Resumen:
El objetivo de este trabajo fue efectuar el tratamiento por precipitación química, fotólisis, Fenton heterogéneo solar y el acoplamiento del tratamiento fotólisis-Fenton heterogéneo solar de residuos provenientes del rastro municipal de Joquicingo. Este rastro descarga la mezcla de agua residual y residuos de la matanza con alta Demanda Química de Oxígeno (DQO) lo que genera contaminación al medio ambiente y a la comunidad.
El tratamiento por precipitación química se llevó a cabo mediante la síntesis de acetato de calcio (Ca(Ac)2), a partir de cascarón de huevo de gallina. La síntesis de este compuesto, se realizó de cinco formas diferentes, 1) (CaAc1) a partir del ácido acético (HAc) y cascarón de huevo de gallina, 2) (CaAc2) a partir de óxido de calcio comercial (CaO, cal viva) y HAc, 3) (CaAc3) con una mezcla de cascarón y óxido de calcio comercial en relación 1:1 y HAc, 4) (CaAc4) con una mezcla de cascarón y óxido de calcio comercial en relación 1:2 y HAc y finalmente 5) (CaAc5) con óxido de calcio proveniente de la calcinación del cascarón y HAc. El Ca(Ac)2 se utilizó como agente precipitante principalmente de oxianiones (SO42- , PO43- y CO32-), como yeso, hidroxiapatita y carbonato de calcio.
En una primera etapa se llevó a cabo el tratamiento fisicoquímico en medio básico (pH 12), utilizando cada uno de los 5 acetatos sintetizados. Los acetatos CaAc1 y CaAc2 removieron 35.37% y 44.1% de DQO respectivamente. El CaAc1 a pH 12 remueve el 64.7% y 40.5% de SO42- y PO43- respectivamente, sin embargo, la alcalinidad como mg/L CaCO3 se incrementó debido a la adición de Ca(OH)2. En la segunda etapa se realizó el tratamiento fisicoquímico en medio ácido, a pH 4 utilizando HCl, H2SO4 y HAc de forma independiente y utilizando sólo el CaAc1. El tratamiento a pH ácido remueve 26.4% y 22.29% de DQO utilizando HCl y H2SO4 respectivamente, sin embargo, al utilizar HAc, la DQO se incrementa al tratarse de un ácido orgánico. Los iones PO43- se incrementaron a ese pH en relación con el valor inicial, debido a que los organofosfatos presentes en la materia orgánica y en la sangre se disuelven y no precipitan. La remoción de los iones SO42- empleando CaAc1 a pH 4 alcanza valores de 53.62% y 62.86% utilizando HAc y HCl respectivamente. Se llevó a cabo el estudio cinético en función de la DQO, y se ajustó al modelo de segundo orden, con R2 de 0.9557 y k= 5x10-6 1/(mg/L)•h para el CaAc1.
Los resultados generados en esta investigación se han incluido en el artículo que lleva por nombre “Removal of inorganic chemical species and organic matter from slaughterhouse wastewater via calcium acetate synthesized from eggshell”, el cual ha sido publicado en la revista “Journal of
Environmental Science and Health, Part A” editorial Taylor & Francis, con un factor de impacto de 1.56, la revista esta indexada en Journal Citation Reports y de acuerdo Scimago Journal & Country Rank (SJR) pertenece al cuartil Q2.
En el tratamiento por fotólisis y el sistema acoplado de fotólisis–Fenton heterogéneo solar, se utilizó la zeolita clinoptilolita como material soporte la cual fue modificada usando una celda electroquímica con ánodos de sacrificio (Fe, Cu y Fe-Cu), los materiales obtenidos se emplearon como catalizadores. La muestra fue pretratada por fotólisis a 6 diferentes valores de pH (4.5, 5.0, 6.4, 7.4, 8.5 y 9.0), el tratamiento solar Fenton se llevó a cabo a pH 2.8 y 6.4 utilizando un colector solar en ambos casos. La concentración óptima de H2O2 fue de 0.195 M.
Los residuos del rastro municipal presentaron la composición: DQO 20240 mg/L, COT de 2714 mg/L, color 13275 U Pt-Co, pH 7.96. El tratamiento acoplado empleando el pretratamiento fotólisis a pH 6.4 sin adición de H2O2 y el tratamiento Fenton heterogéneo solar a pH 6.4 usando zeolita ZCu-Cu presentó la mejor sinergia, este tratamiento remueve el 92.35% de DQO, 99.98% de color y un 66.21% de COT, los resultados fueron incluidos en el manuscrito “Characteristics of Slaughterhouse Wastes and Photocoagulation Pretreatment Coupled to a Solar Photo-Fenton Process”. El cual se encuentra en revisión por la revista "Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry" editorial Elsevier, con un factor de impacto de 3.261, la revista esta indexada en Journal Citation Reports y de acuerdo Scimago Journal & Country Rank (SJR) pertenece al cuartil Q1. El análisis por IR mostró que en los diferentes tratamientos ocurre el rompimiento de enlaces característicos del grupo pirrol presentes en la hemoglobina y la descarboxilación de compuestos orgánicos presentes en la muestra. El análisis realizado por espectroscopia de fluorescencia indicó que las proteínas de la hemoglobina disminuyen con el tratamiento por fotólisis y el sistema acoplado, sin embargo, que las sustancias húmicas permanecen después de los tratamientos.
Las alternativas estudiadas para el tratamiento del agua residual y residuos de rastro municipal son novedosas, eficientes y seguras. El uso del cascarón de huevo de gallina y de energías renovables hace que los sistemas sean sustentables.
Descripción:
El capítulo 1 muestra los antecedentes correspondientes a la problemática de la descarga de agua residual y residuos de rastro municipal sin tratar. Se incluyen los principales antecedentes correspondientes al tratamiento de aguas residuales (biológicos, fisicoquímicos y de oxidación avanzada), así como, la importancia del uso del cascarón de huevo de gallina. Se presenta análisis termodinámico correspondiente a la síntesis del acetato de calcio.
El capítulo 2 y 3 muestran la justificación científica y contextual de la presente investigación, así como la hipótesis y los objetivos generales y particulares a alcanzados. El capítulo 4 describe la metodología realizada durante la investigación, partiendo de la síntesis de acetato de calcio y descripción de la forma en cómo se modificó electroquímicamente la zeolita clinoptilolita, la caracterización del agua residual y residuos del rastro, se detalla y residuos del rastro, considerando la toma de muestras. Se detallan el tratamiento de agua residual por precipitación química, fotólisis, Fenton heterogéneo solar usando zeolita modificada.
El capítulo 5 presenta los resultados obtenidos en los dos artículos científicos, el primero donde se publicó el tratamiento por precipitación química empleando acetato de calcio sintetizado a partir del cascarón de huevo de gallina. El segundo el cual se encuentra en revisión, muestra el tratamiento por fotólisis acoplado al proceso Fenton heterogéneo solar en Bach.
El capítulo 6 presenta la discusión general del trabajo y las conclusiones, el capítulo 7 contiene los anexos correspondientes en particular límites máximos permisibles de descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales, a los cálculos empleados para especies ácidas y alcalinas, en la síntesis de acetato de calcio y finalmente el capítulo 8 muestra los productos obtenidos.