Tesis de Electrorremediacion de Suelos Diana

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ELECTRORREMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CONTAMINADOS POR Cd, Zn y As UTILIZANDO PANELES FOTOVOLTAICOS, A NIVEL DE TESIS PRESENTADO POR LOS BACHILLERES:

ESPINOZA CARDENAS, Jhansell Jhna!an" TACZA RICAPA, D#ana S#l$#a" PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO QUÍMICO HUANCAYO - PERÚ

2014

 ASESOR

Ms" MOIS%S ENRIQUE BELTR&N BELTR&N L&ZARO

ii

DEDICATORIA Dedico este trabajo a Dios por darme la fortaleza necesaria para seguir adelante, a mi padre y mi hermosa madre por su amor amor y su apoy apoyoo inco incond ndic icio iona nall para para realizarme como persona y profesional, a mis hermanos por su apoyo desinteresado y sus consejos para alcanzar mis metas. Diana

Este Este trab trabaj ajoo va dedi dedica cado do en prim primer  er  lugar a Dios por ayudarme cada día y regala regalarme rme de su infini infinita ta sabidu sabiduría ría y  permitirme gozar de buena salud. A Efraín y María, mis padres que siempre han han sid sido la luz luz en los los mome moment ntos os oscu oscuro ross, que que con con tern ternur uraa me han han mostrado el camino correcto y que con su amor y apoyo incondicional convirtieron este logro en el de ellos. A mi compaera Diana por su apoyo para con conmigo migo.. A mis mis amig amigoos que han compartido conmigo penas y alegrías. !hansell

iii

AGRADECIMIENTO A Dios por darnos la fuerza y mostrarnos nuestros caminos en el trayecto de la vida. A nuestras familias que son nuestra fuerza y motivaci"n para seguir adelante, y que por su apoyo incondicional hoy somos profesionales. Del mismo modo un especial agradecimiento a nuestro asesor Ms. Mois#s Enrique $eltr%n &%zaro por su apoyo en la realizaci"n de este trabajo de investigaci"n, quien con su e'periencia y conocimiento supo encaminarnos al buen desarrollo de este trabajo. Así mismo a la Dr. (lor )ea quien nos apoy" de manera incondicional en la realizaci"n de este trabajo.  *uestro agradecimiento no sería completo si no agradeci#ramos a nuestros amigos que nos han apoyado en diferentes etapas de este trabajo y de esa manera permiti#ndonos alcanzar  nuestras metas.

iv

RESUMEN El presente trabajo de investigaci"n tiene como objetivo principal remover los metales  pesados de suelos contaminados de la Estaci"n E'perimental de El Mantaro +*-)  !auja/ variando la concentraci"n del electrolito +-01-220/ y el tiempo de residencia por el m#todo de electrorremediaci"n mediante paneles fotovoltaicos, a nivel de laboratorio. &a electrorremediaci"n es un m#todo utilizado para descontaminar suelos que contienen metales pesados org%nicos mediante el paso de una corriente directa a trav#s del suelo. )ara llevar a cabo el proceso de electrorremediaci"n se utiliz" energía generada mediante los  paneles fotovoltaicos con el fin de contribuir a la protecci"n del medio ambiente y disminuir costos de consumo de energía. 3e trat" 456 g de suelo contaminado, utilizando electrodos de acero ino'idable y grafito con una separaci"n de 76 cm, con una tensi"n de corriente de 14 8 y utilizando como electrolitos el %cido ac#tico a diferentes concentraciones, luego se realiz" los an%lisis del suelo por 9-)M3. 3e determin" la concentraci"n del electrolito +-01-220/ y un tiempo de tratamiento de 1: horas, obteniendo a estas condiciones los mayores porcentajes de remoci"n los cual fueron; para el -d un <<,4= >? para el @n un <,5< > y un <,:: > para el As. . (inalmente, con los resultados obtenidos de los porcentajes de remoci"n podemos afirmar  que la electrorremediaci"n mediante paneles fotovoltaicos es una alternativa viable para el tratamiento de suelos contaminados por metales pesados.

v

INTRODUCCIÓN Dentro de nuestro país y en especial dentro de la Begi"n !unín los diferentes procesos mineros, tales como la e'ploraci"n, e'plotaci"n, beneficio, fundici"n, refinaci"n, causan diversos impactos ambientales, tales como contaminaci"n de ríos un ejemplo real en la Begio !unín es la contaminaci"n del rio Mantaro que trae consigo el arrastre de residuos  peligrosos como metales pesados, afectando la agricultura y por ende nuestra alimentaci"n. )ara el tratamiento de estos sitios contaminados en las Cltimas d#cadas se han propuesto diversas tecnologías, el t#rmino tecnología de tratamiento implica cualquier operaci"n unitaria o serie de operaciones unitarias que altera la composici"n de una sustancia  peligrosa o contaminante a trav#s de acciones químicas, físicas o biol"gicas de manera que reduzcan la to'icidad, movilidad o volumen del material contaminado. El uso de una tecnología de remediaci"n en particular depende adem%s de los factores específicos del sitio y de las propiedades fisicoquímicas del contaminante, de su disponibilidad, de la fiabilidad demostrada o proyectada, de su estado de desarrollo +laboratorio, escala piloto o gran escala/ y de su costo. Estas tecnologías pueden clasificarse de diferentes maneras, con base en los siguientes principios; estrategias de remediaci"n, lugar en el que se realiza el proceso de remediaci"n, tipo de tratamiento se basa en el principio de la tecnología de remediaci"n y se divide en tres tipos biol"gicos, t#rmicos y fisicoquímicos. Dentro de los tratamientos fisicoquímicos, la remediaci"n electrocin#tica tambi#n conocida como electrorremediaci"n, electro restauraci"n, electro reclamaci"n, descontaminaci"n electroquímica o electro migraci"n, es una tecnología en desarrollo que aprovecha las  propiedades conductivas del suelo, cuyo objetivo es separar y e'traer contaminantes org%nicos e inorg%nicos +metales/ de suelos, lodos y sedimentos, con el uso de un campo el#ctrico que permite remover las especies cargadas +iones/.

vi

OBJETIOS OBJETIO GENERAL Evaluar la electrorremediaci"n de los suelos contaminados por -d, @n y As utilizando  paneles fotovoltaicos, a nivel de laboratorio.

OBJETIOS ESPECÍFICOS 

Evaluar los par%metros físicoquímicos en muestras de los suelos contaminados por



-d, @n y As de la Estaci"n E'perimental de El Mantaro  *-). Determinar la concentraci"n optima del electrolito %cido ac#tico en el proceso de



electrorremediaci"n. Determinar el periodo de e'perimentaci"n "ptimo del proceso para el proceso de



electrorremediaci"n. Evaluar la remoci"n de -d, @n y As en los suelos a tratar.

vii

viii

SIMBOLOGÍA UTILI!ADA NOMENCLATURA

9-E&DA m m3E&2

calor especifico

FcalGFg H-

corriente el#ctrica en la celda

A

nCmero de niveles de trabajo masa de suelo

adimensional Fg

n

nCmero de variables independientes

adimensional

B 3E&2

resistencia del suelo

I

83E&2

tensi"n el#ctrica

8

J7

variable para concentraci"n del electrolito

adimensional

J4

variable para periodo de e'perimentaci"n

adimensional

K

potencia el#ctrica

K

L

variaci"n de temperatura

H-

ABREIATURA i'

A

amper

N

armstrong

A-

corriente alterna

-.E.

conductividad el#ctrica

cm

centímetros

cm4

centímetro cuadrado

cm1

centímetro cCbico

D-

corriente continua

d3

decisiemens

E)

Elementos )otencialmente "'icos

g

gramos

h

horas

9-)M3

Espectrometría de Masas con (uente de )lasma de Acoplamiento 9nductivo

9333 Fg

3istema de la Asociaci"n 9nternacional de la -iencia de 3uelo Oilogramos

F)a

constante de disociaci"n del %cido

l

litros

&-

&ímite de -uantificaci"n.

&M)

&ímite M%'imo )ermisible.

M

molar 

m

metros

mg

miligramos

min

minutos

ml

mililitro

mm

milímetro

M2

Materia org%nica

 p0

 potencial de hidr"geno

 ppm

 partes por mill"n

H

temperatura '

volt Qatt micr"metro

8 K Pm

ÍNDICE DE CONTENIDO 'i

DED9-A2B9A ARBADE-9M9E*2 BE3ME* 9*B2D--9S* 2$!E9823 2$!E982 RE*EBA& 2$!E982 E3)E-9(9-2 39M$2&2RTA 9&9@ADA  *2ME*-&ABA A$BE89ABA T*D9-E DE -2*E*9D2

9ii 9v 8 8i vii vii vii viii 9' J Ji

T*D9-E DE (9RBA3

'ii

T*D9-E DE A$&A3 T*D9-E DE A*EJ23

CAPÍTULO I MARCO TEORICO A*E-EDE*E3. 7.4. -2*AM9*A-9S* DE& 3E&2 -2* MEA&E3 )E3AD23. 7.4.7. MEA&E3 )E3AD23. 7.4.7.7. E(E-23 DE E&EME*23 )2E*-9A&ME*E SJ9-23. 7.4.7.4. 2J9-2&2RTA DE &23 -2*AM9*A*E3 3E&E--92*AD23. 7.7.

A. $. -.

AB3E*9-2. -ADM92. @9*-.

3E&2. 7.1.7. -2M)239-9S* DE& 3E&2. a. 9*2BRV*9-23. 2BRV*9-23 2 0M3.  b. 7.1.4. )EB(9& DE& 3E&2. a. 02B9@2*E A  2BRV*9-2 W DE &A8AD2.  b. 02B9@2*E $ 2 DE A-M&A-9S*. c. 02B9@2*E - 2 DE BA*39-9S* 0A-9A &A B2-A 7.1.

7.1.1. A. $. -. D.

MADBE. )B2)9EDADE3 (T39-A3 DE& 3E&2. E& -2&2B. EJBA. E3B-BA. )2B239DAD.

7U 7: 7: 7= 47 47 44 41 4U 45 4: 4: 4= 4= 4= 4= 4 4 4< 4< 16 'ii

E. (.

0MEDAD. DE*39DAD.  p0. R. 0. -A)A-9DAD DE 9*EB-AM$92 9S*9-2. 7.1.U. 9M)2BA*-9A DE& 3E&2. 7.U. E-*2&2RTA DE BEMED9A-9S* DE 3E&23. 7.U.7. E&E-B2BBEMED9A-92*. 7.U.7.7. ME-A*93M23 DE BEM2-9S*. A. &A E&E-B2M9RBA-9S*. $. &A E&E-B2S3M2393. -. &A E&E-B2(2BE393. 7.U.7.4. )B9*-9)92 $V39-2 DE &A E&E-B2BBEMED9A-9S*. 7.U.7.1. (A-2BE3 XE 9*(&WE* E* E& )B2-E32. A. p0 $. -2*E*9D2 DE ARA. -. -2*D-989DAD E&Y-B9-A. D. )2E*-9A& @EA. E. *ABA&E@A W XTM9-A DE& 3E&2. (. *ABA&E@A DE& -2*AM9*A*E. R. E&E-B2D2. 7.U.7.U. DE3-B9)-9S* DE& )B2-E32. 7.U.7.5. 8E*A!A3 W &9M9A-92*E3. 7.5. (2BMA W 2)EBA-9S* DE &A -E&DA DE E&E-B2BBEMED9A-9S*. A. -B9EB923 DE (*-92*A$9&9DAD. $. -B9EB923 )ABA &A 3E&E--9S* DE& MAEB9A& DE &A -E&DA. -. -B9EB923 )ABA &A 3E&E--9S* DE &A RE2MEBTA DE &A -E&DA. D. -B9EB923 )ABA &A 3E&E--9S* DE MAEB9A&E3 DE E&E-B2D2. 7.:. E& 393EMA E&E-B2XTM9-2. 7.:.7. &A (E*E DE )2DEB. 7.:.4. &A -E&DA. 7.:.1. &23 E&E-B2D23. 7.=. E*EBRTA (2282&A9-A. 7.=.7. E&EME*23 DE * 393EMA (2282&A9-2. A. RE*EBAD2B 32&AB. $. A-M&AD2B. -. BER&AD2B DE -ABRA. 9*8EB32B. D. 7.=.4. 9*3A&A-9S* DE& 393EMA (2282&A9-2. A. &23 )A*E&E3 (2282&A9-23. $. &23 A-M&AD2BE3. 7.=.1. (*-92*AM9E*2 (2282&A9-2. 7.=.U. 2B9E*A-9S* DE &23 (2282&A9-23. 7.=.5. D9ARBAMA DE (&!2 DE& 393EMA (2282&A9-2

16 17 17 14 11 15 1: 1= 1= 1= 1 U6 U4

U: U= U U U U< U< 56 56 56 57 57 54 54 51 51 5U 5U 55 55 5= 5

9*3A&AD2. 'iii

CAPITULO II PARTE E"PERIMENTAL 4.7. D93EZ2 EJ)EB9ME*A& 4.4. D93EZ2 (A-2B9A&. 4.4.7. 9DE*9(9-A-9S* DE 8AB9A$&E3. 4.4.4. 3E&E--9S* DE (A-2BE3. 4.4.1. BAAM9E*2 DE DA23. 4.1. EX9)23 9&9@AD23. 4.U. MAEB9A&E3 9&9@AD23. 4.5. BEA-9823 9&9@AD23. 4.:. ME2D2&2R9A EJ)EB9ME*A&. 4.:.7. )B2-ED9M9E*2 )ABA &A 2MA DE ME3BA. 4.:.4. )B2-ED9M9E*2 )ABA &A 9*3A&A-92* DE &23 EX9)23. )B2-ED9M9E*2 )ABA &A E&E-B2BBEMED9A-92*. 4.:.1.

:6 :6 :6 :7 :7 :4 := : : : :< :<

CAPITULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS# =6 1.7. BE3&AD23. -ABA-EB9@A-92* 9*9-9A& (939-2X9M9-A DE& 3E&2. 1.7.7. -ABA-EB9@A-9S* DE& 3E&2 DE3)E3 DE 3 BAAM9E*2 1.7.1. MAB9@ DE EJ)EB9ME*23 W BE3&AD23

=4

1.4. A*A&9393 DE 8AB9A*@A. 1.4.7. A*A&9393 DE 8AB9A*@A )ABA E& )2B-E*A!E DE BEM2-92* DE

=U

-ADM92 +-d/. 1.4.4. A*A&9393 DE 8AB9A*@A )ABA E& )2B-E*A!E DE BEM2-92* DE

=U

@9*- +@n/. 1.4.1. A*A&9393 DE 8AB9A*@A )ABA E& )2B-E*A!E DE BEM2-92* DE

=

1.7.4.

=1

AB3E*9-2 +As/. 7 1.1. BEA--92*E3 )B2D-9DA3. U 1.U. -2M)ABA-9S* DE &23 BE3&AD23 2$E*9D23 -2* &23 &9M9E3 MAJ9M23 )EBM939$&E3 3ER[* *2BMA E-*9-A. 1.5. )BE$A DE 09)2E393.

5 5

D93-392* DE BE3&AD23.

= 'iv

-2*-&392*E3 BE-2ME*DA-92*E3

< <6

BE89392* $9$&92RBA(9-A. A*EJ23.

<7 <5

'v

INDICE DE FIGURAS (9RBA 7.7; MEA&E3 -&A39(9-AD23 -2M2 -&A3E A +DB23/, -&A3E $ +3A8E3/. (9RBA 7.4; E3XEMA RE*EBA& DE &A3 (BA--92*E3 XE -2M)2*E*

U

E& 3E&2. (9RBA 7.1; 02B9@2*E3 DE& 3E&2. (9RBA 7.U; 9*EB-AM$92 9S*9-2 E* E& 3E&2. (9RBA 7.5; -&A39(9-A-9S* DE &A3 E-*2&2RTA3 DE BEMED9A-9S*. (9RBA 7.:; BAAM9E*2 DE E&E-B2BBEMED9A-9S* A)&9-AD2

74 7U 7 47

D9BE-AME*E E* 3E&23. (9RBA 7.=; ME-A*93M23 DE E&E-B2S3M2393. (9RBA 7.; ME-A*93M2 DE E&E-B2(2BE393. (9RBA 7.<; )B2-E32 DE E&E-B2BBEMED9A-9S* E&E-B2-9*Y9-A. (9RBA 7.76; RE*EBAD2B 32&AB. (9RBA 7.77; A-M&AD2B 32&AB )2KEB3A(E. (9RBA 7.74; BER&AD2B DE -ABRA. (9RBA 7.71; 9*8EB32B DE -2BB9E*E DE 2*DA 3E*29DA& +U666K/. (9RBA 7.7U; E*39S* DE U1 8 2$E*9DA )2B E& )A*E& W E*89AD2 A&

41 4U 4U 45 1< 1< U6 U6

BER&AD2B. (9RBA 7.75; E*39S* 2$E*9DA )2B E& )A*E& W E*89AD2 A&

U7

BE-9(9-AD2B. (9RBA 7.7:; E& V*R&2 DE

U7 9*-&9*A-9S* W E& V*R&2 DE

9*-9DE*-9A BE3)E-2 A& )A*E& (2282&A9-2. (9RBA 7.7=; 9*3A&A-9S* (2282&A9-A.

