofltration membranas. Desalina-
tion. 172, 77-83.
Marcucci M., Nosenzo G., Capannellic G., Ciabatt I., Cor-
rieri D. y Ciardelli G. (2001). Treatment and reuse oF
textile eF±uents based on new ultrafltration and other
membrane technologies. Desalination 138, 75-82.
Marcucci M., Ciardelli G., Matteucci A., Ranieri L. y
Russo M. (2002). Experimental campaigns on textile
wastewater For reuse by means oF diFFerent membrane
processes. Desalination. 149, 137-143.
Moeller G., Rivas A., Escalante V. y Pozo ². (1997).
Tecnología de punta para el reuso del agua residual
en México. InForme Final. Convenio SGP. IMTA,
CNA-IMTA.
Mutlua S.H., Yetisb U., Guikan L. y Yilmaza L. (2002).
Decolorization oF wastewater oF a baker’s yeast plant
by membrane processes. Water Res. 36, 609-616.
Muro C. y Castellanos J. (2006).
Separación con mem-
branas a distintas etapas de purifcación de productos
intermedios en la industria de la caña de azúcar y sus
derivados
. Memorias de 1° Congreso Nacional de
membranas
.
Guanajuato México.
Nataraj S.K., Hosamani K.M. y Aminabhavi T.M (2006).
Distillery wastewater treatment by the membrane-
based nanofltration and reverse osmosis processes.
Water Res. 40, 2349-2356.
OFomaja A.E. y Ho Y.S. (2007). Equilibrium sorption oF
anionic dye From aqueous solution by palm kernel fbre
as sorbent. Dyes Pig. 74, 60-66.
Ozdemir O., Armagan B., Turan M. y Celik M. S. (2004).
Comparison oF the adsorption characteristics oF azo-
reactive dyes on mezoporous minerals. Dyes Pig. 62,
49-60.
Pala A. y Tokat E. (2002). Color removal From cotton tex-
tile industry wastewater in an activated sludge system
with various additivites. Water Res. 36, 2920-2925.
Ribeira R.M., Bergamasco R. y Gimenes M.L. (2002).
Membranes synthesis study For colour removal oF a
textile eF±uent. Desalination. 145, 136-143.
Suen S.Y., Liu C.H., Wu J.S., Chiua H.S. y Chu K.H.
(2007). Removal oF anionic reactive dyes From de
water using anion exchange membranes as adsorbers.
Water Res. 41, 1491-1500.
Tseng R.L., Wu ².C. y Juang R.S. (2003). Liquid-phase
adsorption oF dyes and phenols using pinewood-based
activated carbons. Carbon. 41, 487-495.
Wang Y., Gao B.Y., Yue Q.Y., Wei J.C., Zhou W.Z. y Gu
R. (2007). Color removal From textile industry waste-
water using composite ±occulants. Env. Technol. 28,
629-637.
Wintgens T., Melin T., SchäFer A., Khan S., Muston M.,
Bixio D. y Thoeye C. (2005). The role oF membrane
processes in municipal wastewater reclamation and
reuse. Desalination 178, 1-11.
Wu ².S., Tseng R.L. y Juang R.S. (2001). Enhanced abili-
ties oF highly swollen chitosan beads For color removal
and tyrosinase immobilization. J. Hazard. Mater. 81,
167-177.
Wu ².S., Tseng R.L. y Juang R.S. (2002). Adsorption
oF dyes and humic acid From water using chitosan-
encapsulated activated carbon. J. Chem. Tech. Biotech.
77, 1269-1279.
logo_pie_uaemex.mx