Removal of heavy metals from car wash wastewater in Ambato - Ecuador in an adsorption column pilot plant
Authors: Peñafiel Ayala Rodny David , Mayacela Rojas Celia Margarita , Morales Fiallos Fabián Rodrigo , Guijarro Padilla Alex Salín 
Published: October 2023

Introducción
Las aguas residuales de lavadoras de vehículos de la ciudad de Ambato pueden alcanzar concentraciones de metales pesados perjudiciales para el medio ambiente y la salud pública. En este estudio se implementó una planta piloto adsorción en base de columnas adsorbentes de carbón activo, piedra caliza y turba para la remoción de los metales pesados Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn y Cr (VI) de efluentes reales de lavadoras de vehículos de la ciudad de Ambato. Para este proceso se enriqueció la concentración de metales en 10 veces los límites permisibles por la normativa ambiental TULSMA. Los datos fueron evaluados mediante la capacidad de adsorción y porcentaje de remoción, y adicionalmente se obtuvieron las curvas de ruptura del sistema. Las curvas de ruptura se evaluaron en función del tiempo donde se muestra el mejor rendimiento al contar con 2 columnas, una de piedra caliza y otra de carbón activo y turba, siendo esta solución viable para el tratamiento de este efluente contaminado por metales pesados.

Objetivos
Los objetivos del presente estudio son a) implementación de una planta piloto basada en columnas de adsorción, para la remoción de los metales pesados Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn y Cr (VI) de efluentes reales de lavadoras de vehículos de la ciudad de Ambato; b) determinación de la capacidad de adsorción y porcentaje de remoción de los metales pesados en las columnas de adsorción; c) obtención de las curvas de ruptura del los metales en la planta piloto de adsorción.

Método
La determinación de los metales Cu (II), Cr (VI), Ni (II) y Zn (II) se llevó a cabo mediante el fotómetro multiparamétrico HI 83399. Pb y Cd fueron determinados mediante el equipo de absorción atómica PG Instruments AA500. El proceso de adsorción se realizó en una planta piloto de las columnas de lecho fijo, el agua residual atravesó la columna en flujo descendente. La operación fue la siguiente: una vez que la solución enriquecida con los metales pesados entran en contacto con las adsorbentes, los iones metálicos son adheridos en a los adsorbentes. Las curvas de ruptura se obtienen de la representación de la concentración de los metales en función del tiempo. Del tiempo máximo de operación de las columnas hasta que en la salida muestre una concentración de metal superior al 50% de la entrada se obtiene la curva de ruptura. La planta piloto consistió en columnas plásticas de 10 cm de diámetro por 1.3 m de largo en donde se incorporó en la primera columna 1.0 metro piedra caliza y en la segunda 0.30 m de turba y 0.7 m de carbón activado. Seguido se ingresó la solución con los metales a un caudal de 7 ml/min con un tiempo de residencia de 2 horas. Por último, se tomaron muestras para la determinación de la concentración de los metales a la salida de las columnas.

Principales resultados
De las curvas de ruptura obtenidas en el estudio, la que mejor tendencia sigmoidea presenta es la del zinc (ll) y el níquel (ll) indicando que la adsorción del zinc (ll) y níquel (ll) es más favorable, ya que posee una pendiente alta respecto al tiempo de ruptura, lo que significa que la transferencia de masa no está controlada por la difusión del metal. Mientras que para los demás metales como el cadmio (ll), plomo (ll) y cobre (ll) se muestra una disminución de la pendiente en la curva de ruptura, es decir, un curva aplanada que significa que la zona donde se produce la adsorción de los metales se extiende a lo largo de la columna y la cual sugiere que la difusión controla el proceso de adsorción. Por otro lado, el Zn+2 y el Ni+2 son los que reportaron menores tiempos de ruptura debido a la elevada concentración inicial del Zn+2 y del Ni+2 con el correspondiente aumento del valor del potencial iónico del catión, se incrementando la posibilidad de su adsorción en la superficie del sólido lo que ocasiona un transporte más rápido y en consecuencia una mayor capacidad de adsorción de los adsorbentes utilizados.

Conclusiones
A partir de los resultados obtenidos se prueba que la piedra caliza fue capaz de adsorber el Zn+2 y el Ni+2. El Zn+2 y el Ni+2 presentan un área bajo la curva mayor y un tiempo de ruptura menor debido a que la energía de ionización y la concentración de cada metal. Por otro lado, en la columna existen remociones menores de iones como el Cu+2 que se removieron en los primeros días de funcionamiento, pero al cabo de 25 días no existe remoción de estos iones por la saturación del material adsorbente piedra caliza. Se concluye que al implementar una segunda columna compuesta por turba y carbón activo los tiempos de ruptura aumentaron significativamente lo cual es positivo ya que se requieren de menores ciclos de regeneración de los adsorbentes.