UU U5

9*D9-E DE A$&A3

A$&A 7.7; -&A39(9-A-9S* EJBA& DE& 3E&2 A$&A 7.4; -&A39(9-A-9S* DE &A3 )ABT-&A3 DE& 3E&2 3ER[* 3

U

AMAZ2. A$&A 7.1; E-*2&2RTA3 DE BEMED9A-9S* DE 3E&23. A$&A 7.U; )B9*-9)A&E3 8E*A!A3 W &9M9A-92*E3

74 7U DE

&A 'vi

E&E-B2BBEMED9A-9S*.

7

INDICE DE ANE"OS ANE"OS A FOTOGRAFIAS DE MUESTREO DE SUELOS# (22RBA(TA A.7; EBBE*2 ARBT-2&A $9-AD2 E* &A E3A-9S* DE E& MA*AB2 +*-)!A!A/ BERAD2 -2* ARA3 DE B92 MA*AB2. (22RBA(TA A.4; -A*A& DE B9ER2

)B28E*9E*E

DE&

B92

MA*AB2 -2* E& -A& B9ERA* &23 EBBE*23 DE -&982 A *23 1 Fm DE& B92. (22RBA(TA A.1; )*23 DE ME3BE2 DE 3E&2 E* @9R \ @AR. (22RBA(TA A.U; EJ-A8A-92*E3 )ABA 3A-AB &A3 ME3BA3 DE 3E&2 A *A )B2(*D9DAD DE 46 cm A 16 cm. 'vii

(22RBA(TA A.5; BE-2!2 DE &A3 ME3BA3 DE 3E&2 )ABA 3 )23EB92B 3E-AD2 W AM9@AD2. (22RBA(TA A.:; 3E-AD2 DE &A3 ME3BA3 DE 3E&2 DBA*E 15 min A 7: H-. (22RBA(TA A.=; M2&9E*DA W AM9@AD2 DE &A3 ME3BA3 DE 3E&2 A MA&&A 4 mm. (22RBA(TA A.; EM)AXEAD2 W E9XEAD2 DE ME3BA3 DE 3E&2 )ABA 33 BE3)E-9823 A*V&9393 (T39-2 XTM9-23 +-ABA-EB9@A-9S* E 9-)M3/ 7Fg A)B2J9MADAME*E )ABA -ADA A*V&9393.

ANE"O B FOTOGRAFIAS DE HUMECTACION DE LA MUESTRA Y DEL PROCESO DE ELECTRORREMEDIACION# (22RBA(TA $.7; 8A-9AD2 W 0ME-A-9S* DE &A ME3BA DE 3E&2 -2* E& E&E-B2&92 A BA$A!AB. (22RBA(TA $.4; 0ME-A-9S* DE &A ME3BA DE 3E&2 A*E3 DE& BAAM9E*2 DE E&E-B2BBEMED9A-9S*. (22RBA(TA $.1; EX9)2 DE E&E-B2BBEMED9A-9S*. (22RBA(TA $.U; )B2-E32 DE E&E-B2BBEMED9A-9S*. (22RBA(TA $.5; DE3)Y3 DE& BAAM9E*2 E& 3E&2 3E 3A-A E* * BE-9)9E*E )ABA 3 3E-AD2. (22RBA(TA $.:; 3E-AD2 DE &A ME3BA DE 3E&2 DE3)Y3 DE& BAAM9E*2 A EM)EBABA AM$9E*E. (22RBA(TA $.=; EM$2&3AD2 DE &A3 ME3BA3 DE 3E&2 DE3)Y3 DE 3 BAAM9E*2.

ANE"O C DISE$O DE LOS ELECTRODOS (22RBA(TA -.7; E&E-B2D2 DE A-EB2 9*2J9DA$&E +A939 16U/ 9&9@AD2 -2M2 V*2D2, DE U cm DE D9VMEB2 AD0EB9D2

-2*

*

MA*R2

DE&

M93M2

MAEB9A& DE < cm DE &ABR2. (22RBA(TA -.4; E&E-B2D2 DE RBA(92 9&9@AD2 -2M2 -V2D2,

AD0EB9D2

*

MA*R2 'viii

A-2*D9-92*AD2 )ABA 323E*EB E& RBA(92 DE MAEB9A& DE A-EB2 9*2J9DA$&E DE < cm DE &ABR2.

ANE"O D FORMA Y DIMENSIONES DE LA CELDA PARA LA ELECTRORREMEDIACION (22RBA(TA D.7; -E&DA )ABA E& )B2-E32

DE

E&E-B2BBEMED9A-9S* DE 3E&23 (22RBA(TA D.4; )ABE 3)EB92B &23 )2@23 A*SD9-2 W -ASD9-2, E* &A )ABE 9*(EB92B @2*A )ABA &A ME3BA DE 3E&2. BE3 )ABE3 DE &A -E&DA

)ABA

E&

)B2-E32

DE

E&E-B2BBEMED9A-9S* DE 3E&23. ANE"O E A$&A E.7; A$&A DE D93B9$-9S* ( DE 3*EDE-2B.

ANE"O F RESULTADOS DE LOS ANALISIS FISICOQUIMICOS SEGÚN LOS LABORATORIOS# BE)2BE (.7; -ABA-EB9@A-9S* DE& 3E&2. BE)2BE (.4; BE3&AD2 DE A*V&9393 )2B 9-) DE MA3A3 DE &A ME3BA B7. BE)2BE (.1; BE3&AD2 DE A*V&9393 )2B 9-) DE MA3A3 DE &A ME3BA B4. BE)2BE (.U; BE3&AD2 DE A*V&9393 )2B 9-) DE MA3A3 DE &A ME3BA B1. BE)2BE (.5; BE3&AD2 DE A*V&9393 )2B 9-) DE MA3A3 DE &A ME3BA BU. BE)2BE (.:; BE3&AD2 DE A*V&9393 )2B 9-) DE MA3A3 DE &A ME3BA B5. BE)2BE (.=; BE3&AD2 DE A*V&9393 )2B 9-) DE MA3A3 DE &A ME3BA B:. BE)2BE (.; BE3&AD2 DE A*V&9393 )2B 9-) DE MA3A3 DE &A ME3BA B=. BE)2BE (.<; BE3&AD2 DE A*V&9393 )2B 9-) DE MA3A3 DE &A ME3BA B. 'i'

ANE"O G  *2BMA E-*9-A )ABA MEA&E3 E* E& 3E&2. ANE"O H $A&A*-E DE E*EBR9A FALTA LAS PAGINAS DEL INICE

''

CAPITULO I MARCO TEORICO 1#1# ANTECEDENTES# &aura Rarcía 0ern%ndez y colaboradores +4676/, llevaron a cabo estudios potenciost%ticos en una celda cilíndrica de electrorremediaci"n, con un suelo real de clase arenosa, contaminado  por residuos mineros de la zona de @imap%n 0idalgo, con una concentraci"n inicial de )b total de U1 ppm. tilizando agua desionizada, -01-220 y -01-22*0U, ya sea como humectante del suelo, como anolito o catolito, para facilitar la solubilidad de las especies, la conductividad el#ctrica y para el control del p0. En estos e'perimentos se aplic" un potencial el#ctrico constante de 46 8 durante 4U horas. &os resultados muestran una disminuci"n en la conductividad el#ctrica del suelo y un aumento de esta en los electrolitos, lo que indica el movimiento de especies i"nicas hacia estos, mientras que la variaci"n del p0 al final de los e'perimentos es de 6,: unidades. Asimismo se observ" una remoci"n del )b en todos los e'perimentos planteados, pero para el caso particular cuando se utiliz" -01-220 como anolito y catolito, y el suelo se humecto con agua, se present" una remoci"n del 74 > con respecto a la concentraci"n inicial. + Electrorremediación de Pb en suelos contaminados de  Zimapán Hidalgo, usando agua y ácido acético como electrolitos. 2btenida de;

http;GGQQQ.uaeh.edu.m'GinvestigacionGicbiG&9]Bec-orrGvictor]reyesGEAm6:U.pdf/ &aura Rarcía 0ern%ndez y colaboradores +4677/, realizaron estudios potenciost%ticos en una celda de electrorremediaci"n e'perimental, de un suelo real tipo arenoso +<1 > arena/ contaminado por la o'idaci"n residuos mineros proveniente de la zona de @imap%n 0idalgo, se utiliz" agua desionizada, -01-220 y -01-22*0U 6,667 M, ya sea como humectante del suelo o como electrolitos, se aplic" un potencial el#ctrico constante de 46 8 durante 4U horas. Al terminar los e'perimentos se recuper" el suelo, se determin" el p0, observ%ndose que el suelo presenta una gran capacidad de amortiguamiento. &a conductividad el#ctrica  present" una disminuci"n en el suelo y un incremento en los electrolitos, el cual fue atribuido a la migraci"n i"nica de los contaminantes debido a la imposici"n del potencial el#ctrico? al final de los e'perimentos se logr" una remoci"n de 74 > +< ppm/ para )b, 46 > += ppm/ 7

 para -d y 44 > para As +=< ppm/ . + Electrorremediación de suelos arenosos contaminados  por Pb, Cd y As provenientes de residuos mineros, utilizando agua y ácido acético como electrolitos. 2btenido de. http;GGQQQ.scielo.org.m'GpdfGsvGv4Un7Gv4Un7a:.pdf/

!orge (rancisco Rranda &aso +4677/, Evaluaron la t#cnica de electrorremediaci"n de suelos contaminados con metales pesados +plomo, ars#nico y zinc/, para lo cual se dise" y construy" una celda de electrorremediaci"n. )ara el estudio se analizaron conjuntamente medidas de p0, concentraci"n de contaminantes. &os factores considerados fueron los siguientes? tres distancias entre electrodos, dos tiempos de tratamiento y dos tipos de electrolitos? en los resultados se determin" su influencia en la concentraci"n final, de estos metales en las muestras de suelos remediados. &as muestras con mayor concentraci"n en  plomo, ars#nico y zinc fueron seleccionadas para realizar el proceso de electrorremediaci"n. 3e comprob" que, para las condiciones e'perimentales utilizadas, el tratamiento con menor  concentraci"n despu#s de aplicada la t#cnica de electrorremediaci"n, es el tratamiento a las condiciones de 75 cm de distancia entre electrodos, 4U horas de tratamiento y %cido fosf"rico como electrolitos para el caso del plomo y zinc? el tratamiento a las condiciones de 76 cm de distancia entre electrodos, 4U horas de tratamiento y %cido fosf"rico como electrolito para el caso del ars#nico? presentan una eficiencia del <<.< > para la movilizaci"n de metales  pesados. +Evaluaci"n de la t#cnica de electrorremediaci"n de suelos contaminados por metales  pesados. 2btenido de http;GGdspace.utpl.edu.ecGjspuiGbitstreamG741U5:= de -u para un peso de relave de 7, Fg, en 566 horas, potencial el#ctrico de 46 8 y usando como electrolito el 0432U. El uso de aditivos tales como %cidos y ligandos aumenta la velocidad de la remoci"n del cobre en los relaves. En el caso de los ligandos cuando el complejo de cobre 4

estable

en

condiciones

+Electrorremediaci"n

%cidas de

es

cati"nico relaves

el

proceso

de

cobre.

mejora

aCn

m%s.

2btenido

de

http;GGQQQ.eiq.clGcchiq466
1#2#

CONTAMINACION DEL SUELO CON METALES PESADOS# En las Cltimas d#cadas, el suelo se ha ido deteriorando, especialmente en

los lugares en que las actividades econ"micas se hacen importantes, abusando del medio ambiente, degradando y contaminando este recurso natural con metales pesados. Entre las actividades que son fuentes de contaminaci"n por metales pesados se encuentran; la minería, la agricultura, uso de combustibles f"siles, la industria electr"nica, la industria química, lugares de deposici"n de basura. +AlloQay $, 7<<5/. &a minería es una de las actividades econ"micas de mayor tradici"n, que contribuye en gran medida con el desarrollo econ"mico del país, suministrando insumos a una serie de industrias +construcci"n, metalCrgica, siderCrgica, química y electr"nica/. Debido al desarrollo y modernizaci"n en los procesos de e'tracci"n y procesamiento de los recursos minerales, así como a la generaci"n de grandes cantidades de residuos provenientes de sus  procesos, la industria minera ha generado por d#cadas una gran cantidad de contaminaci"n de diferentes tipos provocando la e'istencia de sitios contaminados a lo largo de todo el país. &a minera produce un importante impacto ambiental debido a las mCltiples fuentes de contaminaci"n que presenta esta actividad. Algunas de #stas son los acopios de mineral est#ril, botaderos, tranques de relaves. Estos residuos mineros al fragmentarse por el  proceso de meteorizaci"n liberan iones met%licos al medio. + AlloQay $, 7<<5/.

1#2#1#

METALES PESADOS# El t#rmino metal pesado es usado comCnmente en materia de contaminaci"n

ambiental, su uso en #ste y otros conte'tos han causado confusi"n. na de las definiciones m%s comunes se aplica a metales con una densidad +gravedad específica/ mayor a 5 gGcm1. 3in embargo, dentro de esta clasificaci"n tambi#n caen elementos +no metales/ con propiedades químicas muy diferentes, adem%s de que la gravedad específica no es significativa en cuanto a la reactividad, to'icidad de un metal. El t#rmino tambi#n se ha definido con base en otras 1

 propiedades fisicoquímicas +peso y nCmero at"mico, reacci"n con otros elementos/ y to'icol"gicas, por lo que resulta inconsistente. 2tra clasificaci"n m%s aceptada, se basa en la acidez de &eQis y se enfoca en las propiedades químicas de los metales, de manera que los metales pesados se clasifican como elementos de clase A +duros/, clase $ +suaves/ y de frontera tal y como se muestra en la figura 7.7. Esta clasificaci"n se basa en la forma en la que se unen los metales en sus complejos y determina las posibilidades para la formaci"n de los mismos. +Duffus, !.0., 4664/.

Figura 1.1: Metales clasificados como clase A (duros), clase B (suaves) y frontera (metales intermedios). Fuente: Tania Volke e!"lveda

1#2#2# EFECTOS DE ELEMENTOS POTENCIALMENTE TO"ICOS# )ara que un i"n de algunos de los elementos tenga un efecto fisiol"gico o t"'ico sobre un organismo, primero debe entrar a la c#lula. &os cationes met%licos divalentes +Mn^4, (e^4, -o^4, *i^4, -u^4 y @n^4/ son estructuralmente muy similares entre sí. De esta manera, por su semejanza estructural, ciertos cationes met%licos divalentes pueden desplazar a otros con funciones fisiol"gicas importantes en la c#lula. +*ies, D.0. 7<<
Aun, elementos sin propiedades t"'icas en baja concentraci"n, como @n^4 o *i^4 y, especialmente -u^4, son t"'icos en concentraciones mayores. +Duffus, !.0., 4664/. Del resto de los metales, el (e, Mo y Mn son elementos traza importantes con baja to'icidad? el @n, *i, -u, 8, -o, K y -r son t"'icos con importancia biol"gica moderada? y elementos como As, Ag, 3b, -d, 0g, )b y , no tienen importancia biol"gica significativa como elementos traza y se consideran t"'icos. +*ies, D.0. 7<<
O&'()*&*+*,). ) +'/),'*,*.; son los requeridos en pequeas cantidades, o

cantidades traza por plantas y animales, y son necesarios para que los organismos completen su ciclo vital. )asado cierto umbral se vuelven t"'icos. Dentro de este grupo est%n; cobalto +-o/, cromo +-r/, cobre +-u/, fierro +(e/, molibdeno +Mo/, manganeso +Mn/, selenio +3e/, vanadio +8/ y zinc +@n/. + Evaluación de la técnica de electrorremediación de suelos contaminados

por

metales

pesados.

2btenido

de

http;GGdspace.utpl.edu.ecGjspuiGbitstreamG741U5:=
5

4.

M*&*. 3*.). .', 5,/'6, 7')&6('/ /),)/'; cuya presencia en determinadas

cantidades en seres vivos lleva aparejadas disfunciones en el funcionamiento de sus organismos. Besultan altamente t"'icos y presentan la propiedad de acumularse en los organismos vivos. 3on principalmente; berilio +$e/, cadmio +-d/, mercurio +0g/, plomo +)b/, níquel +*i/, antimonio +3b/, bismuto +$i/, titanio +i/, escandio +3c/. + Evaluación de la técnica de electrorremediación de suelos contaminados por metales pesados. 2btenido de

http;GGdspace.utpl.edu.ecGjspuiGbitstreamG741U5:=
de

suelos

por

metales

pesados.

2btenido

de

http;GGQQQ.ehu.esGsemGmacla]pdfGmacla76GMacla76]U.pdf/. &os elementos traza m%s abundantes en los suelos pueden clasificarse en cinco categorías, de acuerdo con la forma química en que se encuentran en las soluciones del suelo; cationes +Ag^7, -d^4, -o^4, -r ^1, -u^4, 0g^4, *i^4, )b^4 y @n^4/? metales nativos mercurio +0g/ y vanadio +8/? o'ianiones +As2U1, -r2U4, Mn2U4, 3e2U4? halogenuros +(, -l, $r , 9/ y organocomplejos plata +Ag/, ars#nico +As/, mercurio +0g/, selenio +3e/, teluro +e/ y talio +l/. Estas categorías no se e'cluyen mutuamente, porque algunos elementos pueden aparecer  con m%s de una forma. +0olman !.)., 7<</ El contenido de metales pesados en suelos, debería ser Cnicamente funci"n de la composici"n del material original y de los procesos edafogen#ticos que dan lugar al suelo.

