Diseño Optimo de un Sistema de Tratamiento de Efluentes Acuosos Contaminados con Cromo Hexavalente Mediante una Cinética de Reducción en Estado Transitorio

Resumen

El tratamiento de efluentes acuosos contaminados con metales pesados es un desafío prioritario en la ingeniería debido a los graves riesgos que representan para la salud y los ecosistemas. Entre ellos, el cromo hexavalente es uno de los contaminantes más peligrosos por su elevada movilidad, persistencia y bioacumulación. Su exposición prolongada provoca daños renales, hepáticos, respiratorios y efectos carcinogénicos. Las normas mexicanas establecen límites estrictos para descargas, fijando 0.5 mg/L para cromo total y valores cercanos a 0.05 mg/L en referencia a estándares internacionales. El diseño de sistemas distribuidos de tratamiento constituye una alternativa eficiente frente a esquemas centralizados, al integrar unidades modulares que reducen costos de transporte, mejoran la flexibilidad y permiten el control localizado de contaminantes. Para optimizar estos sistemas se aplican herramientas de programación matemática: lineal, no lineal, mixta-entera y dinámica, que permiten resolver balances, seleccionar tecnologías y evaluar escenarios temporales. Diversas tecnologías han mostrado eficacia en la remoción de metales pesados, destacando la precipitación química, el intercambio iónico, la adsorción y el uso de membranas. En este trabajo se empleó un proceso electroquímico documentado en la literatura científica ya que se han consolidado como métodos promisorios para el tratamiento de cromo hexavalente Cr(VI) y que permiten la reducción a cromo trivalente Cr(III), menos tóxico y más fácilmente removible. Además, se desarrolló un modelo matemático de optimización dinámica (OD) para la integración de tecnologías de tratamiento avanzadas, como los procesos electroquímicos, que permite representar un enfoque integral para el diseño de sistemas distribuidos sostenibles. Finalmente, el OD se implementó en el sistema de Matlab usando un caso de estudio académico.