:

)ero la actividad humana incrementa el contenido de estos metales en el suelo en cantidades considerables, siendo esta, la causa m%s frecuente de las concentraciones t"'icas. De hecho esto sucede debido a los vertidos de origen antropog#nico,  procedentes de vertidos industriales, de actividades mineras, de la aplicaci"n de plaguicidas. -omo resultado, se emiten grandes cantidades de partículas que, despu#s de un cierto tiempo de permanencia en la atm"sfera, precipitan en los suelos lejos del lugar donde han sido vertidas. +AlloQay $, 7<<5/. De todos los elementos traza encontrados en suelos, hay 7= que se consideran como muy t"'icos y a la vez f%cilmente disponibles en muchos suelos en concentraciones que sobrepasan los niveles de to'icidad. Estos son; plata +Ag/, ars#nico +As/, bismuto +$i/, cadmio +-d/, cobalto +-o/, cobre +-u/, mercurio +0g/, níquel +*i/, plomo +)b/, paladio +)d/, platino +)t/, selenio +3e/, estao +3n/, teluro +e/, talio +l/ y zinc +@n/. De ellos, diez son f%cilmente movilizados por la actividad humana en proporciones que e'ceden en gran medida la de los  procesos geol"gicos. Este es el caso de; plata +Ag/, ars#nico +As/, cadmio +-d/, cobre +-u/, mercurio +0g/, níquel +*i/, plomo +)b/, paladio +)d/, estao +3n/ y talio +l/ incluye en la lista de contaminantes prioritarios los siguientes trece elementos traza; antimonio +3b/, ars#nico +As/, berilio +$e/, cadmio +-d/, cromo +-r/, cobre +-u/, mercurio +0g/, níquel +*i/,  plata +Ag/, plomo +)b/, selenio +3e/, talio +l/ y zinc +@n/, introduciendo al berilio, respecto a las listas anteriores de los m%s t"'icos y disponibles. +Contaminación de suelos por metales  pesados. 2btenido de http;GGQQQ.ehu.esGsemGmacla]pdfGmacla76GMacla76]U.pdf/.

1#2#2#1# A#

TO"ICOLOGIA DE LOS CONTAMINANTES SELECCIONADOS#

ARSENICO# El ars#nico se presenta en forma libre en pequeas cantidades. El mineral m%s

corriente es la arsenopirita +(eAs3/, del que se obtiene el elemento por calentamiento. Es un constituyente natural de los minerales de plomo, zinc, oro y cobre, que puede liberarse durante el proceso de fundici"n de los mismos. &os gases y el material particulado de la minería y fundiciones pueden actuar como fuentes contaminantes de ars#nico. En los suelos est% uniformemente distribuido en los tipos de rocas m%s importantes ya que tiene gran afinidad a formar o e'istir en muchos minerales. Aunque los =

minerales y compuestos de ars#nico son f%cilmente solubles, la migraci"n de ars#nico est% muy limitada debido a la fuerte adsorci"n por arcillas. &os estados de o'idaci"n m%s comunes del ars#nico son 1, 6, ^1 y ^5. De ellos el As^1 es característico de ambientes reductores. 3i  bien la movilidad de #ste en el suelo es proporcional a la cantidad de ars#nico e'istente e inversamente proporcional al tiempo y a los contenidos en "'idos hidratados de hierro y aluminio. &as reacciones del ars#nico en los suelos est%n gobernadas por sus estados de o'idaci"n. 3u to'icidad depende de la concentraci"n de ars#nico soluble, siendo el arseniato s"dico y el tri"'ido de ars#nico los m%s t"'icos. 3e acumula en el hígado, riones, piel, pelo y uas? se elimina por la orina. &a ingesti"n de dosis crecientes habitCa el organismo al veneno y lo hacen m%s resistente. El ars#nico inorg%nico es un cancerígeno para el hombre? por vía inhalatoria el efecto crítico es el c%ncer de pulm"n. 3e ha observado un incremento de la incidencia de c%ncer de pulm"n en varios grupos e'puestos ocupacionalmente a compuestos de ars#nico inorg%nico. &os compuestos de ars#nico se utilizan principalmente en la agricultura como  plaguicidas,

herbicidas. 3e usa tambi#n en bronces, pirotecnia, en la industria

microelectr"nica y en la manufactura de semiconductores8.

B#

CADMIO# (recuentemente se presenta en pequeas cantidades asociado a minerales de

zinc, tales como la esfalerita +@n3/. Minerales propios son la blenda de cadmio +-d3/, la otavita +-d-21/ y la monteponita +-d2/. )uede e'istir de forma natural en altas concentraciones cuando se encuentra asociado a minerales de zinc, o en %reas cercanas a dep"sitos de cadmio. $%sicamente se recupera como subproducto de los procesos de fundici"n y refinamiento de concentrados de zinc. 3e encuentra muy asociado con el zinc en su geoquímica ya que ambos elementos tienen estructuras i"nicas y electronegatividades similares, aunque el cadmio  presenta una afinidad m%s fuerte que el zinc por el azufre. &a principal especie de cadmio en la soluci"n del suelo es -d^4.



En suelos contaminados las especies de cadmio soluble predominantes es el ion libre -d^4  junto con otras especies neutras como -d32U  o -d-l4, presentes en cantidades crecientes donde el p0 es mayor que :,5. El cadmio no tiene funci"n biol"gica esencial y tanto #l como sus compuestos son muy t"'icos para plantas y animales. -asi todo el cadmio se obtiene como subproducto en el procesado de minerales de zinc, cobre y plomo. El cadmio es componente de algunas de las aleaciones de m%s bajo punto de fusi"n. +(rancisco $. @., 7<<4/

C#

!INC# El zinc es uno de los elementos menos comunes? se estima que forma parte de

la corteza terrestre en un 6,6665 > a 6,64 >. 3u principal mineral es la esfalerita +@n3/. El zinc e'iste de forma natural en el aire, agua y suelo, pero las concentraciones est%n aumentando por causas no naturales, debido a la adici"n de zinc a trav#s de las actividades industriales, como es la minería, la combusti"n de carb"n y el procesado del acero. El contenido de zinc en el suelo varía mucho y al igual que su distribuci"n en el perfil, depende de la naturaleza de la roca madre, del proceso de formaci"n y revoluci"n del suelo, de su contenido en materia org%nica y arcilla, de la te'tura, de la capacidad de cambio y del  p0. El zinc pertenece al grupo de metales pesados potencialmente m%s peligrosos  para la biosfera. &a mayoría de las concentraciones e'cesivas de zinc en suelo se relaciona con su posible captaci"n por las plantas y los consiguientes efectos adversos en los cultivos, en el ganado y en las dietas humanas. !unto con el cobre +-u/, níquel +*i/ y el cromo +-r/, el zinc +@n/ es fundamentalmente fitot"'ico, así que la problem%tica ligada a este metal est% directamente relacionada con los efectos en el rendimiento del cultivo y en la fertilidad del suelo. +(rancisco $. @., 7<<4/ &a forma m%s comCn y m"vil del zinc +@n/ en el suelo es el @n^4, pero otras especies i"nicas pueden encontrarse en el suelo, la absorci"n de este elemento es lineal con la concentraci"n en el suelo, la tasa de absorci"n difiere de una manera importante tanto con la especie como con el suelo. +(rancisco $. @., 7<<4/ <

(inalmente, el zinc puede interrumpir la actividad en los suelos, con influencias negativas en la actividad de los microorganismos y lombrices, la descomposici"n de la materia org%nica posiblemente sea m%s lenta debido a esto. +(rancisco $. @., 7<<4/

1#9#

SUELO# A partir de su origen y de los factores ambientales, la 3ociedad Americana de la

-iencia del 3uelo, lo define como la capa superficial de material mineral y org%nico no consolidado que sirve de medio natural para el crecimiento de las plantas, y que ha sido sujeto y presenta los efectos de los factores que le dieron origen +clima, topografía, biota, material  parental y tiempo/ y que debido a la interacci"n de #stos, difiere en sus propiedades físicas, químicas, biol"gicas y morfol"gicas del sustrato rocoso del que se origin". +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/. A lo largo de su evoluci"n o edafog#nesis, en el suelo se van diferenciando capas verticales de material generalmente no consolidado llamados horizontes, formados por  constituyentes minerales, org%nicos, agua y gases? caracterizados por propiedades físicas +estructura, te'tura, porosidad, capacidad de retenci"n de agua, densidad aparente/, químicas y físicoquímicas +p0, potencial r#do', capacidad de intercambio cati"nico/ que los diferencian entre sí y del material original. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/.

1#9#1# COMPOSICIÓN DEL SUELO# &a composici"n química de un suelo viene determinada, en buena parte, por el tipo de material originario +roca/, puesto que es el material base a partir del cual se forma el suelo. !unto a este material, se va aadiendo en el transcurso del tiempo que dura la formaci"n de un suelo, materia org%nica procedente de organismos vivos. El contenido mineral de un suelo es el que determina su fertilidad. $%sicamente son tres los tipos de rocas que pueden ser material original del suelo +$onneau, M., 3ochier, $., 4665/. 

Í(,*.: formadas por solidificaci"n de un material fundido +lava/.ienen como

t#rmino medio un 56 > de "'ido de silicio +3i24/. 76



S*'+*,'.: formadas por sedimentaci"n de materiales depositados por el viento,

el agua, el hielo o la gravedad +areniscas y arcillas/, o por procesos químicos o bioquímicos +evaporitas y calizas/. 

M*+65'/.: formadas por recristalizaci"n de rocas ígneas o sedimentarias en

condiciones de elevada presi"n yGo temperatura. +Orishna B. B,-laudio -. 466
56 > de materia s"lida; U5 > mineral y 5 > org%nica. 4616 > disoluci"n acuosa. 4616 > aire.

Figura 1.#: $s%uema general de las fracciones %ue com!onen el suelo. Fuente: Tania Volke e!"lveda.

&os constituyentes del suelo son de dos tipos; a"

I,)(,'/).: son los productos derivados de la meteorizaci"n y, segCn su tamao y

naturaleza, se clasifican en gravas, arenas y arcillas +la cantidad relativa de cada una de ellas constituye la te'tura/. Est%n constituidos por partículas minerales. En los poros y cavidades que e'isten entre las partículas tambi#n hay agua y aire. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/. 

Minerales en distintos estados de disgregaci"n? los fragmentos de la roca original de la

que proceden de diferentes tamaos. ambi#n materiales que han sufrido meteorizaci"n química y se encuentran alterados liberando iones. 77

  

Agua? imprescindible para la movilidad de los materiales; nutrientes, sales, arcillas. Rases? -ondicionan la respiraci"n o fermentaci"n en el suelo. 3ales? condicionan la estructura y propiedades químicas del suelo, así como la

capacidad para obtener nutrientes por parte de las plantas. '"

O(,'/). ) ;+.: son resultado de la descomposici"n de los restos de seres vivos

 por acci"n de las bacterias y los hongos. 3u presencia da calidad al suelo, retiene el agua y sirve como fuente de alimento de microorganismos que fertilizan el suelo# +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/.

1#9#2# PERFIL DEL SUELO# -omo la edafizaci"n actCa desde la superficie y va perdiendo su intensidad conforme  profundizamos en el perfil del suelo, el material se altera de un modo diferencial y como resultado de la actuaci"n de estos procesos de meteorizaci"n y translocaci"n se pasa de un material homog#neo o uniforme, como es la roca, a un material heterog#neo, estratificado en capas con diferentes propiedades como es el suelo. &a estructura de un suelo es el modo que tienen los elementos constituyentes del suelo de unirse entre sí, de tal forma que le confieren una arquitectura característica. 3e entiende por  estabilidad estructural la resistencia de los agregados a modificar su forma o su tamao por la acci"n de factores e'ternos, son numerosos los factores degradadores de la estructura, pero el m%s importante es el agua, ya que ocasiona los efectos de dispersi"n, estallido, golpeteo, etc 9. En el suelo se distinguen tres horizontes representados en la figura 7.1 y descritos a continuaci"n; a"

* &?) ; compuesto por partículas minerales y

materia org%nica +humus/ que le confiere una coloraci"n oscura. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/. '"


de li'iviaci"n procedentes del horizonte A. En esta capa tiene lugar la o'idaci"n de la materia org%nica y una li'iviaci"n moderada. iene coloraci"n pardo rojiza por contener arcillas y "'idos +principalmente de (e 999/. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/.

74

("


separa la roca en proceso de meteorizaci"n de la roca sin alterar. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/.

Figura 1.&: 'oriontes del suelo. Fuente: tt!:**+++.scielo.org.m*!df*rica*v#&n&*v#&n&a&.!df.

1#9#9# PROPIEDADES FISICAS DEL SUELO# &as propiedades físicas de un suelo dependen fundamentalmente de su te'tura y de su estructura. &a importancia de estas propiedades es muy grande, ya que de ellas depende el comportamiento del aire y del agua en el suelo, y por lo tanto condicionan los fen"menos de aireaci"n y de permeabilidad. )or otra parte, las propiedades físicas son m%s difíciles de corregir que las propiedades químicas, de ahí su inter#s desde el punto de vista de la fertilidad de un suelo. Entre las propiedades de los suelos se encuentran +Duffus, !.0., 4664/.

A#

E& /)&)# El color del suelo depende de sus componentes y puede usarse como una medida

indirecta de ciertas propiedades. El color varía con el contenido de humedad. El color rojo indica contenido de "'idos de fierro y manganeso? el amarillo indica "'idos de fierro hidratado? el blanco y el gris indican presencia de cuarzo, yeso y caolín? y el negro y marr"n indican materia org%nica. -uanto m%s negro es un suelo, m%s productivo ser%, por los  beneficios de la materia org%nica. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/.

B#

T*@# 71

&a te'tura representa el porcentaje en que se encuentran los elementos que constituyen el suelo? arena gruesa, arena media, arena fina, limo, arcilla y la clasificaci"n que se te'tural se represente en la tabla 7.7. 3e dice que un suelo tiene una buena te'tura cuando la proporci"n de los elementos que lo constituyen le dan la posibilidad de ser un soporte capaz de favorecer  la fijaci"n del sistema radicular de las plantas y su nutrici"n  ntroducción a la Eda!olog"a. 2btenido

de

http;GGQQQ.fagro.edu.uyG_edafologiaGcursoGMaterial>46de

>46lecturaG(939-A3Gfisicas.pdf . /. &a tabla 7.4 muestra la clasificaci"n del tamao de las  partículas del suelo segCn tres sistemas;

TE"TURA PORCENTAJE Arcilloso ` U6 > &imoso ` U5 > Arenoso ` 56 >

TIPO DE POROS )oros pequeos )orosidad equilibrada )oros grandes

Ta-la 1.1: lasificaci/n Tetural del uelo. Fuente: Bonneau, M.

S'.*+ *& D*3)# * A('/& * EE#UU

S'.*+ ',*,/'),&

F//'6, *& .*&) D'+*) &'+'*. *, +# Arena muy gruesa 4666 \ 7666 Arena gruesa 7666 \ 566 Arena Media 566 \ 456 Arena fina 456 \ 766 Arena muy fina 766 \ 56 &imo grueso 56 \ 46 &imo fino 46 \ 4 Arcilla 4

D'+*) &'+'*. *, + 4666 \ 466

S'.*+ * & A.)/'/'6, I,*,/'),& * & C'*,/' *& S*&) ISSS D'+*) &'+'*. *, + 4666 \ 466

466 \ 46

446 \ 56

46 \ 4

56 \ 46 46 \ 4 4

4

Ta-la 1.#: lasificaci/n de las !art0culas del suelo seg"n su tamao. Fuente: Bonneau, M.

C#

E./# &a estructura es la forma en que las partículas del suelo se reCnen para formar 

agregados. De acuerdo a esta característica se distinguen suelos de estructura esferoidal +agregados redondeados/, laminar +agregados en l%minas/, prism%tica +en forma de prisma/,  blocosa +en bloques/, y granular +en granos/. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A., 4667/. 7U

D#

P)).'# Esta propiedad del suelo, est% determinado por las características cuantitativas y

cualitativas del espacio del suelo no ocupado por s"lidos, denominado espacio poroso. Dentro del espacio poroso se pueden distinguir macroporos y microporos. &os primeros no retienen el agua contra la fuerza de la gravedad, y por lo tanto son los responsables del drenaje y la aereaci"n del suelo, constituyendo adem%s, el principal espacio en el que se desarrollan las raíces. &os segundos son los que retienen agua, parte de la cual es disponible para las plantas. &a porosidad total o espacio poroso del suelo, es la suma de macroporos y microporos. &as características del espacio poroso, dependen de la te'tura y la estructura del suelo.  ntroducción

a

la

2btenido

Eda!olog"a.

de

http;GGQQQ.fagro.edu.uyG_edafologiaGcursoGMaterial>46de>46lecturaG(939-A3Gfisicas.pdf . /. 

P)). (,*.#  Di%metro de 6,67 mm \ 6,65 mm? es la línea de ventilaci"n y

conducci"n para las raíces de las plantas. Abastecen de o'ígeno y evacuan -24. A trav#s de ellos se percola el agua gravitacional. 3e favorece aireaci"n e infiltraci"n. 

P)). M*').# Di%metro de 6,6664 mm \ 6,676 mm? su funci"n es almacenar agua y

transportarla por capilaridad +formaci"n de

meniscos).

Despu#s de secarse el suelo estos

 poros son accesibles al aire. 

P)). P**).#  Di%metro menor a 6,6664 mm? se almacena agua que no est%

realmente disponible para las raíces de las plantas. &a proporci"n de los tamaos de los poros est% determinada por el tipo de suelo y por  el grado de compactaci"n de la estructura. n suelo ideal de tener 56 > de porosidad, con 7G1 de poros grandes y 4G1 de poros medianos#  #niversidad $acional de ngenier"a % &acultad  de

'ecnolog"a

de

la

Construcción

(epartamento

de

Agr"cola.

2btenido

de

http;GGQQQ.Falachero.comGdoFucentroG-iencia]y]ecnologiaGingenieria]agricolaGDeterminaci ondelahumedaddelsuelo.pdf/.

E#

H+*# 3e denomina humedad del suelo a la cantidad de agua por volumen de tierra que hay

en un terreno. Establecer el índice de humedad del suelo es de vital importancia para las actividades agrícolas. 

#niversidad $acional de ngenier"a % &acultad de 'ecnolog"a 75

de

la

Construcción

(epartamento

de

Agr"cola.

2btenido

de

http;GGQQQ.Falachero.comGdoFucentroG-iencia]y]ecnologiaGingenieria]agricolaGDeterminaci ondelahumedaddelsuelo.pdf/.

F#

D*,.'# 3e refiere al peso por volumen del suelo, y est% en relaci"n a la porosidad. n suelo

muy poroso ser% menos denso? un suelo poco poroso ser% m%s denso. A mayor contenido de materia org%nica, m%s poroso y menos denso ser% el suelo.

G#

3H# &a acidez del suelo mide la concentraci"n en hidrogeniones. En los suelos los

hidrogeniones est%n en la soluci"n, pero tambi#n e'isten en el complejo de cambio, o sea hay dos tipos de acidez; activa o real +en soluci"n/ y de cambio o de reserva +para los adsorbidos/. Ambas est%n en equilibrio din%mico. 3i se eliminan 0^ de la soluci"n se liberan otros tantos 0^ adsorbidos. -omo consecuencia el suelo muestra una fuerte resistencia a cualquier  modificaci"n de su p0. &os factores que hacen que el suelo tenga un determinado valor de p0 son diversos, fundamentalmente;   

N&* *& +*'& )'(',&# 3egCn que la roca sea de reacci"n %cida o b%sica. F/) 7'6'/)# &os residuos de la actividad org%nica son de naturaleza %cida. P*/'3'/'),*.# ienden a acidificar al suelo al intercambiar los 0^ del agua de lluvia

 por los -a^4, Mg^4, O ^, *a^ de los cambiadores. C)+3&*) .)7*,*# 3egCn que est% saturado con cationes de reacci"n b%sica +-a^4, Mg ^4/ o de reacci"n %cida +0^ o Al^1/. ambi#n dependiendo de la naturaleza del cambiador variar% la facilidad de liberar los iones adsorbidos. + Propiedades !isico)u"micas del suelo. 2btenido de http;GGedafologia.ugr.esGintroedaGtema65Gph.htm/.

H#

C3/' * ',*/+7') '6,'/)# 3e define la capacidad de intercambio i"nico como los procesos reversibles por los

cuales las partículas s"lidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes tal y como se puede ver a continuaci"n en la

7:

figura 7.U, estableci#ndose el equilibrio entre ambas fases. + Propiedades !isico)u"micas del   suelo. 2btenido de http;GGedafologia.ugr.esGintroedaGtema65Gph.htm/.

Figura 1.2: 3ntercam-io i/nico en el suelo. Fuente: tt!:**edafologia.ugr.es*introeda*tema45*!.tm.

&as causas que originan el intercambio i"nico son los desequilibrios el#ctricos de las partículas del suelo. )ara neutralizar las cargas se adsorben iones, que se pegan a la superficie de las partículas. Xuedan d#bilmente retenidos sobre las partículas del suelo y se  pueden intercambiar con la soluci"n del suelo. -uanto m%s superficie tenga el material y m%s desequilibrada se encuentre, m%s iones

se

fijaran#

 Propiedades

!isico)u"micas

del

suelo.

2btenido

de

http;GGedafologia.ugr.esGintroedaGtema65Gph.htm.

1#9#4# IMPORTANCIA DEL SUELO# &a importancia del suelo radica en que es un elemento natural din%mico y vivo que constituye la interfaz entre la atm"sfera, la lit"sfera, la bi"sfera y la hidr"sfera, sistemas con los que mantiene un continuo intercambio de materia y energía. Esto lo convierte en una  pieza clave del desarrollo de los ciclos biogeoquímicos superficiales y le confiere la capacidad  para desarrollar una serie de funciones esenciales en la naturaleza de car%cter medioambiental, ecol"gico, econ"mico, social y cultural;

7=



El suelo proporciona los nutrientes, el agua y el soporte físico necesarios para el

crecimiento vegetal y la producci"n de biomasa en general, desempeando un papel fundamental como fuente de alimentaci"n para los seres vivos. Es un componente esencial del ciclo hidrol"gico, actuando como elemento distribuidor   de las aguas superficiales y contribuyendo al almacenaje y recarga de las aguas subterr%neas. 

El suelo, a trav#s de su poder de amortiguaci"n o desactivaci"n natural de la

contaminaci"n, filtra, almacena, degrada, neutraliza e inmoviliza substancias org%nicas e inorg%nicas t"'icas, impidiendo que alcancen las aguas subterr%neas y el aire o que entren en la cadena alimenticia. 

El suelo es un elemento fr%gil del medio ambiente, un recurso natural no renovable

 puesto que su velocidad de formaci"n y regeneraci"n es muy lenta mientras que los procesos que contribuyen a su degradaci"n, deterioro y destrucci"n son mucho m%s r%pidos. &a degradaci"n del suelo se puede definir como todo proceso que rebaja la capacidad actual y potencial del suelo para producir, cuantitativa y cualitativamente, bienes y servicios. Aunque se puede producir por causas naturales, la degradaci"n del suelo es fundamentalmente la consecuencia directa de su utilizaci"n por el hombre, bien como resultado de actuaciones directas, como actividades agrícolas, forestales, ganaderas, agroquímicas y riego, o por  acciones indirectas, como son las actividades industriales, eliminaci"n de residuos, transporte, etc. Estos procesos de degradaci"n se pueden clasificar en funci"n de su naturaleza y del tipo de consecuencias negativas que provocan en las propiedades del suelo;

 

B')&6('/).: la disminuci"n del contenido en materia org%nica incorporada en el suelo. F.'/).: el deterioro de la estructura del suelo por compactaci"n y aumento de la

densidad aparente, disminuci"n de la permeabilidad y de la capacidad de retenci"n de agua o  p#rdida de suelo por erosi"n. Q+'/).: la p#rdida de elementos nutrientes, acidificaci"n, salinizaci"n y aumento de 

la to'icidad. Estos Cltimos son los que se engloban dentro del t#rmino contaminaci"n. +. -. 3heng. 7<<6/.

1#4#

TCNOLOGIAS DE REMEDIACIÓN DE SUELOS# 7

&as tecnologías

de

remediaci"n

de

suelos abarcan

todas

aquellas

operaciones que tienen por objetivo reducir la to'icidad, movilidad o concentraci"n del contaminante presente en el medio, mediante la alteraci"n de la composici"n de la sustancia peligrosa o del medio, a trav#s de acciones químicas, físicas o biol"gicas. &a elecci"n de tecnología depende de las características del suelo y del contaminante, de la eficacia esperada y por supuesto de la factibilidad t#cnicoecon"mica y el tiempo requerido  para su ejecuci"n. E'iste una gran variedad de tecnologías de remediaci"n, las cuales se pueden clasificar bajo distintos criterios; objetivo de la remediaci"n, lugar en que se aplica el proceso de remediaci"n y tipo de tratamiento utilizado. + remediación

para

*uelos

contaminados

 Análisis y comparación de tecnolog"as de con

metales.

2btenido

http;GGQQQ.tesis.uchile.clGbitstreamGhandleG4456G771676Gcfalcaino]gc.pdfsequence7/

de A

continuaci"n en la figura 7.5 se muestra un resumen para la clasificaci"n de las tecnologías de remediaci"n;

Figura 1.5: lasificaci/n de las tecnolog0as de remediaci/n. Fuente: tt!:**+++.tesis.ucile.cl*-itstream*andle*##54*11&414*cfalcaino6gc.!df.

3egCn el objetivo de remediaci"n, las t#cnicas de descontaminaci"n se enfocan en la disminuci"n o eliminaci"n de la concentraci"n de los contaminantes del medio, las t#cnicas de contenci"n son las que aíslan los contaminantes del medio sin tener que actuar en

7<

#l, y las t#cnicas de confinamiento alteran las condiciones fisicoquímicas del medio consiguiendo las reducci"n de la movilidad de los contaminantes. 3i se considera el lugar de aplicaci"n, las t#cnicas 9n 3itu son las que se aplican directamente en el sitio contaminado y las t#cnicas E' 3itu son aquellas en que se requiere de la e'tracci"n del medio contaminado para poder ser tratado. 3i las tecnologías de remediaci"n se clasifican segCn el tipo de tratamiento, los tratamientos biol"gicos usan la actividad metab"lica natural de ciertos microorganismos para degradar, transformar o remover los contaminantes, los tratamientos fisicoquímicos logran la separaci"n, contenci"n o destrucci"n de contaminantes en el medio aprovechando las  propiedades físicas y químicas de ellos? los tratamientos t#rmicos utilizan altas temperaturas  para descomponer, volatilizar o fundir los contaminantes. (inalmente si se clasifica segCn el grado de desarrollo, las tecnologías tradicionales se refieren a las que son comCnmente usadas a gran escala y cuyos costos y accesos son relativamente f%ciles. &as tecnologías innovadoras involucran a las que se encuentran recientemente propuestas o en etapas de investigaci"n. +

 Análisis

y

comparación de tecnolog"as de remediación para *uelos contaminados con metales. 2btenido

de http;GGQQQ.tesis.uchile.clGbitstreamGhandleG4456G771676Gcfalcaino]gc.pdfsequence7/ Al basarse en el criterio del tipo de tratamiento utilizado, las diversas tecnologías de remediaci"n se pueden agrupar como sigue en la tabla 7.1;

TRATAMIENTOS FISICO-QUIMICOS TERMICO

MI"TO

46

      

&avado de suelos. Electrorremediaci"n E'tracci"n de Agua. E'tracci"n de Aire. 2'idaci"n 8. )ozos de recirculaci"n. 3ellado de suelos









-alentamiento por -onducci"n t#rmica. -alentamiento por radio frecuencia. -alentamiento por resistencia el#ctrica. Desorci"n t#rmica

E'tracci"n Multifase. Atenuaci"n  *atural





Ta-la 1.&: tecnolog0as de remediaci/n de suelos. Fuente: tt!:**+++.tesis.ucile.cl*-itstream*andle*##54*11&414*cfalcaino6gc.!df.

1#4#1# ELECTRORREMEDIACION# &a electrorremediaci"n es un m#todo para descontaminar suelos que contienen metales  pesados y compuestos polares org%nicos mediante el paso de una corriente directa a trav#s del suelo. +X. Ashton Acton, )hD. 4674/. De cualquier modo el concepto fundamental del proceso puede deducirse en llevar a cabo una electr"lisis +especies químicas pierden o ganan electrones sobre la superficie del electrodo/ al hacer pasar corriente el#ctrica o generar un gradiente de potencial a trav#s de dos electrodos; uno positivo +%nodo/ y otro negativo +c%todo/, usualmente estos se humectan con un electrolito para mejorar las condiciones de conducci"n del campo el#ctrico en la figura 7.: se esquematiza el proceso de electrorremediaci"n. &a acci"n del electrolito permite transportar  el contaminante hacia los pozos en donde ser% e'traído#  Evaluación de la técnica de electrorremediación de suelos contaminados por metales pesados. 2btenido el 4 de

http;GGdspace.utpl.edu.ecGjspuiGbitstreamG741U5:=
47

Figura 1.7: Tratamiento de electrorremediaci/n a!licado directamente en suelos. Fuente: tt!:**128.#47.5&.#&1*9AM1722.;F   .

2tras formas de llamar a la Electrorremediaci"n son; ratamiento Electroquímico.  Electrorestauraci"n.  Bemediaci"n Electroquímica.  Electroreclamaci"n.  Decontaminaci"n Electrocin#tica.  Electro"smosis.  ratamiento Electrocin#tico. 

1#4#1#1# A"

MECANISMOS DE REMOCIÓN#

L *&*/)+'(/'6,# Es un fen"meno en el cual los iones en soluci"n y los coloides

que tienen carga el#ctrica se mueven a trav#s del campo el#ctrico con una velocidad que es  proporcional al producto de la fuerza del campo el#ctrico y la movilidad del i"n o partícula. &os iones met%licos se transportan por la atracci"n del electrodo cargado negativamente. +)iet &., im R., 4665/ B"

L *&*/)6.+).'.# Es un fen"meno de transporte en el cual el líquido saturante junto

con las sustancias que se suspenden en #l +coloides con y sin carga el#ctrica/, fluyen hacia uno de los electrodos +normalmente hacia el c%todo/.+MiFFo 3., 0Fan !. 7<<4/.. El movimiento de mol#culas de agua desde el %nodo al c%todo durante la electr"lisis# Weung, A.. 7<<6/. tal y como se muestra en la figura 7.=.

44

Figura 1.<: Fen/meno de electro/smosis. Fuente: tt!:**+++.scielo.org.m*!df*rica*v#&n&*v#&n&a&.!df.

C"

L *&*/)5)*.'.# Es el movimiento de partículas cargadas bajo una corriente

el#ctrica. +)iet &., im R., 4665/. A continuaci"n en la figura 7. se ve esquematizado este mecanismo;

Figura 1.8: mecanismo de electroforesis en el !roceso de electrorremediaci/n. Fuente: tt!:**+++.scielo.org.m*!df*rica*v#&n&*v#&n&a&.!df  .

3i el contaminante es de tipo inorg%nico, como los metales, #stos se remover%n  por electromigraci"n, pues al momento de generar el campo el#ctrico el compuesto se disocia en iones, por lo que la noci"n de la carga en este caso es fundamental para saber hacia cu%l electrodo se desplazar%n. 3i la carga de los iones es negativa +aniones/, #stos se mover%n hacia el %nodo. W si los iones poseen carga positiva +cationes/, se desplazar%n hacia el c%todo tal y como se muestra en la figura 7.<. Así puede conocerse hacia cu%l lado del electrodo puede recuperarse el metal en forma i"nica. &a electroforesis se presenta, sobre todo, cuando del suelo se remueven  partículas muy finas +arcillas/, microorganismos, cuyo tamao es muy diminuto. W la manera 41

de hacerlo es a partir de la teoría de que todos ellos pueden poseer carga, generalmente negativa, rodeados por un e'ceso de cationes, lo que haría que se desplazaran hacia el c%todo, o simplemente por arrastre mec%nico. +Orishna B. B,-laudio -. 466
Figura 1.=: roceso t0!ico de la electrorremediaci/n electrocin>tica. Fuente: tt!:**garf.u-.es*milenio*img*?avier@tokes.!df.

&os metales m%s comCnmente tratados con esta tecnología son -d, -u, )b, @n, -o, -r y As. En general los e'perimentos pueden tomar de 7 día a 76 días de tratamiento, y se ha encontrado que en general la direcci"n y e'tensi"n de la migraci"n de los contaminantes y su remoci"n depende de la polaridad del contaminante, el tipo de suelo y de la duraci"n del tratamiento.



C&*,+'*,) *&*/)+'/) *, *& +'*,) * .*&).# Al aplicar una diferencia de potencial a trav#s de un suelo, se genera un paso de

corriente el#ctrica entre los electrodos que actCan como %nodos y c%todos. El paso de corriente es proporcional a las reacciones electroquímicas que ocurren en la superficie de los electrodos +o'idaci"nGreducci"n del agua y deposici"n de metales, fundamentalmente/. 3in embargo, no toda la potencia el#ctrica suministrada al sistema da origen al desarrollo de estas reacciones electroquímicas, siendo una importante fracci"n disipada en forma de calor. 4U

Este calentamiento es proporcional a la intensidad de corriente que circula e'ternamente al suelo +entre %nodos y c%todos/, y a la resistencia del suelo, y puede ser  modelado a trav#s de la &ey de 2hm. En una celda electroquímica, como la que resulta al disponer electrodos para tratar un suelo, e'isten varios tipos de resistencias. )or una parte est%n las resistencias asociadas a los electrodos, elementos conductores y suministradores de corriente. )or otro lado, est% la resistencia i"nica ofrecida por el suelo, y que depender% de su hidrataci"n y de la presencia de especies conductoras en el agua contenida en el mismo. En el caso del tratamiento de suelos, esta Cltima contribuci"n es la m%s importante y como consecuencia una fracci"n significativa del potencial de celda se emplear% en vencer dicha resistencia. &a cantidad de calor liberada puede ser calculada si se estima la resistencia el#ctrica asociada a este proceso, aplicando la definici"n de potencia el#ctrica y la &ey de 2hm. K  9-E&DA  83E&2  94-E&DA  B 3E&2  +7.7/ Esta cantidad de calor da lugar a un incremento de la temperatura que de forma global se podría calcular partir de un balance de energía sencillo, asumiendo una descripci"n macrosc"pica del sistema. 94-E&DA  B 3E&2  m3E&2 - L

1#4#1#2#

+7.4/

PRINCIPIO BSICO DE LA ELECTRORREMEDIACIÓN#

El principio en que se basa la electrorremediaci"n es la electr"lisis, proceso en que las reacciones r#do' s"lo tienen lugar si se les suministra energía por medio de una corriente el#ctrica aplicada desde el e'terior, que significa separaci"n por electricidad. &a electr"lisis se realiza en las celdas electrolíticas, que son unos dep"sitos que contienen el electrolito disuelto y dos electrodos. &os electrolitos disueltos conducen la corriente el#ctrica por medio de los iones positivos y negativos, al mismo tiempo que se  produce algCn cambio químico en los electrodos. En cada electrodo de una celda electrolítica se produce una de las semirreacciones del proceso r#do';  

En el %nodo o electrodo positivo se descargan los aniones. 3e produce la o'idaci"n. En el c%todo o electrodo negativo se descargan los cationes. 3e produce la reducci"n.

45

n ejemplo importante de este tipo de proceso es la electr"lisis del agua. El agua es una sustancia muy estable que se descompone en sus elementos mediante corriente el#ctrica. El mecanismo b%sico que envuelve la electrorremediaci"n

de suelos

contaminados con metales es la o'idaci"n en el %nodo y la reducci"n en el c%todo. &a o'idaci"n de agua en el %nodo resulta en la formaci"n de 0^, los cuales migran al c%todo; 4042  24+g/ ^ U0^ ^ Ue- 

7.7

&os iones 0^  se mueven mucho m%s r%pidamente que los iones 20-. )or lo tanto, como los iones 20- creados en el c%todo se mueven hacia el %nodo, y encuentran el frente %cido creado por los iones 0^, resultando en la precipitaci"n de "'idos met%licos cerca del c%todo. U042 ^ Ue-  404+g/ ^ U20- 

7.4

&a adici"n de un %cido al suelo neutraliza algunos de los iones 20- formados en el c%todo. &a neutralizaci"n de los iones 20- podría ayudar en el transporte efectivo de iones met%licos al c%todo minimizando la cantidad del precipitado. 

P)/*.) * *&*/)&'.'. *, *& +'*,) * .*&).# n proceso electrolítico es un proceso de conversi"n de energía el#ctrica en

energía química, en el que se utiliza una corriente el#ctrica para provocar una determinada reacci"n química. &a e'tensi"n de estos procesos es directamente proporcional a la intensidad de corriente que circula entre %nodos y c%todos en una celda electroquímica, pudiendo evaluarse la velocidad de o'idaci"n en el %nodo o de reducci"n en el c%todo. 2tra de las reacciones que puede ocurrir en el c%todo es la electrodeposici"n de metales sobre la superficie cat"dica. Así, cuando los metales no son fijados por el frente  b%sico +es decir, cuando se aaden reactivos %cidos que eviten su precipitaci"n o su fijaci"n  por intercambio con los componentes del suelo/, algunos de ellos pueden ser fijados sobre la superficie cat"dica. 4:

Mn^ ^ ne-  M

7.1

Esta reacci"n es muy interesante, ya que permite recuperar los iones met%licos contaminantes contenidos en el suelo en su forma m%s valiosa, es decir como elementos met%licos.

E, *& ,)): liberaci"n de especies de suelo. 3uelo@n ^ 0^ @n^4 ^ 3uelo0- 

7.U

@n+20/ ^ 0^ @n^ ^ 042

7.5

E, *& /)): fijaci"n de las especies del suelo.

1#4#1#9#

3uelo@n ^ 0^  @n^4 ^ 3uelo0- 

7.:

@n ^ 20  @n+20/

7.=

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO#

E'isten varios factores fisicoquímicos que influyen en el transporte de los contaminantes, y por ende en una efectiva remediaci"n del suelo contaminado. +$arr"n, M.. 2ropezaRuzm%n, 9. Ronz%lez, M. eutli&eon, 466
A#

3H# &os cambios de p0 promueven reacciones de los metales con otras sustancias que

se encuentran en el suelo de forma natural, este factor regula la movilidad de los contaminantes en el proceso de electrorremediaci"n. +)iet &., im R., 4665/ &a hidr"lisis del agua produce una disociaci"n que genera iones hidr"geno +0^/ en el %nodo e iones hidro'ilo +20-/ en el c%todo, liberando o'ígeno e hidr"geno respectivamente. &a disociaci"n genera un p0 %cido cerca del %nodo y alcalino cerca del c%todo. Debido a la mayor movilidad del i"n 0^ sobre el i"n 20-, el frente %cido viaja con mayor velocidad y por  lo tanto el flujo electroosm"tico se dirige preferencialmente hacia el c%todo. + Evaluación de la técnica de electrorremediación de suelos contaminados por metales pesados.  2btenido de

http;GGdspace.utpl.edu.ecGjspuiGbitstreamG741U5:=
4=

B#

C),*,') * (# El movimiento del electrolito por electro"smosis es funci"n del

contenido de agua? por lo tanto, el grado de saturaci"n del suelo es un factor indispensable  para llevar a cabo el proceso electrocin#tico. na distribuci"n irregular de humedad en el suelo contaminado puede observarse durante la electrorremediaci"n, ya que el electrolito se mueve hacia uno de los electrodos, incrementando la humedad en este y disminuy#ndola en el electrodo contrario. +AlloQay $, 7<<5/.

C#

C),/'?' *&K/'/# &a conductividad el#ctrica es diferente para cada tipo de

suelo, est% definida como la capacidad de un medio o espacio físico de permitir el paso de la corriente el#ctrica. )ara conocer la conductividad el#ctrica de un suelo, es necesario ponerlo en suspensi"n acuosa y medirla con un conductímetro. +$arr"n, M.. 2ropezaRuzm%n, 9. Ronz%lez, M. eutli&eon, 466
D#

P)*,/'& * # Es la medida que determina la carga de un coloide +volt/, en

funci"n de la superficie cargada, la naturaleza y composici"n del medio en el que est% suspendido? las sales i"nicas que pueden solubilizarse totalmente en medios acuosos no  pueden ser clasificadas como coloides ya que se encuentran en la fase continua y por lo tanto su  es muy pequeo. En la mayoría de los suelos el potencial  es negativo debido a que la superficie del suelo generalmente tiene carga negativa. Estos cambios afectan la velocidad del flujo electroosm"tico, ya que se ha observado que la tasa de flujo decrece cuando el p0 del electrolito se acerca a la neutralidad o se incrementa la alcalinidad. +)iet &., im R., 4665/

E#

N&* > +'/ *& .*&)# &a electrorremediaci"n se ha probado e'itosamente

en ensayos de laboratorio con suelos de granulometría muy fina +limos y arcillas/ y baja  permeabilidad. ambi#n puede ser aplicada en suelos arenosos. En la cin#tica de remoci"n del contaminante influyen las siguientes características del suelo; la capacidad de adsorci"n, intercambio i"nico y de amortiguamiento del p0? en el caso de suelos arcillosos y limosos, estos ofrecen mayor superficie de contacto, por lo que los metales y sustancias i"nicas +sulfato, nitrato, amonio/ pueden ser adsorbidos con mayor facilidad en sus superficies, lo cual dificulta su remoci"n. )or otro lado, la mayoría de las arcillas e'hiben carga superficial negativa y retienen por atracci"n i"nica la mayoría de los contaminantes met%licos 18. n suelo

4

tratado por electrorremediaci"n puede e'hibir cambios en su granulometría, contenido de materia org%nica, cantidad de sales solubles, conductividad el#ctrica. n suelo electrorremediado generalmente tiende a acidificarse y a disminuir o  perder su contenido de sales inorg%nicas como nitrato, fosfato y sulfato, por lo que se pudiera reducir o nulificar su fertilidad. )or esta raz"n, y dependiendo del uso de suelo, se puede recomendar su regeneraci"n ya sea por fertilizaci"n o mejoramiento con materia org%nica o composta#  Evaluación de la técnica de electrorremediación de suelos contaminados por  metales

pesados.

2btenido

el

4

de

mayo

de

http;GGdspace.utpl.edu.ecGjspuiGbitstreamG741U5:=
F#

N&* *& /),+',,*# &a especie química de los contaminantes es un factor 

que influye fuertemente sobre la eficiencia de la t#cnica. &os contaminantes pueden e'istir  como s"lidos precipitados, solutos disueltos, adsorbidos a partículas del suelo o sorbidas en materia org%nica.  Evaluación de la técnica de electrorremediación de suelos contaminados  por

metales

pesados.

2btenido

el

4

de

mayo

de

http;GGdspace.utpl.edu.ecGjspuiGbitstreamG741U5:=
G#

E&*/)).. -on la finalidad de evitar introducir contaminantes al sistema, para la

fabricaci"n de los electrodos generalmente se eligen materiales inertes como titanio con cubierta electrocatalítica de varios "'idos o acero ino'idable? sin embargo, tambi#n pueden elegirse materiales reactivos como el hierro o el grafito. +3tojan 3. D. 4676/. &a estructura de los electrodos debe ser porosa para establecer un buen contacto con los electrolitos y para poder liberar los gases producidos por la electr"lisis del agua. El tamao, forma y arreglo de los electrodos, así como la distancia entre ellos afectan las tasas de remoci"n de contaminantes. +Wunmin -., JiaoQu ., &iangtong @. 466
1#4#1#4#

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO#

El principio de la electrorremediaci"n se basa en la aplicaci"n de una corriente directa de baja intensidad a trav#s del suelo contaminado, con el uso de electrodos divididos en e'tremos an"dicos y cat"dicos. El campo el#ctrico moviliza las especies cargadas hacia los 4<

electrodos, de manera que los iones met%licos, el amonio y los compuestos org%nicos cargados positivamente se mover%n hacia el c%todo, mientras que los aniones +cloro, cianuro. (luoruro, nitratos y compuestos org%nicos cargados negativamente/ se mover%n hacia el %nodo. &a corriente el#ctrica genera la formaci"n de un frente acido en el %nodo y uno b%sico en el c%todo a partir de la disociaci"n de algunas mol#culas de agua? esta generaci"n de condiciones acidas puede ayudar a la desorci"n, disoluci"n y transporte de algunos contaminantes met%licos hacia sistemas de recolecci"n ubicados en el c%todo. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A. 4667/. &os principales mecanismos de transporte de contaminantes a trav#s del suelo hacia los electrodos son la electromigraci"n y la electro"smosis +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A. 4667/. &a aplicaci"n de un gradiente de potencial, da como resultado el transporte de iones +electromigraci"n/, el transporte de agua de solvataci"n de dichos cationes +electro"smosis/ y el arrastre mec%nico de los coloides y microorganismos como bacterias +electroforesis/. &a electromigraci"n es el mecanismo principal de la electrorremediaci"n. &a direcci"n y velocidad de movimiento de una especie i"nica depende de su carga +magnitud y polaridad/ y de la magnitud de la electro"smosis inducida por la velocidad del flujo. &as especies org%nicas o inorg%nicas no cargadas tambi#n pueden movilizarse debido al fen"meno electroosm"tico causado por el flujo del electrolito. Esta tecnología es ampliamente recomendable para tratar suelos poco permeables, para como lodos y sedimentos contaminados con metales pesados, aniones y compuestos org%nicos  polares en concentraciones de unas cuantas partes por mill"n +ppm/ hasta miles.

1#4#1#8#

ENTAJAS Y LIMITACIONES#

&a aplicaci"n de procesos electrocin#tico es m%s efectiva en suelos arcillosos debido a su carga superficial negativa, la cual puede alterarse por cambios en el p0 del fluido, modificando tambi#n las características de adsorci"n del contaminante? la utilizaci"n de electrolitos con p0 específico puede mejorar el desempeo de la t#cnica? seguidamente en la tabla 7.U se da a conocer en forma específica las principales ventajas y limitaciones.

16

&a eficiencia del proceso disminuye en los suelos con humedad menor al 76 >? la m%'ima eficiencia se logra con valores de humedad de 7U > a 7 >. &a presencia de objetivos met%licos o aislantes puede inducir variabilidad en el campo el#ctrico y en la conductividad del suelo afectando el proceso. Asimismo, es recomendable la utilizaci"n de electrodos inertes +carb"n, grafito o platino/ para evitar la introducci"n de residuos reactivos en el suelo tratado? los electrodos met%licos pueden disolverse por efecto de la electrolisis. +ania 8. 3., !uan A. 8. ., David A. 4667/.

-

-

-

-

ENTAJAS Es una tecnología comercialmente.

LIMITACIONES disponible -  *o es aplicable en todo tipo de suelos.

El contaminante puede separarse con facilidad del suelo, incluso en forma  pura.

-

El suelo tratado pierde ligeramente su fertilidad.

-

Es necesario hidratar el suelo al menos 4U antes de iniciar el tratamiento.

-

8alores e'tremos de p0 y reacciones r#do' pueden disminuir su eficiencia y formar productos indeseables.

Es una alternativa eficiente para la remediaci"n in situ de sitios contaminados con metales. 3e puede aplicar eficientemente en suelos arcillosos +poco permeables/

Ta-la 1.2: rinci!ales ventaas y limitaciones de la electrorremediaci/n. Fuente: Tania Volke e!"lveda.

1#8#

OPERACIÓN DE LA CELDA DE ELECTRORREMEDIACIÓN# &a celda para la electrorremediaci"n es utilizada como un dispositivo que

consiste en dos electrodos +conductores electr"nicos/ cada uno en contacto con una soluci"n electrolítica +conductor i"nico/. &os electrodos est%n separados por una interfase permeable. Donde cabe mencionar que para producir una reacci"n en las soluciones electrolíticas hay que forzar la circulaci"n de una corriente el#ctrica e'terna. -omo consecuencia de ello se genera una diferencia de potencial el#ctrico que induce los fen"menos electrocin#ticos. &as principales razones que han limitado el desarrollo de esta tecnología es la no disponibilidad de materiales para el electrodo que sean resistentes a la corrosi"n y 17

sobretodo, el pobre entendimiento de los fen"menos electrocin#ticos asociados con el transporte de contaminantes en el suelo. En consideraci"n a esto, se presenta los criterios y  par%metros relacionados con el diseo del dispositivo desarrollado para este estudio.

&os criterios de diseo fueron tomados en base a la revisi"n de los dispositivos utilizados en electrorremediaci"n de suelos contaminados con metales pesados, tomando las  principales características y proponiendo otras. 3iendo el objetivo principal el facilitar y adaptar el proceso de rutina al fen"meno de estudio, así como el de obtener y controlar, la mayor cantidad de variables presentes durante el tratamiento electroquímico de suelos.

A#

C'*'). * 5,/'),&'#



&a simplicidad, determina que un diseo debe ser simple y cumplir con los

requerimientos mínimos necesarios que demanda el proceso en estudio. El diseo de la celda facilite el proceso de operaci"n, incluyendo ensamble y manejo  del dispositivo, inserci"n de muestras, e'tracci"n de productos +s"lidos, líquidos y gases/, mantenimiento del dispositivo, inspecci"n, limpieza y reemplazo de electrodos. El diseo en su conjunto debe contemplar elementos que permitan controlar el mayor   nCmero de variables del sistema en estudio mediante su monitoreo. -ontrol visual de los cambios que puedan presentarse durante el proceso de  electrorremediaci"n.

B#

C'*') 3 & .*&*//'6, * +*'&*. * & /*&#

E'isten diversos factores que se consideran para la selecci"n de los materiales de construcci"n de la celda, dentro de los m%s importantes destacan;    

Durabilidad. Besistencia mec%nica. Besistencia química.  *o interferencia yGo reacci"n química con los componentes en estudio y los fen"menos

relacionados con el proceso electrocin#tico. En general, los materiales empleados para la construcci"n de celdas de electrorremediaci"n han preferido el vidrio el acrílico, y policarbonato.

14

C#

C'*'). 3 .*&*//'), & (*)+* * & /*&#

no de los criterios a considerar en este estudio es el relacionado con la geometría empleada  para el diseo de la celda, en este sentido la geometría debe de cumplir con los siguientes criterios; 

Reometría de celda que se ajuste a la geometría de los capilares formados en los poros

del suelo. Reometría que permita mantener completamente saturada la muestra evitando la  generaci"n de una tercera interfase sueloaire. Reometría que estimule aspectos hidrodin%micos y eviten efectos de borde así como la  acumulaci"n de contaminantes.

D#

C'*') 3 & .*&*//'6, * +*'&*. * *&*/))#

no de los criterios m%s importantes y que tienen gran trascendencia en el estudio de los fen"menos electrocin#ticos es sin lugar a dudas, la selecci"n delos materiales de electrodo. Dentro de los factores que deben tomarse en consideraci"n destacan; 

)ropiedades de conducci"n el#ctrica del material +Electrocatalizador de las reacciones

de electr"lisis/. Disponibilidad del material.  (acilidad de fabricaci"n de la forma requerida para el proceso.  Besistencia mec%nica.  Besistencia química +corrosi"n/.  Dentro de los materiales m%s adecuados y comCnmente utilizados por los investigadores se han propuesto el grafito, acero ino'idable, platino, oro y plata? mientras que en aplicaciones de campo o estudios a nivel planta piloto, es m%s apropiado el uso de materiales m%s baratos, pero confiables como el acero ino'idable, el titanio y el titanio con recubrimientos electrocatalíticos de mezcla de "'idos. &a importancia en la elecci"n de los materiales de electrodo, radica  principalmente en que afecta directamente la velocidad de la reacci"n de electrodo, pero la limitaci"n en la pr%ctica es por consideraciones de costos, su facilidad de manufactura y 11

tamao. )ara este trabajo se utiliz" electrodos de acero ino'idable +%nodo/ y grafito +c%todo/. +ver fotografías -.7 y -.4 del ane'o -/.

1##

EL SISTEMA ELECTROQUÍMICO#

1##1# LA FUENTE DE PODER# 3u principal componente es un rectificador, que es capaz de transformar la corriente alterna en continua, tambi#n tiene un regulador de tensi"n el cual determina la corriente dado al sistema. 3e alimenta un tensi"n determinado que determina la migraci"n de especies cati"nicas para que se produzca la electr"lisis del agua.

1##2# LA CELDA# &a forma y dimensiones de la celda de electrorremediaci"n pueden variar desde ser un recipiente comCn capaz de contener al electrolito y a los electrodos, hasta tener formas llamativas y complejas, todo dependiendo de los requerimientos del e'perimento electroquímico. El diseo físico de la celda y para la selecci"n de sus materiales de construcci"n se debe tomar en cuenta la naturaleza de la sustancia electroactiva y el electrolito.

1##9# LOS ELECTRODOS# El %nodo es definido como el electrodo en el cual los electrones salen de la celda y ocurre la o'idaci"n, y el c%todo es definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducci"n. -ada electrodo puede convertirse en %nodo o c%todo dependiendo del voltaje que se aplique a la celda. 3e suelen utilizar electrodos de metales nobles +platino, plata y oro/ y de grafito. Estos materiales son inertes y garantizan que, por su disoluci"n, no se generen en el medio de reacci"n iones que puedan influir en los resultados obtenidos. A nivel de aplicaci"n real, el uso de electrodos basados en metales nobles es inviable y se utilizan otros tipos de materiales de coste inferior como el acero, materiales polim#ricos o el titanio, adem%s del grafito.

1U



Distancia entre electrodos. 3e informan e'perimentos con espacio entre electrodos que

van desde unos pocos centímetros hasta 76 m. -abe mencionar que la distancia entre electrodos es, funci"n del tiempo de proceso. Es decir el gradiente de potencial el#ctrico ser% mayor conforme la distancia entre electrodos aumente.

1##4# ELECTROLITOS# &os pozos del electrolito en los que se ubican los electrodos pueden considerarse reactores electroquímicos, donde el paso de una corriente el#ctrica puede desencadenar  reacciones de o'idaci"nGreducci"n de las especies presentes en el medio electrolítico, tales como la electrolisis del agua. )ara este caso, se utiliz" soluciones de %cido ac#tico para reforzar la solubilizaci"n y transporte de contaminantes met%lico. El ac#tico, puede utilizarse para neutralizar los hidro'ilos generados por la reducci"n electrolítica del agua. &a ventaja del %cido ac#tico es que permite despolarizar los iones hidro'ilo generados por el proceso de reducci"n cat"dica. &a concentraci"n de iones generados por la disociaci"n del agua es bajo debido a su alto valor  de pOa del %cido ac#tico, los iones acetato previenen la formaci"n de otras sales insolubles en la vecindad del c%todo, esto previene el desarrollo de una zona de baja conductividad el#ctrica, y la disipaci"n e'cesiva de energía en el suelo cerca a esta regi"n y la conductividad el#ctrica del suelo no se afecta grandemente, tambi#n es ambientalmente seguro y  biodegradable.

1##

ENERGIA FOTOOLTAICOS# &a energía fotovoltaica es la energía el#ctrica obtenida a trav#s de los fotones

 procedentes de la luz solar mediante c#lulas fotovoltaicas. Este tipo de energía es cada día m%s importante debido a la mayor necesidad de energías limpias que permitan un desarrollo sostenible. El desarrollo de la energía fotovoltaica requiere conseguir, con unos costes razonables, que los elementos de la instalaci"n alcancen unos rendimientos energ#ticos elevados y así que la instalaci"n funcione de la mejor forma posible.

15

En el caso de la energía solar, #sta aprovecha directamente la energía que recibimos del 3ol +inicialmente m%s de 7,156 KGm4/, dando lugar a dos modalidades; la energía solar t#rmica y la energía solar fotovoltaica. &a fotovoltaica utiliza la radiaci"n solar para generar electricidad aprovechando las propiedades físicas de ciertos materiales semiconductores. &a energía t#rmica utiliza directamente la energía que recibimos del 3ol para calentar un fluido. &a realizaci"n de este importante paso, est% demostrando que, en muchos casos, los sistemas de utilizaci"n de las energías renovables resultan viables t#cnicamente, razonables econ"micamente e inevitables desde el punto de vista medioambiental. Este tipo de energía es cada día m%s importante debido a la mayor necesidad de energías limpias que  permitan un desarrollo sostenible# +Caracterización de módulos !otovoltaicos con dispositivo 2btenido

 Portátil.

de

http;GGearchivo.uc1m.esGbitstreamGhandleG7667:G:61=G)(-]!ulio](ernandez](erichola.pdf?jse ssionid=4UD-E45(6-EA-
1##1# ELEMENTOS DE UN SISTEMA FOTOOLTAICO# n sistema fotovoltaico consta principalmente de los siguientes elementos;

A#

GENERADOR SOLAR# &a figura 7.76 muestra un generador solar compuesto por =4 celdas de silicio

monocristalino dopados con boro y fosforo +paneles fotovoltaicos/ que captan la radiaci"n luminosa procedente del 3ol y la transforman en corriente continua a baja tensi"n. +Enrique $. &.4671/

1:

Figura 1.14: enerador solar.

B#

ACUMULADOR# &os acumuladores o baterías tienen una doble funci"n, deben proveer de

 potencia a la carga cuando no haya luz solar disponible, y amortiguar las variaciones de energía? la funci"n de los paneles solares es recargar diariamente estos acumuladores. 3eguidamente la figura 7.77 muestra una batería de gel con un electrolito en fibra de vidrio absorbente, que reduce el efecto de contaminaci"n ambiental, teniendo una vida Ctil de 75 a 46 aos? #stas no emiten gases contaminantes. +Enrique $. &.4671/

Figura 1.11: Acumuladores solares CD$EAF$ 

C#

REGULADOR DE CARGA# 3u misi"n es evitar sobrecargas o descargas e'cesivas al acumulador, que le

 produciría daos irreversibles, y asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de m%'ima eficiencia, el sistema usado para este trabajo se observa en la figura 7.74. )ara  proteger a las baterías, el regulador cierra en forma autom%tica el flujo de corriente el#ctrica desde y hacia las baterías, o bien emitiendo una seal visible o sonora. +Enrique $. &.4671/ -onforme las baterías van alcanzando su nivel de carga m%'ima, el regulador  desconecta gradualmente el flujo de corriente desde los paneles hacia las baterías. El 1=

subsistema de regulaci"n est% constituido por un regulador, que instalado entre los paneles solares y la batería, tiene como misi"n fundamental impedir que la batería continCe recibiendo energía del panel solar una vez que ha alcanzado su carga m%'ima. +Enrique $. &.4671/

Figura 1.1#: Eegulador de carga.

D#

INERSOR# &os inversores transforman la corriente continua en corriente alterna. &a

conversi"n de corriente continua en alterna puede realizarse de diversas formas. &a mejor  manera depende de cu%nto ha de parecerse a la onda sinusoidal ideal para realizar un funcionamiento adecuado de la carga de corriente alterna+Enrique $. &.4671/# A continuaci"n en la figura 7.71 se observa un inversor de onda senoidal.

Figura 1.1&: 3nversor de corriente de onda senoidal (2444D).

1##2# INSTALACIÓN DEL SISTEMA FOTOOLTAICO# A#

LOS PANELES FOTOOLTAICOS# &os paneles fotovoltaicos se instalan en serie respecto al regulador,

siendo la tensi"n promedio que emite cada panel fotovoltaico 47,5 8? gener%ndose así una tensi"n continua de U1 8 en todo el arreglo fotovoltaico tal y como se muestra en la figura 1

7.7U. &uego la tensi"n generada es enviada por el regulador a los acumuladores +baterías de gel/ +Enrique $. &.4671/ .

Figura 1.12: Tensi/n de 2& V o-tenida !or el !anel y enviado al regulador.

B#

LOS ACUMULADORES# )ara la obtenci"n de una tensi"n de 4U 8? que va a alimentar a la línea de carga

+consumo de energía/ de corriente continua, las baterías se conect" en serie como puede observar en la figura 7.75. +Enrique $. &.4671/

Figura 1.15: Tensi/n o-tenida !or el !anel y enviado al rectificador.

1<

&a tensi"n total que distribuye las baterías es de 4U 8. Esta tensi"n ingresa al inversor, para obtener un voltaje alterno de 446 8. +Enrique $. &.4671/

1##9# FUNCIONAMIENTO FOTOOLTAICO# -ada c#lula fotovoltaica +dispositivo semiconductor/ es capaz de generar una corriente de 4  U A, a una tensi"n de 6,U: 8 a 6,5 8, utilizando como fuente la radiaci"n luminosa. )arte de la radiaci"n incidente se pierde por refle'i"n +rebota/? y la otra parte, debido a la transmisi"n, atraviesa la c#lula. Esta energía es recogida y conducida hasta un controlador o regulador de carga, el cual tiene la funci"n de enviar toda o parte de esta energía hacia el  banco de baterías que es el lugar donde es almacenada, y donde se tiene el cuidado de no e'cederse en los límites de sobrecarga. &a energía almacenada es utilizada para abastecer  las cargas durante la noche o en días de baja insolaci"n, o cuando el arreglo fotovoltaico es incapaz de satisfacerla demanda por sí solo. 3i las cargas a alimentar son de corriente directa o continua, esto puede hacerse directamente desde el arreglo fotovoltaico o desde la batería? en cambio, si las cargas son de corriente alterna, la energía proveniente del arreglo y de las  baterías, limitada por el regulador, es enviada a un inversor de corriente, el cual la convierte a corriente alterna. +Enrique $. &.4671/ 

C)+3).'/'6, > *5'/'*,/' * &). P,*&*. F))?)&'/).#

&os paneles fotovoltaicos est%n compuestos por c#lulas fotovoltaicas de silicio monocristalino, policristalino o amorfas la descripci"n de estos tipos de c#lulas se muestra en la tabla 7.5. &a diferencia entre ellas radica en el procedimiento de fabricaci"n. &a eficiencia de un panel es mayor cuanto mayor son los cristales? pero tambi#n, su peso, grosor  y costo. &a producci"n de electricidad varía linealmente a la luz que incide sobre el panel? un día enteramente nublado equivale apro'imadamente a un 76 > de la intensidad total del sol, y el rendimiento del panel disminuye en proporci"n a este valor. El rendimiento de un panel fotovoltaico depende de la intensidad de la radiaci"n luminosa y de la temperatura de las c#lulas solares. +Enrique $. &.4671/

R*,'+'*,) &7))') M),)/'.&',)

R*,'+'*, C/*.'/. F7'//'6, ) '*/) 4U > 75 >  7 > Es típico los azules 3e obtiene de U6

P)&'/'.&',)

7< >  46 >

74 >  7U >

A+)5)

76 >

k 76 >

homog#neos y la silicio puro cone'i"n de las fundido y se c#lulas individuales dopa con entre. fosforo y boro. &a superficie est% 9gual que el del estructurada en monocristalino, cristales y contiene  pero se distintos tonos de disminuye el azules. nCmero de fases de cristalizaci"n iene un color  iene la ventaja homog#neo de depositarse +marr"n/, pero en forma de e'iste cone'i"n l%minas visible en c#lulas. delgadas y sobre sustrato de vidrio o pl%stico.

Ta-la 1.5: $ficiencia de cada ti!o de !anel fotovoltaico seg"n los ti!os de c>lulas. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

1##4# ORIENTACIÓN DE LOS PANELES FOTOOLTAICOS# &a intensidad de corriente que genera un panel aumenta con la radiaci"n, y la tensi"n  permanece apro'imadamente constante. En este sentido, tiene mucha

importancia la

colocaci"n de los paneles, su orientaci"n e inclinaci"n respecto a la horizontal, porque los valores de la radiaci"n varían a lo largo del día en funci"n de la inclinaci"n del sol respecto al horizonte. +Enrique $. &.4671/ &a luz del sol que cae sobre la superficie de captaci"n sin dispersarse ni ser absorbida es, por  supuesto, radiaci"n directa. Debido a los baos de sol y al trabajo al aire libre, la radiaci"n directa es la m%s intensa. n panel solar genera electricidad, incluso, en ausencia de luz solar directa. 3in embargo, las condiciones "ptimas de operaci"n implican; la presencia de luz solar plena y un panel orientado lo mejor posible hacia el 3ol, con el fin de aprovechar al m%'imo la luz solar directa. +Enrique $. &.4671/



,(&) * ',/&',/'6, * ',/'*,/'#

El %ngulo de inclinaci"n +/ es el formado entre la superficie colectora y la horizontal del lugar. )ara un valor dado del %ngulo de inclinaci"n, dependiendo de la posici"n del sol sobre el horizonte, e'istir% un valor para el %ngulo de incidencia +/ que forma la U7

 perpendicular a la superficie de colecci"n con los rayos incidentes. Es preferible dar al %ngulo de inclinaci"n +/ un valor igual al de la latitud del lugar m%s 76 " 75 grados. +Enrique $. &.4671/

Figura 1.17: $l ngulo de inclinaci/n y el ngulo de incidencia res!ecto al !anel fotovoltaico. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

1##8# INSTALADO DEL SISTEMA FOTOOLTAICO# &a fuente de energía solar llega a los paneles fotovoltaicos con una irradiaci"n de 7666 KGm4, en la figura 7.7= se puede observar la secuencia de instalado. &os paneles fotovoltaicos transforman mediante el efecto fotovoltaico la energía solar en energía el#ctrica, generando en cada panel una tensi"n promedio de 47 8 de voltaje continCo? siendo el voltaje total de los dos  paneles U4 8. Emitido los paneles solares la tensi"n continua de 47 8, este ingresa a los regulador de tensi"n? los cuales van a regular una tensi"n constante de 74 8? lo que es derivado a los acumuladores que est%n conectados en serie para obtener una tensi"n continua de 4U 8. Esta tensi"n continua ya que es derivada a la carga de consumo de voltaje continuo, con una capacidad promedio de 4U 8, lo que es utilizado directamente por una celda electroquímica en donde se realizaran los procesos electroquímicos ambientales. &a obtenci"n de una tensi"n alterna de 446 8, es tomada de la fuente de energía del acumulador, lo que emite 4U 8 de tensi"n continua? este pasara por el equipo del rectificador lo que eleva la tensi"n y rectifica la onda a una tensi"n de 446 8 alterno. +Enrique $. &.4671/

U4

Figura 1.1<: 3nstalaci/n fotovoltaica Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

CAPITULO II PARTE E"PERIMENTAL 2#1#

DISE$O E"PERIMENTAL# El diseo e'perimental es una estructura de investigaci"n donde al menos se manipula una variable y las unidades son asignadas aleatoriamente a los distintos niveles o categorías de la variable o variables manipuladas. n e'perimento consiste en hacer un cambio en el valor de una variable +variable independiente/ y observar su efecto en otra variable +variable dependiente/. Esto se lleva a cabo en condiciones rigurosamente controladas, con el fin de describir de qu# modo o por qu# causa se  produce una situaci"n o acontecimiento particular.

2#2#

DISE$O FACTORIAL# El diseo factorial son aquellos e'perimentos en los que se estudia simult%neamente dos o m%s factores, y donde los tratamientos se forman por la combinaci"n de los diferentes niveles de cada uno de los factores. El nCmero total de e'perimentos a llevarse a cabo viene definido por la relaci"n;

U1

 *H pruebas  mn Donde; m; representa los niveles. n; representa a las variables independientes.

2#2#1# IDENTIFICACIÓN DE ARIABLES Y CONSTANTES# &as variables consideradas y evaluadas durante el proceso de electrorremediaci"n de suelos en una celda electrolítica fueron; Varia-les inde!endientes -2*-E*BA-92* DE& E&E-B2&92 A-9D2 A-E9-2

Varia-le ;e!endiente

BEM2-92* DE -d, @n y As.

2tras constantes involucradas en el proceso de electrorremediaci"n para la remoci"n )EB92D2 DE EJ)EB9ME*A-92*

de los contaminantes +metales pesados/ que se mantuvieron constantes, fueron;     

Distancia entre electrodos; 76 cm. Vrea total de contacto de los electrodos; 7U.71 cm4. 8olumen de muestra inicial; 456 g. 8olumen de electrolitos tanto an"dico y cat"dico; U l. (lujo del electrolito; 75.45 mlGmin.

2#2#2# SELECCIÓN DE FACTORES# A continuaci"n la tabla 4.7 muestra los factores considerados y evaluados durante el  proceso de electrorremediaci"n para la remoci"n de -d, @n y As de suelos contaminantes; FATCE$

;CM3?3C $G$E3M$?TAH  ?ivel -ao (@) ?ivel alto (I) 76-4 '76-1

 G 1 oncentraci/n del electrolito cido ac>tico. (M)  G #  eriodo de e!erimentaci/n. () 7: Ta-la #.1: ?iveles de las varia-les inde!endientes.

1:

UU

&as concentraciones  ' 76-1 y 76-4 del electrolito fueron determinados de manera e'perimental? para conseguir estos valores nos basamos en trabajos ya realizados +valores

fueron

tomados

de

manera

semejante

al

documento

titulado;

Electrorremediaci"n de suelos arenosos contaminados por )b, -d y As provenientes de residuos mineros, utilizando agua y %cido ac#tico como electrolitos/, la concentraci"n inicial con la que se empez" fue a 761 M los resultados de remoci"n fueron demasiado  bajos esto debido a que la reacci"n que se produce en los electrolitos es r%pida esto  provoca que el p0 aumente y no deja que migre al c%todo como debería de ser, tambi#n se prob" con una concentraci"n de 6,1 M para este caso tambi#n la remoci"n de contaminantes fue bajo y la reacci"n que se produce lenta y se necesitaría m%s tiempo para llegar a resultados favorables. De la misma manera se fueron e'perimentando con valores entre los ya mencionados, llegando finalmente a los valores de  ' 76-1 y 76-4 para tiempos de 7: h. 3imilarmente se trabaj" con el tiempo ya que se notaron remociones considerables a tiempos de 7: h propusimos trabajar a 1: h.

2#2#9# TRATAMIENTO DE DATOS# -on dos factores fijados a dos niveles +^ y /, se decide utilizar un diseo factorial completo, donde;  

 ?iveles: m%'imo +^/ y mínimo +/. Varia-les inde!endientes ; concentraci"n del electrolito -01-220 +J7/ y tiempo de residencia +J4/.  *Cmero de pruebas  44  U

3e recolecto 7 muestra representativa, haciendo un total de  pruebas.

MATRI! DE E"PERIMENTOS FACTORES REPETICIONES  G #  E1  E# N  G 1 (M) () 4 76 1: 1 J J  764 7: 2 J J  9

'761

1:

J

J  U5

4

'761

7:

J

J 

Ta-la #.#: Matri de ;iseo. Fuente: ela-oraci/n !ro!ia.

2#9#

EQUIPOS UTILI!ADOS# &a investigaci"n se realiz" utilizando los siguientes equipos de laboratorio. R*/'5'/) * C)'*,* &a marca del rectificador de corriente utilizado es el que se muestra en la figura 4.7. Este equipo convierte la corriente alterna en corriente continua. Begulador de corriente;  +arca #$-', (C P/E0 *#PP12   +odelo #'P34567

Bango de tensi"n el#ctrica; 6 \ 14 8 Bango de corriente el#ctrica; 6 \ 5 A

Fotograf0a #.1: Eectificador de orriente Fuente: $la-oraci/n !ro!ia

C*& E&*/)&'/# &a celda para el proceso de electrorremediaci"n tiene una capacidad para tratar 456 g de suelo contaminado con metales pesados. &a celda de electrorremediaci"n tiene una distribuci"n volum#trica que contempla tres regiones como se muestra en la figura 4.4.

U:

Fotograf0a #.#: ;imensiones de la celda !ara electrorremediaci/n. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia -elda de electrorremediaci"n; Es

una celda cilíndrica de acrílico siendo las

dimensiones del cilindro 47 cm de largo por 5,5 cm de di%metro interno dividido en 1 partes +)ara la soluci"n an"dica, suelo y para la soluci"n cat"dica/;

ESPECIFICACIONES DE LOS COMPARTIMIENTOS: ANODICA Y CATODICA 2 En las fotografías 4.U y 4.5 se muestran dichos compartimientos y cuyas especificaciones son;   





5.5 cm de largo. 5,5 cm de di%metro interno. 7 perforaci"n en la parte superior de 6,5 cm de di%metro y 7,5 cm de alto con tapa. 4 perforaciones en la parte lateral de 7,4 cm de di%metro a los cuales est%n acoplados a mangueras para la entrada y salida del electrolito. 7 perforaci"n en la parte lateral de un di%metro de 6,1 cm para la colocaci"n del electrodo.

ESPECIFICACION COMPARTIMIENTO PARA SUELO 1 En la fotografía 4.1 se muestra el compartimiento la cual cuenta con las siguientes especificaciones;   

76 cm de largo. 5,5 cm de di%metro interno. 1 perforaciones en la parte superior a lo largo de la celda para el monitoreo del p0 de 6,5 cm de di%metro y 7,5 cm de alto con sus respectivas tapas.

U=

Ta-la #.&: $s!ecificaciones de los com!artimientos de la celda de electrorremediaci/n. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

Fotograf0a #.&: om!artimientos de la celda de electrorremediaci/n (!oo !ara muestra de suelo). Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

U

Fotograf0a #.2: om!artimientos de la celda de electrorremediaci/n (!oo cat/dico). Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

Fotograf0a #.5: om!artimientos de la celda de electrorremediaci/n (!oo an/dico). Fuente: $la-oraci/n !ro!ia. &os electrodos utilizados fueron; 7 placa de acero ino'idable tipo A939 16U +%nodo/ en forma circular de 7U,71 cm4 de %rea adherido un mango del mismo material de 6,1 cm de di%metro y 77 cm de largo? 7 de grafito +c%todo/ en forma cilíndrica de 7U,71 cm4 de %rea adherido un mango del mismo material de 6,1 cm de di%metro y 77cm de largo para la cone'i"n con los cocodrilos. +8er  Ane'o $/.

S'.*+ * (*,*/'6, * *,*(# U<

El sistema para la generaci"n de energía que se ha utilizado es el que se muestra en la esquema 4.7. El sistema consta de dos paneles fotovoltaicos los cuales cada panel genera una tensi"n promedio de 47 8. &os voltajes emitidos por los paneles ingresan a los reguladores de voltaje que mantienen una tensi"n constante de 74 8. Esta tensi"n es derivada a los acumuladores que est%n conectados en serie y paralelo para obtener una tensi"n continua de 4U 8. (inalmente esta tensi"n continua es utilizada para el proceso de electrorremediaci"n de suelos contaminados. PANALES FOTOVOLTAICOS

REGULADORES

BATERIAS

INVERSOR

TENSION ALTERNA (220 V)

 $s%uema #.1: istema de generaci/n de energ0a. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia

B&, A,&'/ D'('&# )ara el trabajo e'perimental se utiliz" la balanza que se muestra a continuaci"n en la fotografía 4.= la cual se encuentra ubicada en el laboratorio de química org%nica, cuyas características son; Marca

; AE ADAM.

Modelo

; AAA 456&.

-apacidad

; 456 por. 6.7mg.

3ensibilidad

; 6.667

56

Fotograf0a #.<: Balana Anal0tica digital. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia

M&'*.*# ambi#n llamado multímetro? es un instrumento el#ctrico port%til para medir  directamente magnitudes el#ctricas activas +corrientes/ o pasivas +resistencias y capacidades/ y se muestra a continuaci"n en la fotografía 4.. &as medidas pueden realizarse para corriente continua o corriente.  Marca; )rasec \ )remium +con sensor de temperatura/. Modelo; )B \ 5 Especificaciones t#cnicas; voltaje de entrada A- o D-.

Fotograf0a #.8: Multitester digital !ara medir tensi/n y corriente Fuente: $la-oraci/n !ro!ia

57

3H+*): )ara el trabajo e'perimental se utiliz" este instrumento mostrada en la fotografía 4.< con las siguientes características; Marca; 0A**A. Modelo ; 09 <<7167 Especificaciones t#cnicas; p0GE-GD3. emperatura.

Fotograf0a #.=: !'metro. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia

2#4# MATERIALES UTILI!ADOS#  61 vaso de precipitaci"n de 456 ml.  67 pipeta de 5 ml.  67 propipeta.  67 piceta.  67 luna de reloj.  67 fiola de 7666ml.  p0metro.  67 esp%tula.  64 balde.  6 guantes.  64 pliegos de papel filtro.  67 malla de 4 mm.  67 pico.  67 combo de madera.  46 bolsas de polietileno con cierra herm#tico +@iploc/

54

2#8# REACTIO UTILI!ADO#  Vcido ac#tico +-01-220/; 764 y  ' 761 Molar. 2## METODOLOGIA E"PERIMENTAL# 2##1# PROCEDIMIENTO PARA EL MUESTREO DE SUELOS# 0ay varios m#todos de muestreo de suelos dependiendo la topología y recursos disponibles. 3in embargo el m%s utilizado es el @igzag.  3e visit" el terreno a muestrear +Estaci"n del Mantaro \ *-), !auja/ y se eligi" el lote a muestrear.  3e removi" las plantas y las hojarascas +7 \ 1 cm/ de un %rea de U6 cm ' U6 cm entre 466 g a 166 g, se limpi" las herramientas despu#s de tomar cada sub muestra.  -on un pico se hizo hoyo en forma de 8 desde 6 cm a la profundidad adecuada que es de 76 cm a 75 cm y se e'trajo una porci"n de suelo con un apro'imado de 6,5 Fg de cada punto de muestreo. En total se tomaron 74 submuestras.  &as sub muestras se mezclaron y se secaron a una temperatura de 7: H- durante 7 hora, con un combo se disminuyeron de tamao las partículas de suelo, para  posteriormente tamizar con una malla de 4 mm.  &a muestra tamizada se cuarteo en forma de una cruz, eliminando dos  porciones de cada e'tremo? se mezcl" nuevamente y se elimin" dos porciones de los e'tremos llegando hasta 4 Fg +7 Fg para caracterizaci"n de suelos y 7 Fg  para 9-) de masas/ que representa al terreno muestreado +muestra representativa/.  (inalmente las muestras se colocaron en bolsas herm#ticas apro'imadamente 7 Fg para cada an%lisis y se etiquetaron. 3e guardaron apro'imadamente 1 Fg de suelo para la electrorremediaci"n.

2##2# PROCEDIMIENTO PARA LA INSTALACION DE LOS EQUIPOS# -

na vez instalado el sistema de paneles fotovoltaicos +(igura 4.:./ se procedi" a encender el inversor la cual

convierte la corriente alterna a corriente

continua, almacenada en los acumuladores. - 3e prepararon soluciones para los electrolitos +-01-220/ a diferentes concentraciones 764 y  ' 761 Molar para cada proceso. 51

-

)ara realizar las corridas e'perimentales de electrorremediaci"n de suelos contaminados por metales pesados, se procedi" a empacar el equipo para la electrorremediaci"n con apro'imadamente 456 g de suelo, humectado anteriormente durante 4U horas, la relaci"n sueloGagua se elige empíricamente de tal manera que las pastas tengan una consistencia semis"lida adecuada para el empaquetamiento +dependiendo del tipo de suelo/. &a humectaci"n se hizo

con el electrolito a usarse +ver ane'os $/. - 3e arm" el equipo para la electrorremediaci"n +ver ane'o $/, la muestra de suelo es separada de los electrolitos por papel filtro, los electrodos usados fueron el acero ino'idable como %nodo y grafito como c%todo +determinados e'perimentalmente/. - na vez empacado con la muestra de suelo +456 g/ se procede a la descarga de los electrolitos tanto para el pozo an"dico como cat"dico. - &os cocodrilos se conectaron a los electrodos tanto %nodo como c%todo al rectificador de corriente ya instalado.

2##9# PROCEDIMIENTO PARA LA ELECTRORREMEDIACION# - 3e encendi" el rectificador de corriente con un potencial constante de 14 8, los e'perimentos se llevaron a cabo durante 7: h y 1: h. - na vez terminado el e'perimento se procedi" al apagado del equipo. - &os electrolitos fueron sacados y se desarm" el equipo, se limpiaron y lavaron -

los electrodos para el pr"'imo e'perimento. El suelo tratado fue sacado en bandejas para ser secado a temperatura ambiente +apro'imadamente 7:H-/, se moli" +tener partículas homog#neas/ y se mand" analizar químicamente por 9-) \ M3 para determinar la concentraci"n finales

de los metales de cadmio, zinc y ars#nico. - 3e repiti" el proceso para cada combinaci"n faltante.

5U

CAPITULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS# 1.7.

RESULTADOS# 9#1#1#

CARACTERI!ACION INICIAL FISICO-QUIMICA DE LAS MUESTRAS DE SUELO# &a tabla 1.7 muestran los resultados de la caracterizaci"n física +ver reporte (.7 en el ane'o (/ de la muestra de suelo que fueron tomadas de &a Estaci"n de El Mantaro +*-)  !auja/ ingresadas al equipo de electrorremediaci"n para su  posterior tratamiento, los par%metros se tom" de una muestra que estuvo almacenada en bolsas herm#ticas despu#s de 1 días de su muestreo.

PARAMETROS RESULTADOS =,46 3H 1:1 6,55 C#E# 1:1 S+ 6,66 CCO9  74,4 P  ppm/ :   ppm/ 1: A,&'.'. A*,  +*/,'/)# U7 L'+)  41 A/'&&  (r. C&.* *@& 76, CIC Ta-la &.1: aracteriaci/n f0sica inicial de la muestra de sueloK resultados emitidos  !or el Ha-oratorio de suelos, Agua y !lantas de la 9?AM. 55

Fuente: $la-oraci/n !ro!ia. &a tabla 1.4 muestran los resultados de los an%lisis de los contaminantes presentes +ver reporte (.76 en el ane'o ( esto falta poner en el ane'o/ en la muestra de suelo  por el m#todo de 9-)M3. &os par%metros se tomaron de una muestra que estuvo almacenada en bolsas herm#ticas.

ENSAYOS RESULTADOS zinc +mgGFg/ 1=<,5 +&-; 6,656 mgGFg/ ars#nico +mgGFg/ 4<,=1 +&-; 6,656 mgGFg/ cadmio +mgGFg/ U,5=4 +&-; 6,646 mgGFg/ Ta-la &.#: Anlisis de metales !esados !or 3 Masas. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia. 9#1#2#

CARACTERI!ACIÓN DE LAS MUESTRAS DE SUELO DESPUES DE SU TRATAMIENTO# &as tablas siguientes muestran los resultados del contenido de metales despu#s de su tratamiento a las diferentes condiciones. &os resultados de muestran en los reportes del (.4 al (. del ane'o (.

ENSAYOS

RESULTADOS M*. M*. M*. ','/'& R1 R2 1=<,5 5,4 5,U=<

zinc +mgGFg/ +&-; 6,656 mgGFg/ ars#nico +mgGFg/ 4<,=1 6,U674 6,1<4 +&-; 6,656 mgGFg/ cadmio +mgGFg/ U,5=4 6,61746 6,615U= +&-; 6,646 mgGFg/ Ta-la &.&: Eesultados de contenido de metales !ara 14 @# M y &7 . Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

ENSAYOS

RESULTADOS M*. M*. M*.  ','/'& R9  R4 5:

zinc +mgGFg/ 1=<,5 451,4 4:4,= +&-; 6,656 mgGFg/ ars#nico +mgGFg/ 4<,=1 47,U< 41,44 +&-; 6,656 mgGFg/ cadmio +mgGFg/ U,5=4 1,<: U,1:5 +&-; 6,646 mgGFg/ Ta-la &.2: Eesultados de contenido de metales !ara 8  14 @& M y &7 . Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

ENSAYOS

RESULTADOS M*. M*. M*.  ','/'& R8 R 1=<,5 4:6,U 45,<

zinc +mgGFg/ +&-; 6,656 mgGFg/ ars#nico +mgGFg/ 4<,=1 44,=5 4U,61 +&-; 6,656 mgGFg/ cadmio +mgGFg/ U,5=4 1,14 U,47= +&-; 6,646 mgGFg/ Ta-la &.5: Eesultados de contenido de metales !ara 8  14 @& M y 17 . Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

ENSAYOS

RESULTADOS M*. M*. M*. ','/'& R R 1=<,5 4:1,: 4=7,6

zinc +mgGFg/ +&-; 6,656 mgGFg/ ars#nico +mgGFg/ 4<,=1 41,7 46,1 +&-; 6,656 mgGFg/ cadmio +mgGFg/ U,5=4 U,7<6 U,4=U +&-; 6,646 mgGFg/ Ta-la &.7: Eesultados de contenido de metales !ara 14 @# M y 17 . Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

9#1#9# MATRI! DE E"PERIMENTOS Y RESULTADOS &as tablas siguientes se muestran los porcentajes de remoci"n de los metales  pesados de las muestras tratadas dela Estaci"n E'perimental de El Mantaro +*-) \ !auja/, a las diferentes combinaciones en el diseo e'perimental.

5=

 ?L

VAE3ABH$ CC 8+9

1 # & 2

 E$MC3C? 

'iempo 8:9





7: 7:

17.1

3=.4;

35.6?

>;.6@

;<=5

3

33.>;

35.4;

->

3

@;.=

@;.6

-3

;<=5 ->

=5

-3

=5

 

 

Ta-la &.<: Matri de $!erimentos y Eesultados !ara el Nn

 ?L 1 # & 2

VAE3ABH$

 E$MC3C? 

CC 8+9

'iempo 8:9





;<=5-3

7: 7:

47.U

=@.=4 

>>.53

>@.@?

;<=5

3

>4.4>

>=.@5

->

3

@;.6

@;.

->

=5

-3

=5

 

 

Ta-la &.8: Matri de $!erimentos y Eesultados !ara el As

 ?L 1 # & 2

VAE3ABH$

 E$MC3C? 

CC 8+9

'iempo 8:9





;<=5-3

7:.7<

4.44 

=5

7: 7:

;.3

.6>

;<=5-3

3

=3.>=

?.63

3

@@.3>

@@.>>

->

->

=5

 

Ta-la &.=: Matri de $!erimentos y Eesultados !ara el d  1.4.

ANLISIS DE LA ARIAN!A# 9#2#1#

ANALISIS DE ARIAN!A PARA LOS PORCENTAJES DE REMOCION DEL CADMIO C: El an%lisis de varianza para el porcentaje de remoci"n del -d se muestra en la tabla 1.77. De acuerdo con la columna para el valor de p, cuyas entradas son menores que 6,65 +<5 > de grado de confianza/, podemos observar que los tres efectos +concentraci"n del electrolito +-01-220/, tiempo, interacci"n/ son significativos.

FUENTE C),/*,/'6, *& *&*/)&') CH9COOH "1

GL SC 7 1::.6

CM 1::.6

F P 7<=.6= 6.666

5

1<15.: 1<15.: 467.5= 6.666 P*')) * *@3*'+*,/'6, "2 7 7 U56:. U56:. 4U6.<5 6.666 I,*//'6, U =U. 7.= E) = 74461.4 T)& Ta-la &.11: A?CVA !ara el !orcentae de remoci/n del admio. Fuente: ela-oraci/n !ro!ia. 9#2#2# ANALISIS DE ARIAN!A PARA LOS PORCENTAJES DE

REMOCION DEL !INC !,# El an%lisis de varianza para el porcentaje de remoci"n de zinc +@n/ se muestra en la tabla 1.74. De acuerdo con la columna para el valor de p, cuyas entradas son menores que 6,65 +<5 > de grado de confianza/,  podemos observar que los tres efectos +concentraci"n del electrolito, tiempo e interacci"n/ est%n activos o son significativos.

FUENTE GL SC CM F P 7 464.=7 464.=7 7:17.76 6.666 C),/*,/'6, *& *&*/)&') CH9COOH "1 P*')) * *@3*'+*,/'6, "2 7 4U71.6U 4U71.6U 7<. 6.666 7 4156.<4 4156.<4 7U7.75 6.666 I,*//'6, U 5.77 7.4 E) = :57.= T)& Ta-la &.1#: A?CVA !ara el !orcentae de remoci/n del Ninc (Nn). Fuente: $la-oraci/n !ro!ia. 9#2#9#

ANALISIS DE ARIAN!A PARA LOS PORCENTAJES DE REMOCION DEL ARSNICO A.# El an%lisis de varianza para el porcentaje de remoci"n de As se muestra en la tabla 1.71. De acuerdo con la columna para el valor de p, cuyas entradas son menores que 6,65 +<5 > de grado de confianza/, podemos observar que los tres efectos +concentraci"n del electrolito, tiempo e interacci"n/ est%n activos o son significativos.

FUENTE C),/*,/'6, *& *&*/)&') CH9COOH "1 P*')) * *@3*'+*,/'6, "2 I,*//'6,

GL 7

SC 167.<7

CM F P 167.<7 47U.46 6.666

7 7

4<66.7= 41<4.
4<66.7= 467.5= 6.666 41<4.
E) T)&

U 5=.55 7U.1< = U14.5= Ta-la &.1&: A?CVA !ara el !orcentae de remoci/n del ars>nico (As). Fuente: $la-oraci/n !ro!ia.

9#9# REACCIONES PRODUCIDAS# El proceso de electrorremediaci"n de suelos est% basado en la electrolisis del agua y se genera las siguientes reacciones tanto en la soluci"n del anolito y catolito;

E, *& ,)): liberaci"n de especies de suelo. 3uelos@n ^ 0^  @n^4 ^ 3uelo0 3uelos-d ^ 0^  -d^4 ^ 3uelo0 @n+20/ ^ 4 0^  @n^4 ^ 042 -d+20/ ^ 4 0^  -d^4 ^ 042

E, *& /)): fijaci"n de las especies del suelo. @n^4 ^ 4+-01-22/4  @n+-01-22/4 -d^4 ^ 4+-01-22/4  -d+-01-22/4 @n^4 ^ 420  @n+20/4 -d^4 ^ 420  -d+20/4 3uelo+04As2U/ ^1 @n+20/4  @n1+As2U/4 ^ 3uelo+20/4

9#4# COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS CON LOS LÍMITES M"IMOS PERMISIBLES SEGÚN NORMAS# &a tabla 1.7U, muestra los resultados del suelo tratado de la estaci"n de Mantaro +*-)/  !auja, a 764 y 1: horas de tratamiento, las cuales son comparadas con datos de los límites m%'imos permisibles segCn la norma #cnica -anadiense +8er ane'o R/.

ELEMENTO

UNIDAD

RESULTADOS

LMP

NORM

 ppm

OBTENIDOS 6.611U

7.U

A *-

/+') C ',/ !,

 ppm

5.115

466

*-

.K,'/) A.

 ppm

6.1<<=

74

*-

Ta-la &.12: om!araci/n de los resultados o-tenidos con los l0mites mimos !ermisi-les seg"n la ?orma T>cnica anadiense (?T) !ara el  contenido de contaminantes en suelos agr0colas. Fuente: $la-oraci/n !ro!ia. :6

9#8# PRUEBA DE HIPOTESIS# &a variaci"n de la concentraci"n del electrolito +-01-220/ y el tiempo de tratamiento tiene un efecto significativo en la remoci"n de los contaminantes del suelo +muestra tomada de la Estaci"n del Mantaro  *-)/ por el m#todo de Electrorremediaci"n mediante paneles fotovoltaicos, a nivel de laboratorio.

PARMETROS FA FB FAB FT7&. ?&)-3 AB 7<=.6= 467.5= 4U6.<5 5.5<7 6.666 /+') C 7:17.7 7<. 7U7.75 5.5<7 6.666 ',/ !, 47U.46 467.5= 7::.14 5.5<7 6.666 .K,'/) A. Ta-la &.15: Eesumen de los factores de significancia de los cuadros A?CVA. 3e fij" un grado de confiabilidad de <5>, por lo tanto   6.65. En la tabla 1.75 se puede observar que los valores de (A$ ` (ablas y el valorp  6,65? entonces se acepta la hip"tesis.

DISCUSION DE RESULTADOS :7



En 4676 &aura Rarcía 0. y Marissa 8argas B. +@acatecas \ M#'ico/ electrorremediaron suelos contaminados con )b de la zona de @imap%n 0idalgo con una concentraci"n inicial de U1 ppm? utilizando -01-220 y -01-22*0U  como anolito y catolito, emplearon una corriente de 468 durante 4U horas con electrodos de itanio +i/ recubierto de "'idos de Butenio +iGBu2/, obteniendo una remoci"n del 74> de )b con respecto a la concentraci"n inicial. 3e tomaron en cuenta estos  par%metros que fueron importantes para la realizaci"n del presente trabajo para el caso de este tesis se removieron el -d, @n y As result%ndonos porcentajes de remoci"n altos y favorables.



En 4677 &aura Rarcía 0. y Marissa 8argas B. +@acatecas \ M#'ico/ electrorremediaron suelos contaminados con )b, -d y As de la zona de @imap%n 0idalgo con suelo real tipo arenoso +<1>/ utilizando -01-220 y -01-22*0U como anolito y catolito a una concentraci"n de 6.667M, emplearon una corriente de 468 durante 4U horas con electrodos de itanio +i/ recubierto de "'idos de Butenio +iGBu2/, obteniendo una remoci"n del 74> +< ppm/ de )b, 46> += ppm/ de -d y 44> +=< ppm/ para el As con respecto a la concentraci"n inicial. 0aciendo una comparaci"n con los resultados obtenidos en este trabajo las remociones de -d y As son m%s altos result%ndonos para el -d un <<.4=>, para el @n un <.5<> y un <.::>  para el As.

:4

CONCLUSIONES



3e evalu" en forma físicoquímica la muestra de suelo tomada de la Estaci"n E'perimental de El Mantaro +*-) \ !auja/ tiene las siguientes características; un p0 de =,46, una -.E. de 6,55 d3Gm, M.2. de 7, >, ) en un 74,4 ppm, O en un : ppm, en cuanto al an%lisis mec%nico; Arena en un 1: >, limo en un U7 > y arcilla en un 41 >, siendo de clase te'tual (ranco, con una -9- de 76,. En cuanto al contenido de contaminantes que e'ceden con los límites m%'imos permisibles son; para el cadmio un U.5=4 mgGFg, para el zinc un 1=<.5 mgGFg y para el ars#nico un 4<.=1 mgGFg.



3e determin" que la concentraci"n del electrolito %cido ac#tico "ptima para el proceso de electrorremediaci"n es 764 Molar d%ndonos un mayor porcentaje de remoci"n de los contaminantes durante 1: h.



3e determin" el periodo de e'perimentaci"n "ptimo para el proceso de electrorremediaci"n de suelos es de 1: horas, gener%ndonos un mayor porcentaje de remoci"n de contaminantes en una muestra de suelo de la Estaci"n E'perimental de El Mantaro.



&os porcentajes de remoci"n de los contaminantes de metales pesados en el suelo por  el m#todo de electrorremediaci"n son <,:: > para el As? <<,4= > para el -d y un <,5< > para el @n. W se da a una concentraci"n del electrolito %cido ac#tico de 764 M y a un tiempo de tratamiento de 1: horas.

:1

RECOMENDACIONES



3e recom recomie iend ndaa para para futu futura rass inve invest stig igac acio iones nes toma tomarr en cuent cuentaa otros otros fact factor ores es de vari variab abil ilid idad ad como como son; son; la varia variaci ci"n "n de volta voltaje jes, s, tipo tiposs de elec electr trol olit itos os,, tipos tipos de materiales para los electrodos que sean f%ciles de conseguir.



)arte del proceso de electrorremediaci"n se obtiene un e'tracto +electrolitos usados/ en los que se encuentran especies met%licas de inter#s, se recomienda plantear m#todos  para su recuperaci"n y de esa manera disminuir así el impacto ambiental que pueda  producir la generaci"n de estos líquidos.



&os e'perimentos reportan tiempos de tratamientos electroquímicos con una gran variedad variedad de tiempos, tiempos, mismos que van desde unas pocas horas hasta varios meses. )or  tanto se recomienda realizar e'perimentos a mayores tiempos.



&uego del tratamiento del suelo se recomienda adicionar materia org%nica +humus/, ya que cuando se lleva a cabo la remoci"n de los contaminantes tambi#n es posible la alteraci"n de ciertas propiedades físicas por el uso de soluciones %cidas.

:U

REFERENCIA BIBLIOGRAFÍA 1. AlloQa AlloQayy $, +7<<5/. +7<<5/. 0eavy 0eavy meta metals ls in soils soils.. +747<, +747<, 4U16 4U167/. 7/. &ondo &ondon. n. 4da Edici"n. $lacFie Academic and )rofessional. U. $arr"n, M.. M.. 2ropezaRuzm 2ropezaRuzm%n, %n, 9. Ronz%lez Ronz%lez,, M. eutli&eon, eutli&eon, +466
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ac#tico

como

electrolitos.

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41G65G4671

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ANE"OS A FOTOGRAFIAS DE MUESTREO DE SUELOS#

Fotograf0a A.1: Terreno agr0cola u-icado en la $staci/n de $l Mantaro (9?@  Oaua) regado con aguas de Eio Mantaro.

:=

Fotograf0a A.#: anal de riego !roveniente del rio Mantaro con el cual riegan los terrenos de cultivo a unos & km del rio.

:

5

4

1

:

=



Fotograf0a A.&: !untos de muestreo de suelo en Nig P Nag.

:<

Fotograf0a A.2: $cavaciones !ara sacar las muestras de suelo a una !rofundidad de #4 cm a &4 cm.

Fotograf0a A.5: Eecoo de las muestras de suelo !ara su !osterior secado y tamiado. =6

Fotograf0a A.7: ecado de las muestras de suelo durante &5 min a 17 L.

Fotograf0a A.<: Molienda y tamiado de las muestras de suelo a malla # mm.

=7

Fotograf0a A.8: $m!a%uetado y eti%uetado de muestras de suelo !ara sus res!ectivos anlisis f0sico@%u0micos (aracteriaci/n e 3@M) 1kg a!roimadamente !ara cada anlisis.

ANE"O B FOTOGRAFIAS DE HUMECTACION DE LA MUESTRA Y DEL PROCESO DE ELECTRORREMEDIACION#

=4

Fotograf0a B.1: Vaciado y umectaci/n de la muestra de suelo con el electrolito a tra-aar.

Fotograf0a B.#: 'umectaci/n de la muestra de suelo antes del tratamiento de electrorremediaci/n. Fotograf0a B.&: Armado del e%ui!o de electrorremediaci/n.

Fotograf0a B.2: roceso de electrorremediaci/n.

=1

Fotograf0a B.5: ;es!u>s del tratamiento el suelo se saca en un reci!iente !ara su secado.

=U

Fotograf0a B.7: ecado de la muestra de suelo des!u>s del tratamiento a tem!eratura am-iente.

=5

=:

Fotograf0a B.<: $m-olsado de las muestras de suelo des!u>s de su tratamiento.

ANE"O C DISE$O DE LOS ELECTRODOS

==

Fotograf0a .1: $lectrodo de Acero 3noida-le (A33 &42) utiliado como Qnodo, de 2cm de dimetro aderido con un mango del mismo material de =cm de largo.

=

Fotograf0a .#: $lectrodo de grafito utiliado como ctodo, aderido un mango acondicionado !ara sostener el grafito de material de acero inoida-le de = cm de largo.

ANE"O D FORMA Y DIMENSIONES DE LA CELDA PARA LA ELECTRORREMEDIACION

Fotograf0a ;.1: elda !ara el !roceso de $lectrorremediaci/n de suelos, dividido en tres regiones con un total de #1cm de largo y dimetro interno 5cm, con 5 a-erturas !ara medici/n de !armetros como !' : & en la regi/n del suelo y # en las regiones an/dicas cat/dicas res!ectivamente.

=<

Fotograf0a ;.#: arte su!erior los !oos An/dico y at/dico, en la !arte inferior ona !ara la muestra de suelo. Tres !artes de la celda !ara el !roceso de $lectrorremediaci/n de suelos.

ANE"O E TABLA DE DISTRIBUCIÓN F DE SNEDECOR 

6

7

4

1

ANE"O F RESULTADOS DE LOS ANALISIS FISICOQUIMICOS SEGÚN LOS LABORATORIOS# R*3)* F#1: //*'/'6, *& .*&)#

U

R*3)* F#2: *.&) * ,&'.'. 3) ICP * +.. * & +*. R1#

5

R*3)* F#9: *.&) * ,&'.'. 3) ICP * +.. * & +*. R2#

:

=

R*3)* F#4: *.&) * ,&'.'. 3) ICP * +.. * & +*. R9#

R*3)* F#8: *.&) * ,&'.'. 3) ICP * +.. * & +*. R4# 

R*3)* F#: *.&) * ,&'.'. 3) ICP * +.. * & +*. R8#

<

R*3)* F#: *.&) * ,&'.'. 3) ICP * +.. * & +*. R#

<6

R*3)* F#: *.&) * ,&'.'. 3) ICP * +.. * & +*. R#

<7

<4

R*3)* F#%: *.&) * ,&'.'. 3) ICP * +.. * & +*. R#

ANE"O G <1

NORMA TECNICA PARA METALES METALES EN EL SUELO# SUE LO#

ANE"O H BALANCE DE ENERGIA H#1: E*+3&) * & 3&'//'6, * & 56+& 5 6+& 1#2#
Ecuaci"n general; +7/



-alculo del calor generado por la potencia el#ctrica; +4/ +1/ Donde; ; )otencia. ; 8oltaje. ; 9ntensidad de corriente el#ctrica.



-alculo de las p#rdidas de calor hacia el aire; +U/ Donde; ; -oeficiente convectivo de transferencia de calor. ; Vrea de la superficie convectiva +celda/. ; emperatura emperatura de la superficie del electrodo. ; emperatura emperatura del medio ambiente.

-onsiderando despreciable este calor por ser mínima la variaci"n de temperatura. +5/ Determinando

para un cilindro horizontal; +:/

Donde; ; 8ariaci"n de de temperatura +

/. <5

; &ongitud horizontal del cilindro. +m/ ; Di%metro del cilindro. +m/ Beemplazando valores;



-alculo del calor por acumulaci"n por el aumento de temperatura del suelo. +=/ Donde; ; Masa del suelo. ; -apacidad calorífica del electrolito. ; 8ariaci"n 8ariaci"n de temperatura. + Determinando

/

;

Donde;

Beemplazando valores tenemos;

Beemplazando las ecuaciones 4, 1 y U en 7; <: