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Eutrofización; RBC; Landoltia punctata; remoción; biomasa; proteínas.

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Evaluación del uso de Landoltia punctata a escala mesocosmos en el tratamiento complementario de aguas residuales proveniente de sistema RBC a escala laboratorio

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Evaluación del uso de Landoltia punctata a escala mesocosmos en el tratamiento complementario de aguas residuales proveniente de sistema RBC a escala laboratorio

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La descarga de contaminantes de origen antropogénico con presencia de nutrientes como Nitrógeno

(N) y fósforo (P), pueden, desencadenar la eutrofización de cuerpos de agua, debido a que el exceso de nutrientes causa un desequilibrio en ecosistemas acuáticos. La implementación de sistemas de tratamiento basados en procesos biológicos surge como una alternativa económicamente rentable, con la posibilidad de generar subproductos de valor agregado en el proceso. En el presente trabajo se evaluó la aplicabilidad del uso de la lenteja de agua en el tratamiento complementario de efluentes provenientes de sistemas Reactores Biológicos Rotativos de Contacto (RBC) con el objetivo de reducir la concentración de nutrientes y generar biomasa en- riquecida. Se trabajó con agua residual sintética tratada inicialmente en un sistema RBC a escala laboratorio, el efluente de posteriormente se utilizó para el crecimiento durante 96 horas de la especie Landoltia punctata, a escala mesocosmos. Los resultados indican que se obtuvieron porcentajes de remoción superiores a 50% y 70% para el N-NH3 y PO43 respectivamente. En cuanto a la valorización de la biomasa generada poscosecha de L. punctata, el porcentaje de proteínas totales en promedio fue de 29,2% y para lípidos totales se obtuvo en promedio 9,8%. Los resultados obtenidos indican la aplicabilidad de la especie L. punctata para el pulido de efluentes, demostrando su eficacia en la remoción de nutrientes y en la generación de biomasa con alto valor nutritivo pudiendo ser implementadas en nutrición animal.

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Artículo Original

Evaluación del uso de Landoltia punctata a escala mesocosmos en el tratamiento complementario de aguas residuales proveniente de sistema RBC a escala laboratorio

Evaluation of the use of Landoltia punctata on a mesocosm scale in the complementary treatment of wastewater from a laboratory-scale RBC system

Universidad Nacional de Asunción. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Biotecnología. Campus Universitario. San Lorenzo - Paraguay. *Email: smcgahan@facen.una.py

Universidad Federal de Santa Catarina. GESAD - Grupo de Estudios en Saneamiento Descentralizado. Campus Universitario Rector David Juan Ferreira Lima, Florianópolis, SC - Brasil.

Universidad Nacional de Asunción. Departamento de Química. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Campus Universitario. San Lorenzo - Paraguay.

Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Florianópolis, SC - Brazil

La descarga de contaminantes de origen antropogénico con presencia de nutrientes como Nitrógeno

(N) y fósforo (P), pueden, desencadenar la eutrofización de cuerpos de agua, debido a que el exceso de nutrientes causa un desequilibrio en ecosistemas acuáticos. La implementación de sistemas de tratamiento basados en procesos biológicos surge como una alternativa económicamente rentable, con la posibilidad de generar subproductos de valor agregado en el proceso. En el presente trabajo se evaluó la aplicabilidad del uso de la lenteja de agua en el tratamiento complementario de efluentes provenientes de sistemas Reactores Biológicos Rotativos de Contacto (RBC) con el objetivo de reducir la concentración de nutrientes y generar biomasa en- riquecida. Se trabajó con agua residual sintética tratada inicialmente en un sistema RBC a escala laboratorio, el efluente de posteriormente se utilizó para el crecimiento durante 96 horas de la especie Landoltia punctata, a escala mesocosmos. Los resultados indican que se obtuvieron porcentajes de remoción superiores a 50% y 70% para el N-NH3 y PO43 respectivamente. En cuanto a la valorización de la biomasa generada poscosecha de L. punctata, el porcentaje de proteínas totales en promedio fue de 29,2% y para lípidos totales se obtuvo en promedio 9,8%. Los resultados obtenidos indican la aplicabilidad de la especie L. punctata para el pulido de efluentes, demostrando su eficacia en la remoción de nutrientes y en la generación de biomasa con alto valor nutritivo pudiendo ser implementadas en nutrición animal.

Palabras claves: eutrofización; RBC; Landoltia punctata; remoción; biomasa; proteínas.

The discharge of pollutants of anthropogenic origin with the presence of nutrients such as Nitrogen (N) and phosphorus (P), can trigger the eutrophication of bodies of water, due to the fact that excess nutrients cause an imbalance in aquatic ecosystems. The implementation of treatment systems based on biological processes emerge as an economically profitable alternative, with the possibility of generating value-added by-products in the process. In the present work, the applicability of the use of duckweed in the complementary treatment of effluents from Rotary Contact Biological Reactors (RBC) systems was evaluated with the aim of reducing the concentration of nutrients and generating enriched biomass. We worked with synthetic wastewater initially treated in a laboratory-scale RBC system. The effluent was subsequently used for the 96-hour growth of the Landoltia punctata species, on a mesocosm scale. The results indicate that removal percentages higher than 50% and 70% were obtained for N-NH and PO ³ ₄ respectively. Regarding the valuation of the biomass generated postharvest of L. punctata, the percentage of total proteins on average was 29.2% and for total lipids it was obtained on average 9.8%. The results obtained indicate the applicability of the species L. punctata for the polishing of effluents, demonstrating its effectiveness in the removal of nutrients and in the generation of biomass with high nutritional value, which can be implemented in animal nutrition.

Key words: eutrophication; RBC; Landoltia punctata; enriched biomass; proteins

Introducción

Toda actividad humana tiene asociada una generación de aguas residuales que deben ser sometidas a un tratamiento que garantice la continuidad del ciclo de consumo del recurso (Fernández González et. al. 2000; Martelo & Lara, 2012).

La eliminación de nutrientes de las aguas residuales es uno de los mayores desafíos para las plantas de tratamientos, en donde la mayoría de los sistemas de tratamientos están diseñados en función de la carga orgánica, por lo que a menudo se descuidan las eliminaciones de nitrógeno y fósforo (Metcalf & Eddy Inc., 2013).

Los reactores biológicos rotativo de contacto (Rotating Biological Contactor o RBC por sus siglas en inglés) o Biodiscos, son sistemas de tratamiento de aguas residuales basadas en biopelícula que se forman en las superficies de los discos, su bajo costo operativo y estructura simple son algunas de las ventajas que presenta este sistema, aparte de una pequeña huella ecológica, siendo ampliamente utilizados para la estabilización de la materia or gánica y eliminación de nitrógeno principalmente (; ). La eliminación de nutrientes a través de sistemas convencionales, generan gastos de energía y económica al agregar agentes químicos para disminuir nutrientes, situación que es planteada y aplicada en zonas urbanas, no así en zonas rurales o municipios pobres (Kneese et. al. 2015). El exceso de nutrientes, principalmente nitrógeno antropogénico (N) y fósforo (P), es una de las principales causas de eutrofización en los cuerpos de agua. La necesidad de reducir los nutrientes antropogénicos en los ecosistemas acuáticos para prevenir la eutrofización del agua ha sido ampliamente reconocida (; ).

Las lentejas de agua, son pequeñas macrófitas flotantes que tienen la alta capacidad de remoción de nutrientes disueltos del agua, como compuestos nitrogenados y fosforados, así como para reducir materia orgánica y sólidos suspendidos s (Landolt and Kandeler, 1987; ; ). Una de las ventajas más aprovechables de este grupo de macrófitas sobre otras utilizadas en el tratamiento de efluentes es la generación de biomasa de alto valor nutricional, que alcanza en algunos casos niveles de proteínas totales (PT) de más de 40% ().Debido a esto, además de reducir el nivel de contaminantes y carga orgánica de los efluentes, el uso de lenteja de agua puede generar una biomasa rica en proteína, minimizando costos en ración animal, y generando ahorro de costos en la producción animal.

En los últimos años, la taxonomía de este grupo de macrófitas flotantes ha experimentado algunos cambios, solían pertenecer a la familia Lemnaceae, pero actualmente están enmarcadas en la subfamilia Lemnoideae dentro de la familia Araceae, con aproximadamente 40 especies en 5 géneros ().

Entre las especies de lentejas de agua, no todas son efectivas en el tratamiento de efluentes y para la producción de proteínas. Luego de la evaluación de 41 especies de lenteja de agua, aisladas geográficamente para determinar la especie con mayor potencial en el tratamiento de desechos porcinos y en la producción de proteínas se demostró que la especie Landoltia punctata era la ideal y la que cumplía con los criterios ). Varios investigadores han realizado estudios sobre el uso potencial de la lenteja de agua en el tratamiento de aguas residuales, especialmente para la eliminación de nutrientes.

Debido a estos antecedentes, surge la necesidad de desarrollar sistemas alternativos de pulido de aguas residuales con el fin de reducir la carga de nutrientes antropogénicos y obtención de biomasa valorizada rica en proteínas.

Materiales y métodos

Sistema de tratamiento mediado por Reactores Biológicos Rotativos de Contacto

El sistema RBC fue construido para operar con un caudal (Q) de 55 L/d, con un tiempo de retención hidráulica (TRH) de aproximadamente 3,5 horas, en la Tabla 1 se muestra las especificaciones técnicas y variables teóricas asumidas para la construcción (). Los RBC poseen una serie de discos que están parcialmente sumergidos en el agua residual los mismos fueron construidos en acrílico transparente, esquematizados en la Fig. 1.
Laguna de Landoltia punctata a escala meso-cosmos
Para el período de adaptación, se utilizaron ejemplares de lentejas de agua ( L. punctata) del cultivo stock mantenido en el invernáculo del Departamento de Biotecnología, las mismas fueron colectadas de zonas naturales, específicamente del Banco San Miguel en la costanera de la Ciudad de Asunción (agregar ubicación geográfica). La biomasa utiliza- da se dispuso en frascos (Fotobiorreactores) con una capacidad máxima de 3 litros, que fueron utilizados como unidades experimentales para el desarrollo del experimento ( Fig. 2). Las dimensiones de los mismos fueron claves para conocer el área a ser dispuesto por las macrófitas a ser empleadas (1.225 cm², que corresponde a 8 g. de biomasa fresca). Las dimensiones del FBR se muestran en la Tabla 2. Cada FBR fue cargado con 600 mL de efluente previamente depurado tratado en el sistema RBC.

Control de calidad de efluentes

Se utilizó agua residual sintética (ARS), sugerido por Metcalf y Eddy Inc. (1991), para ser introducido al sistema RBC. Se procedió a realizar la medida de los parámetros como pH, temperatura, oxígeno disuelto, así como nitrógeno amoniacal y ortofosfato a la entrada y salida del sistema RBC. Los mismos parámetros fueron registrados en los fotobiorreactores con L. punctata. Esto se realizó a efectos de observar la variación de los parámetros y control de los nutrientes en estudio. Los parámetros se midieron con un equipo multiparamétrico TOA DKK y los análisis fisicoquímicos del ARS que se realizaron fueron el Método de la Nesslerización, para nitrógeno amoniacal y el Método colorimétrico del Ácido Vanadato Molibdato-Fosfórico para ortofosfato ().

Monitoreo de biomasa

Posterior al periodo de adaptación, se dispuso 8 g de biomasa húmeda, la misma fue implementada debido a que cubría en su totalidad el área superficial del FBR utilizado. Se procedió a pesar 6 muestras de biomasa húmeda, 3 fueron utilizadas y expuestas al efluente proveniente del sistema RBC, y 3 fueron llevadas a la estufa a 60 °C por 24 horas de manera a tener un control de peso seco inicial pre tratamiento. La biomasa dispuesta y expuesta al efluente proveniente del sistema RBC, fue tratada de la misma forma que la biomasa inicial, una vez finalizado el ensayo. Los datos de los monitores de biomasa se presentan en la tabla 4.

Evaluación de la biomasa generada

La biomasa inicial y biomasa post tratamiento, fueron evaluadas de manera a conocer el porcentaje de proteínas totales y lípidos totales. Esta comparación fue muy importante para saber si existe diferencia en cuanto al tenor de las biomasas post tratamiento, y si será viable la implementación de esta biomasa generada como producto de alto valor nutricional. La determinación de proteínas totales se realizó mediante el Método de Kjendall modificado a partir del cual se obtuvo la cantidad de nitrógeno total contenido en la biomasa y luego a partir de un factor de conversión proporcionado por Tacon para la FAO (1987) y García & Fernández (2012), se obtuvo el porcentaje de proteínas totales. La determinación de lípidos totales se realizó mediante extracción con hexano. Los resultados de la evaluación se presentan en la Tabla 5.

Diseño experimental

En una incubadora con fotoperiodo (14/10hs de luz/oscuridad) se dispusieron de forma aleatoria 6 FBRs, 3 correspondientes al control, que contenía 600mL de ARS proveniente del sistema RBC y 3 correspondientes al tratamiento, que contenía 600mL de ARS proveniente del sistema RBC y 8 g de biomasa húmeda en cada FBR ( Fig. 3). El experimento duró 96 horas, con una temperatura promedio de 24 °C criterio que se estableció debido a las condiciones en las que se operó el ensayo (volumen, temperatura, fotoperiodo, tiempo).

Resultados
Eficiencia del sistema de tratamiento mediado por Landoltia punctata
En la Tabla 3 se muestran los datos obtenidos correspondiente al ARS, al inicio del sistema RBC, al final del sistema RBC, valor similar correspondiente al inicio del sistema mediado por L. punctata y al final del sistema mediado por la especie L. punctata.

En la etapa que corresponde al sistema de tratamiento mediado por RBC, se puede observar que la concentración de NH ₃ disminuyó bastante a la salida del sistema RBC, con una concentración de 41,2 mg/L en la entrada y 27,0 mg/L a la salida, con un porcentaje de remoción de 34,3%. En la Fig. 4 se muestra la variación de la concentración de N-NH ₃ durante las 96 horas de desarrollo del ensayo, se puede observar que la concentración de partida fue de 27,0 mg/L en promedio, luego del tratamiento mediado por L. punctata, la concentración de N-NH ₃ fue de 18,6 mg/L, representando el 31% de remoción del compuesto en esta etapa. . Con respecto al ortofosfato, en la etapa correspondiente al tratamiento mediado por RBC la concentración del compuesto al ingresar al sistema fue de 12,3mg/L, y la concentración de salida de 10,1 mg/L, representando aproximadamente un 18% de remoción, En la Fig. 5 se muestra la variación de la concentración de ortofosfato durante las 96 horas que duró el ensayo de remoción en sistema mediado por L. punctata, en donde la concentración inicial fue de 10,1 mg/L, una vez finalizado el ensayo, la concentración del compuesto en el ARS fue de 2,1 mg/L representando una remoción del 75%.

Con respecto a uno de los parámetros que fue controlado de forma diaria durante las 96 h. En la Fig. 6, se puede observar el gráfico de variación de pH, dicho parámetro no sufrió una variación muy brusca durante las 96 h. de ensayo, manteniéndose casi constante durante todo el tiempo. Al igual que la temperatura, el mismo no varió bastante, manteniéndose dentro de los parámetros establecidos (24 ± 2 °C). Ambos parámetros se mantuvieron constantes, el pH, dependiente del sistema y ambiente determinado, y la temperatura que fue un parámetro establecido.

Variación de la biomasa

Debido a las condiciones de desarrollo del ensayo, así como la cantidad de biomasa inicial implementada, el aumento de biomasa no fue tan elevado, atribuyendo esto principalmente a la saturación del área superficial que fue recubierto completa- mente por la especie implementada. En la Tabla 4 se muestra el peso seco inicial, y el peso seco post tratamiento, implementando el mismo procedimiento antes de pesar y procedimiento de secado.

Valorización de biomasa generada

Una vez cosechada y secada la biomasa se procedió a realizar la valorización de manera a conocer la concentración de proteínas totales y lípidos totales, tanto de la biomasa de control (que se pesó y secó al inicio del ensayo), como de la biomasa obtenida post tratamiento. En la Fig. 7 se puede observar el gráfico de barra de error por SD tanto de la biomasa inicial como de la biomasa post tratamiento del ARS. En la Tabla 5, se muestra un resumen del porcentaje de proteínas y lípidos del Peso Seco Inicial y Peso Seco Final.

Se puede ver que la concentración de proteínas totales aumentó una vez finalizado el tratamiento, atribuyendo el aumento de la biomasa, junto con la disminución del compuesto nitrogenado, al aumento del porcentaje de proteínas totales en comparación al porcentaje del mismo en la biomasa mantenido en stock., en la Fig. 8 se puede observar el gráfico de barra de error por SD. Mientras que el porcentaje de lípidos totales una vez finalizado el tratamiento aumentó casi al doble en comparación al valor de la biomasa inicial, en la Fig. 9 se puede observar un gráfico con error por SD tanto inicial como post tratamiento del ARS para los lípidos. Con los resultados obtenidos se puede atribuir que tanto el consumo de compuestos nitrogenados, como fosforados mejoran la biomasa de L. punc-tata, incrementando el tenor de proteínas como de lípidos.

Discusión

A nivel regional, Brasil ha demostrado excelentes resultados en su uso, como para tratar efluentes de ganado en zonas rurales, a nivel nacional no existen estudios que se basen en la implementación de estos sistemas, conjugándolos con otros sistemas biológicos de tratamiento de aguas residuales, como el modelo utilizado en este trabajo (RBC).

En los resultados obtenidos en la Figura 4, con respecto a la variación de la concentración de N-NH ₃ queda demostrando la eficiencia del sistema para disminuir la carga de nutrientes, en relación a lo obtenido por otros autores, el porcentaje de remoción se encuentra por debajo del 50%, valores obtenidos empleando otras especies de la misma sub-familia. Con los resultados obtenidos se puede indicar que hubo 31% de remoción del compuesto, valor inferior a los obtenidos por ), y Toyama et. al. (2017) con un porcentaje de remoción del 60% utilizando la misma especie, mientras que otro autores como Roman & Brennan (2019) obtuvieron porcentajes de remoción similares a los obtenidos en este ensayo o inclusive menores, empleando otras especies de la misma familia.

En relación a la disminución del ortofosfato en el sistema mediado por L. punctata, que se muestra en la figura 5, el porcentaje fue elevado y comparable con valores obtenidos por varios autores. , implementó la misma especie para la remo- ción de nutrientes de aguas residuales domésticas, obtuvo una eficiencia de remoción de ortofosfato del 89,49%, mientras que ), obtuvieron porcentajes similares a los obtenidos en este ensayo, para la remoción de fósforo total, utilizando especies de la misma familia ( Lemna gibba y Lemna minor), igualmente, ) utilizando la especie Lemna japonica en su estudio obtuvieron una eficiencia en la remoción entre 22.35% y 60.11%.

En la Tabla 5 se resume el porcentaje de proteínas totales y lípidos totales de la biomasa inicial así como la obtenida post tratamiento. Primeramente el porcentaje de proteínas totales para el PSI fue de 18%, con una SD=2,92, el mismo nos demuestra el porcentaje de proteínas totales de la biomasa tomada del cultivo mantenido en condiciones de invernáculo,, igualmente el porcentaje de proteínas totales es elevado, considerando que el mismo no fue obtenido postratamiento, en comparación con la biomasa analizada postratamiento en lagunas que presentó un porcentaje elevado de proteínas totales, siendo el mimo 29,2%, con un SD= 0,47, resultados comparables con lo obtenido por ), quienes trabajaron con las especies Lemna gibba y Lemna minor, pertenecientes a la subfamilia de la especie en estudio, el porcentaje de proteínas obtenido fue de 28,1%, con esto concluyeron que la biomasa generada, puede ser empleada como proteína vegetal para ganado y piscicultura, debido al potencial que presentan. De igual forma, ), utilizaron la especie Lemna japónica, y obtuvieron como promedio máximo de proteínas totales 25,89% en sistemas acoplados, otros autores como ) reportaron un porcentaje de 28,7% de proteínas totales utilizando la misma especie.

En relación al porcentaje de lípidos totales, se puede observar ( Figura 9) el aumento del con- tenido de lípidos totales post tratamiento del ARS proveniente del sistema RBC, en comparación con la biomasa inicial. El porcentaje de lípidos totales inicial fue de 5,0% con un SD = 1,41, mientras que el porcentaje post tratamiento fue de 9,8%, siendo el doble del inicial, con una SD = 0,98. Porcentajes similares a los obtenidos post tratamiento obtuvieron Verma & Suthar (2016), quienes expresaron que la biomasa seca de lentejas de agua muestran un elevado contenido de moléculas de energía, entre ellos, los lípidos, los mismos reportaron un contenido de 9,3% de lípidos, otros estudios, donde analizaron el contenido de lípidos de totales de la especie Azolla Filiculoides, perteneciente a la familia de la especie en estudio.

), obtuvieron un porcentaje de 7,92%; por otro lado, Gaur & Suthar (2017) trabajaron con la especie Spirodela polyrhiza utilizando agua residual urbano, los mismos registraron una acumulación de 46,36% de lípidos crudos. Otros estudios utilizando solución nutritiva Hoagland como la desarrollada por ), reportaron una acumulación de 5% de lípidos totales, valor por debajo a lo obtenido post tratamiento. Con estos resultados se

Los resultados demuestran que la biomasa obtenida postratamiento puede ser empleada como fuente de nutrición animal, debido al alto contenido de proteínas totales. Mientras que el bajo rendimiento de lípidos, nos demuestra que la biomasa no puede ser destinada para la producción de biodiesel ()

Según ), las lentejas de agua pueden presentar la mayor tasa de crecimiento entre los vegetales superiores, cuando se desarrollan en condiciones ideales, debido a eso, la biomasa generada puede ser destinada a la producción de biocombustibles, siempre que el porcentaje de lípidos sea mayor, ya que los mismos requieren principalmente fuentes de nitrógeno y fósforo, y con las experiencias reportadas y la obtenida en el presente trabajo sugiere que esta tecnología es muy prometedora debido al bajo costo del tratamiento ().

Conclusión

La especie Landoltia punctata, presenta resultados prometedores como sistema de tratamiento terciario o complementario a sistemas de tratamiento biológico descentralizado, demostrando el potencial para eliminar contaminantes a fin de realizar un pulido final a efluentes líquidos. Los resultados demostraron la eficiencia en eliminar N-NH ₃, P-PO ₄, dejando los mismos dentro de los valores admitidos por la legislación Nacional, así mismo la disminución de la conductividad, turbidez, no así el oxígeno disuelto que debido al estancamiento del sistema pudo influir en su leve disminución.

En relación a la generación de biomasa enriquecida, a pesar de obtener una baja producción en la misma, posiblemente limitada por el espacio, el leve incremento es un indicativo de que la especie

L. punctata aprovechó los nutrientes disponibles y aparte de aumentar su biomasa, pudo aumentar su tenor nutritivo demostrado en los resultados de proteínas totales y lípidos totales.

Con estos resultados, se podría concluir que la especie utilizada puede ser implementada como sistema de tratamiento terciario de aguas residuales, en zonas rurales donde la biomasa generada pueda ser nuevamente introducida a la cadena de producción, destinando la misma al consumo animal.

Agradecimientos

A la FACEN por la oportunidad de realizar la Maestría en Biotecnología Industrial, al CONACYT por el financiamiento a dicha Maestría. A los profesionales que me orientaron en el proceso de desarrollo del trabajo final de Tesis.

Literatura citada

Beims, A.M. (2017). Acúmulo de amido em lemnas (Landoltia punctata) através do enriquecimento de CO2, visando à produção de bioetanol. Tesis de grado. Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina. 136 pp. [ Links ]

Cheng, J., Landesman, L., Bergmann, B.A., Classen, J.J., Howard, J.W., Yamamoto, Y.T. (2002). Nutrient removal from swine lagoon liquid by Lemna minor 8627. Transactions of the American Society of Agricultural En- gineers, 45(4): 1003-1010. [ Links ]

Gaur, R.Z., Khan, A.A. & Suthar, S. (2017). Effect of thermal pre-treatment on co-digestion of duckweed ( Lemna gibba) and waste activated sludge on biogas production. Chemosphere, 174: 754-763. [ Links ]

Liu, C., Dai, Z., & Sun, H. (2017). Potential of duckweed ( Lemna minor) for removal of nitrogen and phosphorus from water under salt stress. Journal of Environmental Management, 187(2): 497-503. [ Links ]

Metcalf and Eddy, Inc. (1991). Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, and Reuse. (3rd ed.). New York: McGraw-Hill. xvi + 1334 pp. [ Links ]

Miranda, A.F., Liu, Z.Q., Rochfort, S. & Mouradov, A. (2018). Lipid production in aquatic plant Azolla at vegetative and reproductive stages and in response to abiotic stress. Plant Physiology and Biochemistry, 124: 117-125. [ Links ]

Miranda, A. F., Kumar, N. R., Spangenberg, G., Subudhi, S., Lal, B., & Mouradov, A. (2020). Aquatic plants, Landoltia punctata, and Azolla filiculoides as bio-converters of wastewater to biofuel. Plants, 9(437): 1-18. [ Links ]

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Artículo Original Evaluación del uso de Landoltia punctata a escala mesocosmos en el tratamiento complementario de aguas residuales proveniente de sistema RBC a escala laboratorio Evaluation of the use of Landoltia punctata on a mesocosm scale in the complementary treatment of wastewater from a laboratory-scale RBC system Universidad Nacional de Asunción.

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Procesos de tratamiento de aguas residuales para la eliminación de contaminantes orgánicos emergentes

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Los contaminantes orgánicos emergentes conforman un grupo de sustancias muy heterogéneas, cuya característica en común es que causan efectos negativos sobre los organismos acuáticos, por lo que deben de ser eliminados del ambiente. Lamentablemente, los procesos convencionales con los que operan las plantas de tratamiento de aguas residuales, especialmente los de tipo biológico, son ineficientes en la remoción de estas sustancias. Por este motivo, se hace necesaria la evaluación y optimización de tratamientos más eficaces, entre los que se encuentran los procesos de oxidación avanzada y de filtración por membranas. Sin embargo, ambas técnicas presentan inconvenientes que pueden limitar la aplicación individual de las mismas, de modo que podría proponerse la combinación de dichas tecnologías con procesos biológicos como mejor solución para tratar las aguas residuales contaminadas con contaminantes orgánicos emergentes.

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Procesos de tratamiento de aguas residuales para la eliminación de contaminantes orgánicos emergentes

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Los contaminantes orgánicos emergentes conforman un grupo de sustancias muy heterogéneas, cuya característica en común es que causan efectos negativos sobre los organismos acuáticos, por lo que deben de ser eliminados del ambiente. Lamentablemente, los procesos convencionales con los que operan las plantas de tratamiento de aguas residuales, especialmente los de tipo biológico, son ineficientes en la remoción de estas sustancias.

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Contaminación por metales pesados de la microcuenca agropecuaria del río Huancaray - Perú.

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Contaminación por metales pesados de la microcuenca agropecuaria del río Huancaray - Perú.

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Los metales se transportan, a nivel espacial y temporal, a través de la superficie del suelo y la atmósfera, convirtiéndose en un peligro para el medio ambiente y poblaciones vulnerables de las cuencas hidrográficas. El presente estudio tuvo como objetivo determinar fuentes y niveles de metales en sedimentos del agua en la microcuenca del río Huancaray en la región Apurímac (Perú), mediante la técnica de análisis por fluorescencia de rayos X (FRX) durante la época de secas y lluvias de los años 2018 y 2019. Los elementos detectados fueron K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb y Ba. Resalta la presencia de Zn, Cr, Cu, Pb, Ni y As como elementos críticos en cada punto de la microcuenca del río Huancaray; las concentraciones son superiores a los límites permisibles; asimismo, los periodos de lluvia y seca no presentan diferencia significativa, mientras que las principales fuentes de contaminación son centros poblados, prácticas de la agricultura, presencia de la minería ilegal y fuente de origen natural.

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Trabajos originales

Contaminación por metales pesados de la microcuenca agropecuaria del río Huancaray - Perú

Pollution by heavy metals of the agricultural micro-basin of the Huancaray River - Peru

Frida Esmeralda Fuentes Bernedo

Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional José María Arguedas, Jr. Juan Francisco Ramos Nº 380, Apurímac 03000, Perú, Código postal 03700

Los metales se transportan, a nivel espacial y temporal, a través de la superficie del suelo y la atmósfera, convirtiéndose en un peligro para el medio ambiente y poblaciones vulnerables de las cuencas hidrográficas. El presente estudio tuvo como objetivo determinar fuentes y niveles de metales en sedimentos del agua en la microcuenca del río Huancaray en la región Apurímac (Perú), mediante la técnica de análisis por fluorescencia de rayos X (FRX) durante la época de secas y lluvias de los años 2018 y 2019. Los elementos detectados fueron K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb y Ba. Resalta la presencia de Zn, Cr, Cu, Pb, Ni y As como elementos críticos en cada punto de la microcuenca del río Huancaray; las concentraciones son superiores a los límites permisibles; asimismo, los periodos de lluvia y seca no presentan diferencia significativa, mientras que las principales fuentes de contaminación son centros poblados, prácticas de la agricultura, presencia de la minería ilegal y fuente de origen natural.

Palabras clave: Andes peruanos; estiaje; fluorescencia de rayos X; precipitación; sedimentos

Metals are transported, spatially and temporally, through the ground surface and the atmosphere, generating environmental and social problems in populations located in the hydrographic basins. The present study aimed to determine sources and metal levels in water sediments in the micro-basin of the Huancaray river in Apurímac region (Peru), using the X-ray fluorescence analysis technique (XRF) during the dry and rainy season of 2018 and 2019. The elements detected were K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb and Ba. At each point and sampling period, critical elements have been found, as Zn, Cr, Cu, Pb, Ni and As; concentrations are above permissible limits; likewise, in the rainy and dry seasons there are no significant differences, while the main sources of pollution are populated centers; agricultural practices; presence of illegal mining; and source of natural origin.

Key words: Peruvian Andes; low water; X-ray fluorescence; precipitation; sediments

INTRODUCCIÓN

La presencia de metales pesados en agua, alimentos y aire es una de las principales problemáticas actuales a nivel mundial y en específico en el Perú. El alto grado de toxicidad de estos elementos químicos causa efectos en la salud del ser humano, pero también genera daños irreversibles en la flora y fauna, así como en el medio ambiente en general, lo cual, a su vez, produce grandes impactos socioeconómicos. En las zonas altoandinas del Perú es escasa la investigación sobre la presencia y efectos de metales, y al mismo tiempo hay una urgencia de que las cuencas y microcuencas -áreas productoras y proveedoras de productos agrícolas de primera necesidad- sean monitoreadas periódicamente. La identificación de metales pesados en aguas y sedimentos en un área tan sensible debería ser una tarea principal dentro de la gran preocupación por el control de la problemática ambiental a nivel de las cuencas y microcuencas, pues esta data permitiría la toma de decisiones políticas más acertadas a nivel de autoridades locales y regionales, e incluso del gobierno central. Es oportuno mencionar que las cuencas hídricas son receptoras de las descargas antrópicas, por lo tanto, los metales pesados tienden a depositarse en los sedimentos de los ríos, por lo que estos mismos ríos se convierten en las principales vías de trasporte de elementos químicos.

Si bien el avance de la ciencia y tecnología ha mejorado la economía de las sociedades, también ha generado la producción de mayores y más rápidas cantidades de descargas de elementos pesados hacia las microcuencas. Hoy en día, esto constituye una amenaza a la salud de los seres vivos y es un grave problema ambiental,. La alta concentración de metales pesados pone en riesgo la biota por la bioacumulación y biomagnificación en órganos y tejidos en especies terrestres y acuáticas, generando un alto grado de peligrosidad y toxicidad.

En el sector agrícola, el uso no controlado de insumos agroquímicos pone en peligro la alteración de los elementos químicos, físicos y biológicos del medio ambiente. El desplazamiento de metales de cualquier origen a lo largo de las cuencas genera alteración sobre las propiedades físicas y químicas del agua, del suelo y del subsuelo, las que podrían, a su vez, liberarse y contaminar aguas superficiales -por acumulación biológica y cadena alimentaria-, lo que se convierte en un serio peligro inmediato para todo el país. Por lo tanto, determinar y monitorear los contaminantes en agua, fauna y flora, a través de la elaboración de mapas de peligros de contaminantes, debería ser una política activa que incluya una estrategia de mitigación.

Una de las características del suelo andino es la abundancia de minerales, debido a ello hay fuertes inversiones extranjeras para la extracción minera, la que normalmente se ubica en la cabecera de las cuencas hidrográficas, territorios pertenecientes a comunidades campesinas que poseen una inmensa riqueza cultural que les ha permitido convivir por siglos con esos espacios. Este cruce o convivencia forzada genera conflictos entre Estado, empresa y comunidades,. Vale mencionar que en algunas cuencas del Perú se determinaron altas concentraciones de metales en el intervalo entre Fe y Be, a través de las técnicas de espectrometría de emisión atómica y de espectrometría de fluorescencia atómica; además, se ha encontrado que el espectrómetro de emisión óptica es la técnica más apropiada para la detección de pequeñas concentraciones de elementos químicos.

Por otro lado, los estudios sobre la distribución de metales pesados entre ríos, desembocaduras de ríos y mares costeros, pueden ser una base sólida para desarrollar modelos predictivos sobre la distribución global de metales en los mares. Por ejemplo, en Tabasco (México), un estudio de metales pesados en muestras de sedimentos en la laguna de Las Ilusiones confirmó que la biota fue afectada por alta concentración de Cd, Ni, Cr, Mn, Zn, Pb y Al, ello significa que la determinación de metales pesados en sedimentos del agua puede ser una técnica apropiada.

Sobre el análisis por FRX, este consiste en la determinación de elementos pesados en muestras sólidas; con esta técnica se identificaron elementos como K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn y Cr en muestras de tabaco de cigarrillos; también se detectó en la polvareda de la ciudad de Camagüey. Otro estudio que aplica este análisis menciona que los lagos y humedales de Caohai (China) están contaminados por metales pesados de origen natural como antropogénico, y la presencia de Hg, Cd y Zn está en niveles de riesgo moderado a nivel de riesgo alto. Dadas estas evidencias, se consideró que la técnica FRX era la adecuada para este estudio. Asimismo, tuvo también importancia en la decisión el ofrecimiento del Instituto Peruano de Energía Nuclear (IPEN), de Lima, para usar el equipo FRX de sus instalaciones para el análisis multielemental no destructivo y seguro. Con esta técnica ya se han realizado otros múltiples estudios en el laboratorio de FRX del IPEN, por ejemplo se destaca la eficacia de la técnica FRX a la hora de determinar la presencia de Zn, Cu, Pb, entre otros, en sedimentos del río Chillón (Perú).

Una alta concentración de metales no siempre es atribuido a la explotación minera, esto es algo característico de zonas andinas (presentan alta concentración de minerales). Por ejemplo, en la cuenca del Mantaro, ubicada en la sierra centro peruana, usando la técnica de espectofotometría de absorción atómica de llama, se encontró presencia de metales pesados en las aguas de siete ríos, estos metales fueron Cu, Fe, Pb, Zn y As. Las cuencas y microcuencas son las principales fuentes de producción agropecuaria y de captación del agua para consumo humano, asimismo, en estas áreas suelen establecerse ciudades y centros poblados, por lo cual es urgente cuantificar la presencia de metales. En este artículo se eligió la microcuenca del río Huancaray como área de estudio, siendo el objetivo del mismo la determinación, mediante la técnica de análisis FRX, de los niveles de concentraciones de metales en sedimentos del agua de la microcuenca del río para el periodo de estiaje y de lluvia en los años 2018 y 2019.

PARTE EXPERIMENTAL

Se eligió como ámbito espacial de estudio a la microcuenca del río Huancaray. Como se observa en la figura 1, esta se encuentra ubicada en los Andes del sur peruano, en el departamento de Apurímac, provincia de Andahuaylas. La microcuenca involucra parte de los 10 distritos de la provincia. Se encuentra entre las coordenadas geográficas 13º40'- 13º55' latitud sur y 73º15'-73º40' longitud oeste, a una altitud comprendida entre los 2136- 4620 m.s.n.m., con un área total de 807 km ². El principal cuerpo de agua superficial que atraviesa la microcuenca es el río del mismo nombre (Huancaray). Sus tributarios son los ríos Huancabamba, Cceñuaran, Pacchi Huaycco y Yanacollpa. A su vez, el río Huancaray es tributario del río Pampas. La microcuenca Huancaray, hidrológicamente, pertenece a la cuenca Pampas. La principal fuente de recursos hídricos en la microcuenca, al igual que en los Andes peruanos, son las precipitaciones, que alcanzan los 694,8 mm/año en la zona. El periodo de lluvias se da a partir del mes de diciembre hasta alrededor del mes de marzo, con lluvias de moderadas a escasas. En la parte alta de la microcuenca se encuentran las principales lagunas: Suytuccocha, Pucaccocha y Quilcaccocha, en esta última nace el río Huancaray.

Para este estudio, se ubicaron cinco puntos de muestreo por conveniencia en los lechos del río, debido a que los metales tienden a acumularse en arcillas o limo arrastrado a lo largo del río en periodos de lluvias y secas, asimismo se consideró los factores topográficos e hidrológicos, dos puntos en la cabecera de cuenca, dos puntos en la parte intermedia y un punto en la parte baja (donde M es por "muestra" y los números del 1-5 por los cinco puntos de muestreo junto a las coordenadas UTM) sobre el río Huancaray, en la parte alta, intermedia y baja: M01 (685580-8470651) y M02 (685119-8470788) en la laguna de Suytuccocha, parte alta de la microcuenca; M03 (676249-8472311) en el centro poblado de Cceñuaran, puente Santa Rosa, y M04 (668817-8477418) en el centro poblado de Taypicha, estando ambos en la parte intermedia de la microcuenca; M05 (658779-8478931) en el río ubicado en la zona baja del distrito de Huancaray, parte baja de la microcuenca; la figura 2 muestra la distribución espacial de los puntos de muestreo. Los cinco puntos, M01, M02, M03, M04 y M05, se muestrearon tres veces, lo que equivale a 15 muestras. Se recogieron muestras en periodos estacionales de seca y de lluvia en las siguientes fechas: primera toma: 24 de noviembre de 2018, periodo estacional de seca; segunda toma: 19 de enero de 2019, periodo estacional de lluvia y tercera toma: 30 de marzo de 2019, periodo estacional de lluvia. En cada punto las muestras de sedimentos se recolectaron mediante una selección aleatoria simple en el lecho del río, a una profundidad entre 10 a 20 cm, en bolsas esterilizadas Whirl Pack, a través de un colimador de cabezal en acero esmaltado AlSi 304 marca Oakf Eld Apparatus, luego se almacenaron en una caja conservadora.

Como materiales de referencia se utilizaron la Arcilla de río y Soil-7, materiales disponibles en el laboratorio de FRX del IPEN. Para la detección de metales se utilizó un equipo de medición de rayos X fluorescentes, denominada técnica FRX; para la irradiación se usó una fuente de Cd-109; para la toma de datos se empleó el detector multicanal PCAII The Nucleus, que está establecido a base de semiconductores Si (Li) de 167 eV con resolución para una fuente de energía 5.8 keV, los límites de detección se encuentran entre K (kα=3.3 keV, kβ=3.6 keV) y Zr (kα=15.7 keV, kβ=17.7 keV). La determinación cualitativa y cuantitativa se realizó con la ayuda del software QXAS.

Las muestras se trasladaron en custodia al Laboratorio de Física de la Universidad Nacional José María Arguedas (Andahuaylas, Apurímac). Ahí, se procedió con el secado a una temperatura media de 20 ºC, luego se pulverizó utilizando un mortero de ágata y finalmente fueron tamizados.

Para fines de determinación de elementos pesados, las muestras se trasladaron al laboratorio del IPEN, donde se elaboraron pastillas circulares con masas similares aproximadas a 1,7 g y un diámetro de 25 mm. El 88 % fueron muestras de sedimentos y el 12 % de maicena como material aglutinante. Las variaciones en el peso y concentración del aglutinante fueron mínimas en cada caso. Para compactar muestras y lograr pastillas, se sometió a una prensa hidráulica a una presión de 30 toneladas a más, luego las pastillas se sometieron al FRX, al aire atmosférico, irradiados por un tiempo medio de 3000 s. Haciendo uso del software QXAS, se determinó cualitativa y cuantitativamente la presencia de metales en las 15 muestras.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las 15 muestras de sedimentos tomadas en los cinco puntos de muestreo sobre el río Huancaray fueron sometidas a FRX. En las muestras M01, M02, M03, M04 y M05, tanto para el periodo de seca como de lluvia, se ha determinado al menos la presencia de 20 metales, entre metaloides, metales alcalinos, alcalinotérreos, metales de transición y otros. En la tabla 1 se pueden observar los niveles promedios de concentración, que varían para cada punto y elemento. En la figura 3 se muestra el espectro general de la presencia de elementos en sedimentos en la microcuenca estudiada. Esta es similar a la curva característica obtenida en otras cuencas hidrográficas, por ejemplo en la cuenca del Mantaro, además es semejante al espectro característico del agua superficial encontrado en el estudio de agua de las minas de oro en Makalda, donde se aplicó la técnica de FRX y se identificó varios elementos. La tabla 1 ilustra los límites y niveles promedios de las tres fechas de muestreo para cada punto, en total 15 muestras, donde Fe > Ca > K > Ti > Mn > Sr > Ba > Co > V > Cr > Zr > Cu > Zn > Pb > Rb > Y > Nb > Br > Ni > As.

Para los periodos de seca y de lluvia no se han encontrado diferencias significativas de las concentraciones de los elementos mencionados. Cuando se comparó resultados para los periodos estacionales, las variaciones tampoco fueron significativas: presentan valores medios similares y la desviación estándar es relativamente baja ( tabla 1). Los puntos de muestreo se encuentran distanciados aproximadamente a 10 km, a excepción de los puntos M01 y M02, que son muy próximos. Elementos como Fe, Ca, K y Ti son de mayor concentración para cada punto de análisis -similar situación muestra en los sedimentos de la cuenca del lago Victoria (Kenya) ⁷, donde Fe es el elemento de mayor concentración en la naturaleza-. Ba, V, Cr, Ni y As son los elementos que muestran intermitencia entre los puntos de muestreo; Ba, V y Cr no tienen presencia en el último punto de muestreo, el M05.

La presencia de Cr se atribuye a las prácticas agropecuarias de los habitantes de la zona. Esto se explicaría porque a lo largo de la microcuenca del río de Huancaray (161 km ² que corresponde al 20 % del total del área de la microcuenca) se practica la agricultura andina, lo cual coincide con los resultados encontrados en los sedimentos de la Bahía de Nuevitas (Cuba), donde la presencia de Cr tiene origen en la industria de fertilizantes. De otro lado, Ni y As se detectaron en los puntos M04 y M05 de muestreo, la principal fuente de emisión son las aguas servidas sin tratamiento, vertidas desde los centros poblados, los cuales son cerca de 194 asentados a lo largo y ancho de la microcuenca. Cr, Cu, Zn, Pb, Ni y As fueron detectados en este estudio, estos elementos, según el estudio realizado en la microcuenca del río Grijalva, frontera México-Guatelama ¹ representan potencialidad en toxicidad. La cordillera de los Andes se extiende a lo largo del territorio peruano, siendo además cabecera de la cuenca amazónica. Se compone de variedades de climas, pisos ecológicos, zonas de vida, con presencia de recursos minerales de alta concentración. En relación a presencia minera, 65 km ², que corresponde al 8 % del total de la microcuenca de Huancaray, presenta catastro minero; además, los cuerpos de agua drenan hacia el río principal, más que todo producto de las lluvias, donde la precipitación media anual es 694,8 mm/año, elemento climático condicionante de la sedimentación de gran parte de los minerales en las zonas altoandinas. Si se quiere usar casos de comparación de límites de presencia de químicos, no existen normas peruanas sobre los niveles estandarizados para dichas concentraciones de elementos pesados en sedimentos de agua dulce; por esa razón, para fines de análisis comparativo y discusión, se utilizaron las siguientes normas mexicana y canadiense -las que fueron recopiladas para el estudio de metales en el agua y sedimentos en la cuenca alta del río Grijalva, frontera entre México y Guantemala-, con el objetivo de tener valores referenciales para la evaluación de impactos ambientales:

NOM: Norma Oficial Mexicana: establece criterios para determinar suelos contaminados por metales.

NOAA: Administración Oceanográfica y Atmosférica de los Estados Unidos de América.

ISQG: Guía Provisional de Calidad del Sedimento (Guías de Calidad Ambiental Canadiense).

PEL: Nivel de Efecto Probable (Guías de Calidad Ambiental Canadiense).

ECA: Aguas superficiales destinadas para recreación, DS Nº 004-2017-MINAM, Estándares de Calidad Ambiental para agua.

Por otro lado, para situaciones de discusión de resultados se utilizaron dos materiales de referencia: Soil-7 (material de referencia certificado) y Arcilla de río. En todos los puntos de muestreo, se detectaron Fe, Ca, K y Ti, siendo estos además de mayor concentración, algo característico de los suelos andinos. Sin embargo, altos niveles de concentración de Fe podrían constituirse en un contaminante cuando entra a la etapa de especiación.

En los puntos de M01 a M05 se detectó V con una concentración media de 477,9 ppm, resultado superior al parámetro de la norma NOM; además, este elemento no aparece en la arcilla de río y Soil-7. El Cr, detectado en los primeros cuatro puntos de muestreo, tiene una media de 524 ppm, comparado con las normativas NOM, NOAA, ISQG y PEL, y con los materiales de referencia arcilla de río y Soil-7, es superior. El Mn tiene una media de 1271,5 ppm, que aparentemente se encuentra dentro de los valores cuantificados en materiales de referencia y no existen valores estandarizados en otras normatividades mencionadas. El Co, en todos los puntos de muestreo, tiene una media de 728,4 ppm, que es superior a los valores que presentan los materiales de referencia arcilla de río y Soil-7, no existiendo referencia en otras normas.

El Ni solo se ha detectado en los dos últimos puntos de muestreo (M04 y M05), con una media de 41,2 ppm, lo que lo ubica por debajo de los valores de los materiales de referencia y NOM, pero mayor a NOAA. El Cu hallado en los cinco puntos de muestreo tiene una concentración media de 92,2 ppm, lo que está por encima de los valores de arcilla de río y Soil-7 y por las normas NOAA, ISQG y PEL, no establecida en la NOM. El Zn presenta diferentes concentraciones, con valor medio de 92,2 ppm, lo que lo pone por debajo de los valores establecidos por ISQG y PEL, concentración similar al de los materiales de referencia; mientras para NOM es inexistente para efectos de comparación. Se ha detectado As en los puntos M03 y M05, tabla 2, que vienen a ser la parte media y la parte baja de la microcuenca, con concentraciones de 25,3 ppm y 50,5 ppm, respectivamente, siendo estos valores superiores a las de las normas NOM, NOAA, ISQG y PEL, mientras que en los materiales de referencia arcilla de río y Soil-7 no existe. La presencia de As suele presentarse consecuencia de la extracción minera, como se ha visto en el caso del río Mantaro y proximidades,. En los puntos M01, M02 y M03 se encontró Ba con una concentración promedio de 2475,3 ppm, lo que está por debajo del valor establecido por NOM, en otras normas no se muestra este parámetro. Otro elemento bastante estudiado y polémico es el Pb, los valores detectados fueron similares en los cinco puntos, tabla 2, y tiene una media de 52,1 ppm, lo que está por debajo de los valores establecidos en NOM, PEL, arcilla de río y Soil-7, pero superior a los establecidos por NOAA y ISQG. Su acumulación, en el tiempo, es muy peligrosa debido que en un ser vivo se distribuye en tejidos, órganos, huesos y dientes. Los elementos críticos que se hallan en concentraciones superiores a los estándares usados para este estudio, tales como Cr y As, podrían confirmar la posible contaminación de las aguas de la microcuenca del río Huancaray. Dicha presencia se atribuye a fuentes naturales y antropogénicas. En este último caso, se debe a que varios centros poblados en la zona no poseen sistemas de tratamiento de aguas residuales y las principales actividades de los pobladores, la agricultura y ganadería, generan la presencia elevada de Co, Cr, Pb, Zn, entre otros elementos; la presencia de los elementos Fe, Cr, Pb, Zn se atribuye a fuentes antrópicas y naturales, debido a la presencia de efluentes industriales, similar caso determinado en los sedimentos del río Amarillo (China).

Los Andes sudamericanos son una fuente amplia de minerales, producto de ello existen las explotaciones mineras legales y artesanales o ilegales, en la parte alta de la microcuenca del río Huancaray existen varias mineras ilegales. La figura 4 muestra la manera de extracción de Au y Cu, en la misma área se realiza el proceso de amalgamación para extraer Au; se sabe que el As es producto de la explotación y procesamiento del Cu; por lo que en este estudio atribuimos la presencia de As a las prácticas de los extractores de minerales en la parte alta de la microcuenca, la cual es además el área menos poblada. De los 20 elementos detectados, la mayoría superan las normas internacionales utilizadas en este estudio como materiales de referencia, lo que significa que la combinación de estos elementos en los sedimentos representa una peligro para la vida y ecología por ser tóxico; por ejemplo, a partir de un estudio de elementos pesados en el agua del lago y los sedimentos superficiales del humedal de la meseta de Caohai (China), se considera que si la presencia de Hg, Cd y Zn se encuentra en niveles de moderado y alto en la naturaleza, la ecología está contaminada. Así, la determinación cualitativa y cuantitativa de la presencia de metales en la microcuenca del río Huancaray es de vital importancia debido a que hay escasos estudios de esta zona; siendo cabecera de las cuencas del territorio apurimeño y tributario del río Pampas, así como principal zona de producción agrícola, con una amplia diversidad de especies de papa y maíz, el riesgo de toxicidad puede generar una alerta nacional. En tal sentido, los resultados del presente estudio serán referenciales para estudios de impactos ambientales, niveles comparativos posteriores, así como también para futuros monitoreos de las distintas cuencas del país.

La figura 5 muestra la presencia espacial de elementos tóxicos y probables fuentes contaminantes, tales como centros poblados, áreas del territorio con prácticas agrícolas y pecuarias, estas en su mayoría están distribuidas hacia el norte de la microcuenca; mientras que hacia el sur, este y norte del territorio hay escasos centros poblados por ser zona agreste de pajonal andino, aunque también es un área de principales lagunas de agua dulce, que son fuente de recursos hídricos para el consumo y riego de la parte media y baja de la zona, pero además en esta área también se encuentran los catastros mineros, además de la minería informal. Estas características permiten que en el tiempo las aguas se filtren al suelo y subsuelo, permitiendo bofedales y manantiales permanentes en las partes baja y media, estas características geográficas, típicas de suelos andinos, indican que las fuentes contaminantes tienen características antropogénicas y naturales.

CONCLUSIONES

El presente estudio alcanzó a estimar cualitativa y cuantitativamente la presencia de 20 elementos pesados en la microcuenca del río Huancaray, entre metaloides, metales alcalinos, alcalinotérreos y metales de transición. Las concentraciones siguen el orden de Fe > Ca > K > Ti > Mn > Sr > Ba > Co > V > Cr > Zr > Cu > Zn > Pb > Rb > Y > Nb > Br > Ni > As; con similares características en cada punto de muestreo. Resalta la presencia de Zn, Cr, Cu, Pb, Ni y As como elementos críticos, en cada punto de la microcuenca del río Huancaray. Las principales fuentes de contaminación, por su hidrografía e hidrodinámica, son i) la agricultura, debido a su expansión y uso de fertilizantes, ii) las aguas residuales domésticas, debido a que las descargas de todos los centros poblados drenan directamente al principal río de la microcuenca, iii) y fuente natural, debido a que el área de estudio tiene potencialidad minera con catastros mineros y presencia de explotación ilegal.

Los resultados alcanzados en este estudio pueden usarse como evidencia para plantear políticas más severas en gestión de la contaminación ambiental por elementos contaminantes, y generar modelos predictivos a nivel de las microcuencas de los Andes del sur peruano. Asimismo, los ciudadanos de esta región no parecen ser del todo conscientes del uso excesivo de los productos agroquímicos, por lo que es indispensable que las autoridades, valiéndose de estudios que validen la presencia de elementos tóxicos, tomen medidas necesarias para un uso controlado.

AGRADECIMIENTO

Nuestro agradecimiento a la Universidad Nacional José María Arguedas por el patrocinio del presente estudio. Nuestro reconocimiento al Instituto Peruano de Energía Nuclear (IPEN) y al Laboratorio de Fluorescencia de Rayos X por brindar sus servicios a través de sus especialistas Paula Ofelia Olivera y Cynthia Cáceres. Nuestra gratitud a Alexi Reynaga por su apoyo incondicional como guía de las rutas del recorrido a lo largo y ancho de la microcuenca del río Huancaray.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Laino-Guanes RM, Bello-Mendoza R, González-Espinosa M, Ramírez-Marcial N, Jiménez-Otárola F, Musálem-Castillejos K. Concentración de metales en agua y sedimentos de la cuenca alta del río Grijalva, frontera México-Guatemala. Tecnol Cien Agua. 2015; 6(4): 61-74. [ Links ]

Cao Q, Wang H, Li Y, Zhang Y, Zheng P, Wang R, et al. The National Distribution Pattern and Factors Affecting Heavy Metals in Sediments of Water Systems in China. Soil Sediment Contam. 2018; 27(2): 79-97. [ Links ]

Julieta G, Astrid U, Gerardo D, Catalina Q, Ana Paula L. Minería y conflictos en torno al control ambiental: la experiencia de monitoreos hídricos en la Argentina, el Perú y Colombia. GRADE. Vol. 1. Lima; 2020. 83 p. [ Links ]

Flores CM, Del Angel E, Frías DM, Gómez AL. Evaluation of physicochemical parameters and heavy metals in water and surface sediment in the ilusiones Lagoon, Tabasco, Mexico. Tecnol Cien Agua. 2018; 9(2). [ Links ]

Bose SK, Chakraborty UC. Resolutions Adopted at the General Session of the VIII All India Pediatric Conference at Vellore on the 21st December, 1956. Indian J Pediatr. 1957; 24(1): 14. doi:10.1007/BF02796157 [ Links ]

Quispe-Zuniga MR, Santos F, Callo-Concha D, Greve K. Impact of heavy metals on community farming activities in the central peruvian andes. Minerals. 2019; 9(10): 14- 17. [ Links ]

Mwamburi J. Trace metal concentration in water and sediments of satellite lakes within Lake Victoria (Kenya) basin. Lakes Reserv Res Manag. 2009; 14(3): 203-220. [ Links ]

Ulmanu M, Anger I, Ţ EG, Mihalache M. Rapid Determination of some heavy metals in soil using an X-ray fluorescence portable instrument. 2011; 43(3): 235-241. [ Links ]

Díaz Rizo O, Fonticiella Morell D, Arado López JO, Borrell Muñoz JL, D'Alessandro Rodríguez K, López Pino N. Spatial distribution and contamination assessment of heavy metals in urban topsoils from Las Tunas City, Cuba. Bull Environ Contam Toxicol. 2013; 91(1): 29-35. [ Links ]

Hu J, Zhou S, Wu P, Qu K. Assessment of the distribution, bioavailability and ecological risks of heavy metals in the lake water and surface sediments of the Caohai plateau wetland, China. PLoS One. 2017; 12(12): e0189295. doi: 10.1371/journal.pone.0189295 [ Links ]

Odumo OB, Mustapha AO, Patel JP, Angeyo HK. Energy dispersive X-ray fluorescence analysis of mine waters from the Migori gold mining belt in Southern Nyanza, Kenya. Bull Environ Contam Toxicol. 2011; 87(3): 260-263. [ Links ]

Custodio M, Peñaloza R, Espinoza C, Peralta-Ortiz T, Ordinola-Zapata A, Sánchez- Suárez H, et al. Data on the concentration of heavy metals and metalloids in lotic water of the Mantaro river watershed and human risk assessment, Peru. Data Br. 2020; 30. doi: 10.1016/j.dib.2020.105493 [ Links ]

Chui HB, Miramira BT, Olivera PL, Jacay JH. Determinación de metales pesados en sedimentos del río Chillón mediante la técnica de fluorescencia de rayos X. Rev Peru Química e Ing Química. 2009; 12(2): 9-14. [ Links ]

Díaz Rizo O, Gelen Rudnikas A, Lavin Pérez R, Arencibia Caraballo G, D´Alessandro Rodríguez K. XRF Analysis of sediments from Nuevitas Bay (Cuba): assessment of current heavy metal contamination. Nucleus. 2014; (55): 11-14. [ Links ]

Ren J, Shang Z, Tao L, Wang X. Multivariate analysis and heavy metals pollution evaluation in Yellow river surface sediments. Polish J. Environ Stud. 2015; 24(3): 1041- 1048. [ Links ]

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Contaminación por metales pesados de la microcuenca agropecuaria del río Huancaray - Perú

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Trabajos originales Contaminación por metales pesados de la microcuenca agropecuaria del río Huancaray - Perú Pollution by heavy metals of the agricultural micro-basin of the Huancaray River - Peru Frida Esmeralda Fuentes Bernedo Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional José María Arguedas, Jr.

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Biodegradabilidad de la materia orgánica natural del agua y efecto del ozono

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Biodegradabilidad de la materia orgánica natural del agua y efecto del ozono

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En el presente trabajo se estudia la biodegradabilidad de la materia orgánica natural del agua (MON), constituída fundamentalmente por las sustancias húmicas (ácidos fúlvicos y húmicos), y la influencia del tratamiento de preozonización, mediante ensayos basados en la medida del carbono orgánico disuelto biodegradable (CODB). Los ácidos fúlvicos y húmicos tienen un carácter poco biodegradable, por tratarse de grandes macromoléculas orgánicas poco aptas para ser utilizadas por el metabolismo de los microorganismos acuáticos; el tratamiento de ozonización aumenta la biodegradabilidad de las sustancias húmicas y, en general, de la MON del agua.

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Estudio del tratamiento de aguas residuales industriales de bocaminas de la Mediana Minería

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La problemática ambiental mundial de las ciudades y centros poblados en nuestros días está centrada en resolver la contaminación atmosférica, el manejo de los residuos sólidos generados y la escasez de los recursos hídricos, para lo que se vienen haciendo muchas investigaciones con programas y proyectos pilotos impulsados por entidades públicas y privadas con el objeto de contrarrestar el deterioro del ecosistema y el hábitat humano. Desde los albores de la humanidad los procesos productivos han generado modificaciones en las condiciones del ambiente, lo cual no escapa a la industria minero-metalúrgica. Uno de los procesos productivos es la minería, que viene a ser la obtención selectiva de minerales y otros materiales a partir de la corteza terrestre y es una de las actividades más antiguas de la humanidad; casi desde el principio de la edad de piedra ha venido siendo la principal fuente de materiales para la fabricación de herramientas. El balance entre el desarrollo de las actividades productivas y la protección del medio ambiente, constituye el eje de la actividad humana racional; esto debido a que una industrialización, como la industria minero-metalúrgica, a cualquier costo, no es una alternativa válida, ya que no sería posible sostener un crecimiento a largo plazo y un mejoramiento del nivel de vida, si los cuerpos de agua se llegan a contaminar al grado de no poder ser usados.

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Sumario:

La problemática ambiental mundial de las ciudades y centros poblados en nuestros días está centrada en resolver la contaminación atmosférica, el manejo de los residuos sólidos generados y la escasez de los recursos hídricos, para lo que se vienen haciendo muchas investigaciones con programas y proyectos pilotos impulsados por entidades públicas y privadas con el objeto de contrarrestar el deterioro del ecosistema y el hábitat humano. Desde los albores de la humanidad los procesos productivos han generado modificaciones en las condiciones del ambiente, lo cual no escapa a la industria minero-metalúrgica. Uno de los procesos productivos es la minería, que viene a ser la obtención selectiva de minerales y otros materiales a partir de la corteza terrestre y es una de las actividades más antiguas de la humanidad; casi desde el principio de la edad de piedra ha venido siendo la principal fuente de materiales para la fabricación de herramientas. El balance entre el desarrollo de las actividades productivas y la protección del medio ambiente, constituye el eje de la actividad humana racional; esto debido a que una industrialización, como la industria minero-metalúrgica, a cualquier costo, no es una alternativa válida, ya que no sería posible sostener un crecimiento a largo plazo y un mejoramiento del nivel de vida, si los cuerpos de agua se llegan a contaminar al grado de no poder ser usados. El agua es un recurso natural escaso, indispensable para la vida y para el ejercicio de las actividades económicas; es irremplazable, no ampliable por la mera voluntad del hombre, irregular en su forma de presentarse en el tiempo y en el espacio, fácilmente vulnerable y susceptible de usos sucesivos. Por lo tanto, se trata de un recurso que debe estar disponible no sólo en la cantidad necesaria, sino también con la calidad precisa Cómo ya se mencionó, las actividades minero-metalúrgicas y el agua están íntimamente ligadas, y como en toda actividad humana se producen alteraciones, en esta información se propone conocer las fuentes potenciales de generación de las aguas residuales en la industria minero-metalúrgica, los estándares de calidad que deben cumplir los efluentes para su vertimiento al ambiente A partir del año 1990, ante la creciente preocupación de la población, el estado peruano comenzó a producir Legislación al respecto, en forma sostenida. En la actualidad el Ministerio de Energía y Minas es el sector que mayor legislación Ambiental ha producido en el Perú, habiéndose creado un sistema de control, mediante Programas Anuales de Fiscalización de las Normas de Protección y Conservación del Ambiente, continuando en esta labor el Ministerio del Ambiente, con el nombre de Supervisión Los efluentes minero-metalúrgicos son específicos de cada empresa minera y/o minero-metalúrgica, y varían de acuerdo a su procedencia y a las actividades productivas de la empresa, incluso una misma empresa puede producir dos o más efluentes de distinta composición; por este motivo las características de las aguas residuales varían ampliamente y no existe un procedimiento único para su depuración Es por eso en los túneles de exploración en el proyecto Tambomayo tendrán como objetivo; prospectar mineralización de oro y plata en profundidad, desde las zonas conocidas de mineralización en el área del proyecto hacia el portal de inicio, así también permitirá en el futuro el acceso a los lentes mineralizados identificados para su extracción. Dicho proyecto de exploración requiere de la proyección de un Sistema o Planta de Tratamiento de aguas residuales industriales (PTARI) para realizar las labores propias del proyecto, por lo cual, en el presente documento se describen los principales componentes de dicho sistema proyectado.Con el cual, pretendo graduarme de Ingeniero Metalúrgico con el tema de "ESTUDIO DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE BOCAMINAS DE LA MEDIANA MINERÍA", el cual consta de los siguientes capítulos. Capítulo I Se trata de las consideraciones generales de ubicación del proyecto a desarrollar, mostrando planos, etc. Capitulo II Se toca el tema teórico del tratamiento de las aguas residuales industriales de minas centrándonos en la parte de sedimentación Capitulo III para hacer este capítulo que lo considero el principal es el de diseño de los componentes para poder realizar el tratamiento de residuos industriales provenientes de las bocaminas Capitulo IV Trato de los controles que se aplican al efluente tratado y su disposición final, así como una parte de la seguridad ligado a la operación y el mantenimiento para este tratamiento de aguas residuales industriales

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Estudio del tratamiento de aguas residuales industriales de bocaminas de la Mediana Minería

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Sumario: La problemática ambiental mundial de las ciudades y centros poblados en nuestros días está centrada en resolver la contaminación atmosférica, el manejo de los residuos sólidos generados y la escasez de los recursos hídricos, para lo que se vienen haciendo muchas investigaciones con programas y proyectos pilotos impulsados por entidades públicas y privadas con el objeto de contrarrestar el deterioro del ecosistema y el hábitat humano.

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Tratamiento de aguas residuales por procesos de biopelícula.

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Tratamiento de aguas residuales por procesos de biopelícula.

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El presente proyecto piloto se llevó a cabo en la planta de tratamiento de la Universidad Nacional de Ingeniería - UNITRAR; el objetivo principal fue determinar la eficiencia de remoción de la materia orgánica presente en las aguas residuales domésticas mediante procesos de tratamiento de Película Fija Sumergida. Este proceso consiste en un medio de contacto que se encuentra sumergido dentro de un reactor por el que fluye agua residual, el medio de contacto se encuentra totalmente dentro del agua residual, y está sometido a una aireación intensa que evita existan superficies “ociosas”, es decir no existen zonas ron bajas tasas de crecimiento de biopelícula. Las burbujas de aíre difundido provocan un movimiento de convección toreada que favorece el número de choques entre el sustrato (alimento), la película biológica (microorganismos) y el oxígeno contenido en el aire. Se construyeron dos reactores de vidrio cada uno con su respectivo sedimentador secundario; en el reactor N01 se colocaron como medio de contacto gravas previamente seleccionadas de 0,025 m (1 pulgada) de diámetro, índice de porosidad de 51,8% y superficie específico de 119,35 m2/m3; mientras que, en el reactor N° 2 se colocaron como medio de contacto mangueras de 0,0295 m de diámetro y 0,10 m de longitud, ron un índice de porosidad de 86,1% y una superficie específica de 180 m2/m3, en ambos reactores la altura de empaque fue de 0,10 m. A cada reactor se aplicó un caudal constante de agua residual pretratada de 1 mL/s y una Tasa hidráulica de 1,74 m3/m2.d. Inicialmente a cada uno de los reactores se aplicó una tasa de oxigenación de 0,054 g02/h obteniéndose como eficiencia de remoción de Demanda Bioquímica de Oxígeno al quinto día (DBOs) de 69,66% y 49,05% en el Reactor N01 y N°2 respectivamente. Debido a la baja eficiencia de remoción se aplicó como segunda condición una tasa de oxigenación de 0.062 gO2/h, obteniéndose una eficiencia de remoción de DB05 del 84,7% en el reactor N01 y 86.35% en el reactor N02. Finalmente, con los datos de la segunda condición (Tasa de Oxigenación de 0,062 gO2/h), las características de los reactores construidos y la operación de estos (dimensiones, caudal de agua residual aplicada, periodo de retención, características del medio de contacto, carga orgánica aplicada) se determinaron las eficiencias de remoción de DBOs aplicando la ecuación de diseño para procesos de Película Fija Sumergida desarrollada por M.l. David Gómez Salas, estos resultados fueron comparados con los resultados experimentales obtenidos en los reactores pilotos con la tasa de oxigenación de 0,062 gO2/h obteniéndose para el Reactor N01 una eficiencia de remoción de la DBOs real (valores obtenidos en el reactor experimentalmente) promedio, menor en 2,25% a la eficiencia de remoción de la DBO calculada por la ecuación de diseño de procesos de Película Fija Sumergida. En el Reactor N0 2 se obtuvo una eficiencia de remoción de la DBOs real promedio, menor en 8,92% a la DBO calculada por la ecuación de diseño de PFS.

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Sumario:

El presente proyecto piloto se llevó a cabo en la planta de tratamiento de la Universidad Nacional de Ingeniería - UNITRAR; el objetivo principal fue determinar la eficiencia de remoción de la materia orgánica presente en las aguas residuales domésticas mediante procesos de tratamiento de Película Fija Sumergida. Este proceso consiste en un medio de contacto que se encuentra sumergido dentro de un reactor por el que fluye agua residual, el medio de contacto se encuentra totalmente dentro del agua residual, y está sometido a una aireación intensa que evita existan superficies "ociosas", es decir no existen zonas ron bajas tasas de crecimiento de biopelícula. Las burbujas de aíre difundido provocan un movimiento de convección toreada que favorece el número de choques entre el sustrato (alimento), la película biológica (microorganismos) y el oxígeno contenido en el aire. Se construyeron dos reactores de vidrio cada uno con su respectivo sedimentador secundario; en el reactor N01 se colocaron como medio de contacto gravas previamente seleccionadas de 0,025 m (1 pulgada) de diámetro, índice de porosidad de 51,8% y superficie específico de 119,35 m2/m3; mientras que, en el reactor N° 2 se colocaron como medio de contacto mangueras de 0,0295 m de diámetro y 0,10 m de longitud, ron un índice de porosidad de 86,1% y una superficie específica de 180 m2/m3, en ambos reactores la altura de empaque fue de 0,10 m. A cada reactor se aplicó un caudal constante de agua residual pretratada de 1 mL/s y una Tasa hidráulica de 1,74 m3/m2.d. Inicialmente a cada uno de los reactores se aplicó una tasa de oxigenación de 0,054 g02/h obteniéndose como eficiencia de remoción de Demanda Bioquímica de Oxígeno al quinto día (DBOs) de 69,66% y 49,05% en el Reactor N01 y N°2 respectivamente. Debido a la baja eficiencia de remoción se aplicó como segunda condición una tasa de oxigenación de 0.062 gO2/h, obteniéndose una eficiencia de remoción de DB05 del 84,7% en el reactor N01 y 86.35% en el reactor N02. Finalmente, con los datos de la segunda condición (Tasa de Oxigenación de 0,062 gO2/h), las características de los reactores construidos y la operación de estos (dimensiones, caudal de agua residual aplicada, periodo de retención, características del medio de contacto, carga orgánica aplicada) se determinaron las eficiencias de remoción de DBOs aplicando la ecuación de diseño para procesos de Película Fija Sumergida desarrollada por M.l. David Gómez Salas, estos resultados fueron comparados con los resultados experimentales obtenidos en los reactores pilotos con la tasa de oxigenación de 0,062 gO2/h obteniéndose para el Reactor N01 una eficiencia de remoción de la DBOs real (valores obtenidos en el reactor experimentalmente) promedio, menor en 2,25% a la eficiencia de remoción de la DBO calculada por la ecuación de diseño de procesos de Película Fija Sumergida. En el Reactor N0 2 se obtuvo una eficiencia de remoción de la DBOs real promedio, menor en 8,92% a la DBO calculada por la ecuación de diseño de PFS.

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Tratamiento de aguas residuales por procesos de biopelícula

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Sumario: El presente proyecto piloto se llevó a cabo en la planta de tratamiento de la Universidad Nacional de Ingeniería - UNITRAR; el objetivo principal fue determinar la eficiencia de remoción de la materia orgánica presente en las aguas residuales domésticas mediante procesos de tratamiento de Película Fija Sumergida.

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Tratamiento de aguas con especies vegetales acuáticas

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Tratamiento de aguas con especies vegetales acuáticas

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La percepción del uso de las plantas acuáticas en el tratamiento de las aguas ha tomado mayor importancia en las últimas décadas, tal como se ve reflejada según la información recogida en el periodo 2004-2016 de revistas artículos y tesis en los buscadores; Biblat (Biblioteca latinoamericana), Scielo, El Diario FICAYA Emprende, Redalyc.org, que según el criterio elegibilidad la información extraída se encuentra en su mayoría los idiomas español e Inglés que destacan el tratamiento de agua para consumo humano mediante especies vegetales acuáticas, Se encontraron 5 artículos (2004-2016), 4 tesis (2004-2016), y 2 revistas (2010-2011), la mayoría de lo buscado se encuentran hace una década atrás, todos son de tipo científico además se observó que las publicaciones recientes son las que cuentan con más información y actualizadas en la aplicación de las plantas acuáticas, donde tienen una influencia sobre el tratamiento del agua que se evidencia en el artículo publicado en el año 2016, lo que nos da entender la importancia de las especies vegetales acuáticas para tratar el agua por su importancia en el factor económico que los tratamientos convencionales demostrando ser eficientes en su aplicación.

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Sumario:

RESUMEN La percepción del uso de las plantas acuáticas en el tratamiento de las aguas ha tomado mayor importancia en las últimas décadas, tal como se ve reflejada según la información recogida en el periodo 2004-2016 de revistas artículos y tesis en los buscadores; Biblat (Biblioteca latinoamericana), Scielo, El Diario FICAYA Emprende, Redalyc.org, que según el criterio elegibilidad la información extraída se encuentra en su mayoría los idiomas español e Inglés que destacan el tratamiento de agua para consumo humano mediante especies vegetales acuáticas, Se encontraron 5 artículos (2004-2016), 4 tesis (2004-2016), y 2 revistas (2010-2011), la mayoría de lo buscado se encuentran hace una década atrás, todos son de tipo científico además se observó que las publicaciones recientes son las que cuentan con más información y actualizadas en la aplicación de las plantas acuáticas, donde tienen una influencia sobre el tratamiento del agua que se evidencia en el artículo publicado en el año 2016, lo que nos da entender la importancia de las especies vegetales acuáticas para tratar el agua por su importancia en el factor económico que los tratamientos convencionales demostrando ser eficientes en su aplicación. PALABRAS CLAVES: Plantas acuáticas, Tratamiento de aguas para consumo humano, calidad de agua.

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Descripción: Tratamiento de aguas con especies vegetales acuáticas

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Nota importante: La información contenida en este registro es de entera responsabilidad de la institución que gestiona el repositorio institucional donde esta contenido este documento o set de datos. El CONCYTEC no se hace responsable por los contenidos (publicaciones y/o datos) accesibles…

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 https://dx.doi.org/10.4995/ia.1996.2703                                        Ingeniería civil.Ingeniería del agua.Ingeniería hidráulica   

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Biosólidos generados en la depuración de aguas: (II). Métodos de tratamiento.

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Biosólidos generados en la depuración de aguas: (II). Métodos de tratamiento.

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En este artículo se lleva a cabo una revisión de los diferentes métodos de tratamiento de los biosólidos obtenidos en las estaciones depuradoras de aguas residuales. Primeramente se abordan los procesos tales como digestión, pasteurización, secado o compostaje entre otros, cuyo principal objetivo es la estabilización de los lodos para su uso posterior. En segundo lugar se exponen los métodos cuyo objetivo es la mayor eliminación posible de materia orgánica como son la oxidación en fase acuosa y la incineración. Datos sobre tratamiento y destino de biosólidos obtenidos de una encuesta llevada a cabo en diferentes EDAR españolas se exponen en la parte final.

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Description: Biosólidos generados en la depuración de aguas: (II). Métodos de tratamiento

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[ES] En este artículo se lleva a cabo una revisión de los diferentes métodos de tratamiento de los biosólidos obtenidos en las estaciones depuradoras de aguas residuales. Primeramente se abordan los procesos tales como digestión, pasteurización, secado o compostaje entre otros, cuyo principal objeti…

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Tratamiento biológico de aguas residuales industriales.

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Tratamiento biológico de aguas residuales industriales.

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En la Tierra solo el 2.53% del total de agua corresponde a agua dulce y se estima que solo el 15% del total de aguas residuales de América Latina recibe tratamiento. En Argentina la principal fuente de recursos hídricos son las aguas superficiales que representan un 80% del total de disponibilidad de agua. Debido a la gran urbanización e industrialización, la cuenca de Matanza-Riachuelo recibe grandes aportes de contaminantes, siendo una de las 10 cuencas más contaminadas del mundo, este problema esta estrechamente relacionado a aguas residuales industriales. En Argentina el crecimiento de la actividad industrial  incrementó los problemas relacionados con los efluentes generados. Debido a su elevada toxicidad, son de principal interés aquellas industrias que contienen compuestos aromáticos en sus efluentes líquidos. Debido al gran uso del fenol y sus derivados en muchas industrias, tanto en Argentina como en el resto del mundo los compuestos fenólicos están muy extendidos en el ambiente. Debido a que Argentina es el décimo productor de leche a nivel mundial y el sexto país exportador de productos lácteos, este sector industrial es un importante generador de efluentes líquidos. A diferencia de las aguas residuales con compuestos fenólicos, el principal problema de las aguas residuales del sector lácteo no está asociado a su toxicidad, sino al gran volumen generado. En el presente trabajo de Tesis se propone como objetivo general reducir problemas de contaminación ambiental a través del desarrollo y optimización de procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales industriales que contienen suero de queso y compuestos fenólicos.

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Sumario:

A nivel mundial la disponibilidad de recursos hídricos constituye un tema de gran preocupación. En la Tierra solo el 2.53% del total de agua corresponde a agua dulce y se estima que solo el 15% del total de aguas residuales de América Latina recibe tratamiento. En Argentina la principal fuente de recursos hídricos son las aguas superficiales que representan un 80% del total de disponibilidad de agua; dentro de ellas se destaca la Cuenca del Plata que representa un 34% de la superficie total del país y un 83% del agua dulce de escurrimiento; sobre la misma se asienta un 70% de la población del país. En la franja costera de la provincia de Buenos Aires desde Buenos Aires a La Plata (80 km de costa) se asienta un tercio de la población de Argentina y se concentra la mayor actividad industrial del país, generando un fuerte impacto ambiental sobre el Río de La Plata. Se ha informado la presencia de diferentes tipos de descargas directas y difusas sin previo tratamiento (efluentes cloacales, industriales, etc.) sobre éste río y sus numerosos afluentes. Esto afecta la calidad físico-química de sus aguas, comprometiendo la vida acuática y su calidad microbiológica. El Río Matanza-Riachuelo constituye uno de los cuerpos de agua más contaminados por fuentes domésticas e industriales en nuestro país. La cuenca Matanza-Riachuelo comprende una superficie aproximada de 2240 km<SUP>2</SUP>, en su extensión de 60 km atraviesa la Ciudad de Buenos Aires, 8 partidos del Gran Buenos Aires y 5 partidos del resto de la provincia. Se estima que sobre la cuenca Matanza-Riachuelo se encuentran 15000 industrias, entre las cuales la industria química es la responsable de más de un tercio de la contaminación. Debido a la gran urbanización e industrialización, la cuenca recibe grandes aportes de contaminantes, siendo una de las 10 cuencas más contaminadas del mundo. La contaminación de recursos hídricos es un problema estrechamente relacionado a aguas residuales industriales. En Argentina el crecimiento de la actividad industrial y la falta de previsión sobre la construcción de plantas de tratamiento de efluentes, incrementó los problemas relacionados con los efluentes generados. Las industrias que generan efluentes líquidos con contenido de compuestos tóxicos son variadas, dentro de la cuenca se encuentran industrias petroleras, químicas y de galvanoplastía. Debido a su elevada toxicidad, son de principal interés aquellas industrias que contienen compuestos aromáticos en sus efluentes líquidos. Dentro de los compuestos aromáticos presentes en efluentes líquidos industriales, los compuestos fenólicos son considerados como contaminantes prioritarios por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA). Debido al gran uso del fenol y sus derivados en muchas industrias, tanto en Argentina como en el resto del mundo los compuestos fenólicos están muy extendidos en el ambiente. Debido a que Argentina es el décimo productor de leche a nivel mundial y el sexto país exportador de productos lácteos, este sector industrial es un importante generador de efluentes líquidos. A diferencia de las aguas residuales con compuestos fenólicos, el principal problema de las aguas residuales del sector lácteo no está asociado a su toxicidad, sino al gran volumen generado. Las aguas residuales se generan durante la limpieza de tanques, pasteurizadores, bachas de cuajado, limpieza de superficies y servicios del personal. El volumen de agua residual vertida por la industria lechera se estima en 1-2 litros por litro de leche procesada. En el presente trabajo de Tesis se propone como objetivo general reducir problemas de contaminación ambiental a través del desarrollo y optimización de procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales industriales que contienen suero de queso (como modelo de agua residual de industria láctea) y compuestos fenólicos (como modelo de aguas residuales industriales con compuestos tóxicos).

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Tratamiento biológico de aguas residuales industriales

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Sumario: A nivel mundial la disponibilidad de recursos hídricos constituye un tema de gran preocupación. En la Tierra solo el 2.53% del total de agua corresponde a agua dulce y se estima que solo el 15% del total de aguas residuales de América Latina recibe tratamiento.

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Adsorción de la dureza del agua sobre lechos de rocas volcánicas de Ecuador

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Adsorción de la dureza del agua sobre lechos de rocas volcánicas de Ecuador

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La presente investigación muestra los resultados del proceso de adsorción de la dureza del agua empleando lechos fijos, con rocas de los volcanes Tungurahua y Reventador. El estudio se realizó sobre el material natural y sustratos tratados químicamente en medio alcalino para generar cagas superficiales negativas. Se determinó la composición química, el área superficial, la porosidad y el pH de los materiales ígneos. A partir de las pruebas de adsorción se comprobó que la capacidad de retención de la dureza depende del contenido de óxidos anfóteros de hierro, aluminio y titanio, siendo el lecho del volcán Tungurahua el que presenta mayor rendimiento (65.5%) con respecto al Reventador (41.6%). Se concluye que este sistema de adsorción representa una alternativa innovadora, de forma sencilla, económica y sustentable para el tratamiento de aguas duras y que puede ser aplicado a las comunidades de bajos recursos para mejorar la calidad del agua de uso doméstico y agropecuario.

or

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ARTICULOS

Adsorción de la dureza del agua sobre lechos de rocas volcánicas de Ecuador

Water hardness adsorption in volcanic rock beds from Ecuador

Facultad de Ingeniería. Ingeniería Ambiental. Universidad Nacional de Chimborazo. Grupo de Estudios Interdisciplinarios. Riobamba, Ecuador. (Correo-e: jose.prato@unach.edu.ec)

Facultad de Ingeniería, Esc. de Ingeniería Química. Universidad de Los Andes. Mérida. Venezuela

Facultad de Ciencias de la Salud. Laboratorio Clínico, Grupo de Investigación Análisis de Muestras Biológicas y Forenses. Universidad Nacional de Chimborazo, Riobamba, Ecuador. (Correo-e: lcgonzalez@unach.edu.ec)

Facultad de Ingeniería. Ingeniería Industrial. Universidad Nacional de Chimborazo. Riobamba, Ecuador. (Correo-e: maribel.perez@unach.edu.ec)

Facultad de Ciencias de la Educación, Humanas y Tecnologías, Universidad Nacional de Chimborazo, Campus "La Dolorosa", Riobamba, Ecuador. (Correo-e: eduardo.rodriguez@unach.edu.ec)

La presente investigación muestra los resultados del proceso de adsorción de la dureza del agua empleando lechos fijos, con rocas de los volcanes Tungurahua y Reventador. El estudio se realizó sobre el material natural y sustratos tratados químicamente en medio alcalino para generar cagas superficiales negativas. Se determinó la composición química, el área superficial, la porosidad y el pH de los materiales ígneos. A partir de las pruebas de adsorción se comprobó que la capacidad de retención de la dureza depende del contenido de óxidos anfóteros de hierro, aluminio y titanio, siendo el lecho del volcán Tungurahua el que presenta mayor rendimiento (65.5%) con respecto al Reventador (41.6%). Se concluye que este sistema de adsorción representa una alternativa innovadora, de forma sencilla, económica y sustentable para el tratamiento de aguas duras y que puede ser aplicado a las comunidades de bajos recursos para mejorar la calidad del agua de uso doméstico y agropecuario.

Palabras clave: adsorción; dureza; agua; rocas volcánicas; lecho fijo; óxidos anfóteros

The primary objective of the present research study was to characterize the process of water hardness adsorption in rocks from the Tungurahua and Reventador volcanoes (Ecuador) by using fixed beds. The study was performed on natural material and chemically treated substrates in an alkaline medium to generate negative surface sites. The chemical composition, surface area, porosity, and pH of igneous materials were determined. From the adsorption tests, the results show that the hardness retention capacity depends on the total contents of amphoteric oxides of iron, aluminum, and titanium. The Tungurahua volcano bed showed a higher yield (65.5%) than the Reventador bed (41.6%). It is concluded that the adsorption system examined here is an innovative, simple, economic, and sustainable alternative for treating hard water that can be applied to improve water quality for domestic and agricultural use in low-income communities.

Keywords: adsorption; water hardness; volcanic rocks; packed-bed; amphoteric oxides

INTRODUCCIÓN

Según la Organización Mundial de la Salud () la dureza del agua se puede definir como la medida de la capacidad del agua para reaccionar con el jabón y producir un depósito notable de precipitado (por ejemplo, metales o sales insolubles). La principal causa de la dureza del agua natural es la presencia de iones de Calcio (Ca ²⁺) y Magnesio (Mg ²⁺). Otros iones bivalentes que también participan en la dureza son hierro (Fe ²⁺), Manganeso (Mn ²⁺) y Estroncio (Sr ²⁺) principalmente, aunque no en cantidades significativas. La forma estándar de expresar la dureza del agua es en miligramos de carbonato de calcio equivalente por litro (mg/L CaCO ₃) o de ppm de CaCO ₃, considerándose agua dura aquella que excede los 60 mg/L CaCO ₃ de concentración. Estas aguas poseen algunas desventajas, afecta las redes de distribución urbanas (debido a la aparición de incrustaciones internas en las tuberías) y los sistemas de riego agrícolas. Además, la precipitación de calcio, altera la composición química del suelo, impidiendo la acción correcta de los agroquímicos en los cultivos (Sahin et al., 2012).

Los estudios epidemiológicos son controversiales, sin embargo, han demostrado el riesgo de enfermedad cardiovascular por el depósito del calcio en las paredes de los vasos sanguíneos, que unido a los lípidos producen el endurecimiento de las paredes vasculares (aterosclerosis) y la reducción de la luz de las arterias que dificulta el flujo sanguíneo (Sengupta, 2013). También se ha reportado el retraso en el crecimiento de los niños, debido a la interferencia del exceso de calcio con la absorción de minerales esenciales (Sengupta, 2013). Además, el contacto prolongado con agua dura, produce dermatitis atópica por deterioro de la barrera cutánea después de la exposición a los tensoactivos de los productos de lavado, combinado con altos niveles de calcio (Danby et al., 2018). Igualmente, se ha estudiado la relación entre la Enfermedad Renal Crónica de etiología incierta (KCDu, por sus siglas en ingles) y la dureza del agua en regiones rurales cercanas de Sri Lanka (Udeshani et al., 2020), y se ha encontrado una relación directa entre estas dos variables. Por tanto, reducir los niveles de Ca ²⁺ y Mg ²⁺ en el agua es un tema de importancia actual.

En la literatura se reportan varios métodos para reducir la dureza y/o filtrar el agua. En este sentido, Aregu et al. (2018) han estudiado rocas volcánicas tipo pómez y escoria de la región de Orimia en Etiopia para filtrar agua. Similarmente, se han empleado rocas volcánicas para la retención de metales como cromo y cadmio, encontrando que son materiales prominentes para remover estos metales del agua dura (Alemayehu et al., 2011; Rueda et al., 2010). También, existen investigaciones con zeolitas naturales y modificadas (; Zayed et al., 2017; Fu y Wang, 2011; Alemayehu et al., 2011), carbón activado (Dobrosz-Gómez et al., 2018; Colpas et al., 2016; Rojas et al. 2012; Moreno y Giraldo, 2008) y suelos lateríticos ricos en óxidos metálicos, que han demostrado la utilidad de los mismos en el tratamiento de aguas contaminadas con cationes y aniones disueltos, variando su eficiencia en función de las características morfológicas de los lechos adsorbentes, el contenido y tipo de mineral presente en estos materiales (Márquez et al., 2020; Prato et al., 2019; Millán et al., 2009, 2019).

La Cordillera Real del Ecuador es una cadena volcánica de 225 km de largo, formada en general por volcanes andesíticos activos, potencialmente activos e inactivos (Hall et al., 2008), donde predominan rocas ígneas que se formaron por el enfriamiento de lava en la superficie terrestre, las cuales presentan diferentes características, dependiendo de la composición mineralógica y estructura geológica de cada zona. Los minerales presentes en los materiales litológicos pueden ser aprovechados como centros activos de adsorción e intercambio iónico para retener los iones calcio y magnesio que originan la dureza de las aguas naturales. Si bien, las rocas ígneas del Ecuador han sido estudiadas desde el punto de vista morfológico y edafológico (Mothes, 1991, Hall et al., 1999; 2008; Bablon et al., 2018), no hay trabajo específicos que las utilicen en la fabricación de lechos adsorbentes para la retención sales disueltas.

Ecuador, por su ubicación geográfica y ambientes geológicos presenta un complejo estructural heterogéneo formado por rocas metamórficas (INIGEMM, 2017), por lo tanto, las reservas de aguas naturales de estas zonas presentan diversos aniones y cationes, entre los que se destaca los iones de calcio y magnesio. En los acuíferos subterráneos las sustancias químicas disueltas dependen del depósito geológico del lugar por el que han fluido. En la Región Sierra (zona central del país) el agua generalmente es captada de fuentes naturales que tienen concentraciones de dureza variables entre 150 y 407.67 mg/L CaCO ₃. Así, la población solo tiene acceso a aguas duras de concentración promedio de 336 mg/L CaCO ₃ (Romero, 2009), niveles que superan el máximo permitido por la legislación nacional de 300 mg/L CaCO ₃ (NTE 1108, 2014), estando permanentemente expuestos a los riesgos asociados a la dureza del agua como podría ser al KCDu.

Por tanto, en este trabajo se pretende estudiar la aplicación de yacimientos de rocas de 2 volcanes de Ecuador (Reventador y Tungurahua), en la preparación de lechos adsorbentes, para la remoción de la dureza del agua. Esto permitirá evaluar su composición química y características físicas, así como determinar la capacidad de adsorción catiónica de estos materiales de forma natural y activada, para potenciar a futuro su uso como un sistema de tratamiento de bajo costo aplicable a las comunidades rurales.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio fue de enfoque cuantitativo, cohorte transversal, con un nivel de alcance correlacional y explicativo y un diseño cuasiexperimental. La metodología empleada en la investigación es presentada en tres subsecciones que comprenden: la descripción del área de muestreo, la preparación y caracterización de los lechos de adsorción y el procedimiento utilizado en las pruebas de retención de la dureza del agua.

Descripción del área de muestreo

Se han estudiado rocas volcánicas de 2 regiones diferentes de Ecuador, materiales ígneos que presentan una mineralogía diversa que va en función de su composición química y de las condiciones de temperatura y presión incidentes durante su formación: Volcán Reventador ( Fig. 1) y Volcán Tungurahua ( Fig.2).

El volcán Reventador, pertenece a la región oriental, tiene una altitud de 3562 m.s.n.m., formado principalmente por andesitas y andesitas basálticas que poseen minerales ferromagnésicos típicos del basalto de roca volcánica, de color negro verdoso, compuesto de feldespato y piroxeno (Mothes, 1991; Hall et al., 2008). Mientras que, el volcán Tungurahua localizado en la región central, con una altitud de 5023 m.s.n.m., se caracteriza por rocas de tipo andesitas y dacitas calco-alcalinas de medio potásico con carácter adakítico (Hall et al., 1999; Bablon et al., 2018). Ambos volcanes se categorizan como activos de reciente erupción. Se tomaron 4 muestras simples de rocas volcánicas en cada una de las regiones, referenciándose con un GPS cada punto por sector. Las muestras simples son mezcladas para obtener una muestra representativa y homogénea de cada volcán.

Preparación y análisis fisicoquímico de los lechos de adsorción

Los medios de adsorción se obtienen a partir de la trituración y tamizado de las rocas volcánicas hasta obtener partículas de 1 cm de tamaño promedio. Este material fraccionado se utilizó para realizar los análisis fisicoquímicos: i) Dimensiones promedio del lecho; ii) Área superficial BET y composición química elemental; y iii) Porosidad y pH.

Dimensiones promedio del lecho: para determinar el tamaño de grano promedio se escogió al azar una cantidad de 100 rocas de los lechos de adsorción de ambos volcanes en estudio, y se midió el largo, alto y ancho de cada roca.

Área superficial BET y composición química elemental: la superficie específica de los materiales se midió por el método de adsorción de N ₂ a la temperatura de -196°C, usando un equipo Micromeritics ASAP 2000. Las muestras (aproximadamente 200 mg) con un tamaño de partícula de 0.1-0.4 mm, se trataron a 400°C y vacío durante 12 horas antes de las medidas de adsorción. La mineralogía de las muestras se determinó empleando un espectrómetro de fluorescencia de rayos-x (FRX) Phillips MiniPal 25 fm analytic X-ray.

Porosidad y pH: la porosidad se determinó midiendo el volumen de agua absorbida por una muestra de lecho, pesándola antes y después de haber sido sumergida en agua hasta su saturación, la diferencia de peso entre la muestra seca y húmeda, es un indicador del volumen de agua contenida en el lecho saturado, siendo equivalente al volumen de los poros, por lo que se usa para determinar la porosidad del material (Millán et al., 2009), la cual se calcula según la Ecuación (1). La carga predominante (positiva o negativa) de las rocas volcánicas se midió a través del pH del material triturado, calculando la diferencia entre el pH en agua destilada y el pH en KCl a una concentración de 1 N ().

(1)

Pruebas de adsorción

Se diseñaron columnas de adsorción empleando 1050 g de rocas de cada uno de los volcanes de manera independiente en tuberías cilíndricas de PVC de 57 cm de alto y 13 cm de diámetro. Para evitar taponamientos se usaron mallas metálicas con forma de colador en el fondo de cada columna. Las pruebas se realizaron empleando dos tipos de lechos: naturales, sin ninguna modificación solamente lavados con agua destilada para eliminar el material suelto (lechos sin activar) y activados, es decir, lechos sumergidos en una solución de NaOH al 0.001 N por 30 minutos y lavados con agua destilada antes de su uso. Los experimentos se realizaron empleando una columna de lecho fijo con un caudal 100 mL/min. Inicialmente, la adsorción se realizó con una solución patrón de 400 mg/L CaCO ₃, y luego se determinó la retención de la dureza del agua natural extraída de pozos subterráneos de la Universidad Nacional de Chimborazo. Se analizó la cantidad de dureza total del agua tratada que sale de la columna cada 50 mL, hasta que su concentración retomó el valor de la muestra de entrada, es decir, hasta alcanzar la saturación del lecho. La dureza de las aguas se midió empleando el Método 2340 C Titulométrico con EDTA (APHA, AWWA, & WPCF, 2017).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se presentan los resultados de la caracterización de las rocas volcánicas, así como, los estudios de adsorción de la dureza total empleando los lechos sin activar y activados.

Caracterización fisicoquímica de los lechos de adsorción

En la Tabla 1 se reportan los resultados de caracterización de los lechos triturados. En ésta se puede observar que los granos de los lechos preparados presentan una uniformidad en sus dimensiones, teniendo una longitud promedio de 1.15 cm, de alto 0.63 cm y un ancho medio de 0.61 cm. También, se registra una porosidad similar en ambos materiales volcánicos. El lecho pétreo del Reventador presenta menor área superficial que el material del Tungurahua, ambos registros se consideran bajos, lo que puede afectar el proceso de retención de la dureza total del agua, al ser tratada por adsorción sobre estos materiales.

Las rocas del Tungurahua y Reventador presentan un pH positivo, aunque la diferencia de los resultados entre los volcanes es mínima. Este parámetro puede ser un indicador del rendimiento o eficiencia que tienen los lechos en la capacidad de adsorción de la dureza total del agua como se reporta en la literatura (Xu et al., 2016; Colpas et al., 2016; ; Moreno y Giraldo, 2008). En los materiales oxídicos, el fenómeno de adsorción depende de la formación de cargas variables en función del pH en sus superficies, y con pH positivo es mayor el intercambio aniónico que catiónico.

En cuanto a la mineralogía, se determinan pequeñas diferencias entre ambos materiales, en la Fig. 3, se observa que los componentes mayoritarios del lecho del Reventador son los óxidos de silicio (38.1%), aluminio (13.4%), calcio (5.7%) y hierro (5.3%), mientras que, las rocas del Tungurahua se caracterizan por tener principalmente óxidos de silicio (51.2%), aluminio (17.4%), calcio (7.2%), hierro (7.1%), magnesio (3.5%) y potasio (1.5%).

Además, en la Fig. 4 se pueden apreciar el resto de elementos químicos que conforman la estructura de los lechos (componentes minoritarios). El análisis muestra que ambos materiales están formados por una gran variedad de minerales. Aunque, los puntos GPS de muestreo de cada volcán ( Fig. 1 y Fig. 2), permiten identificar similitudes en la formación geológica de los volcanes, donde predominan andesinas, plagidacitas y lavas que contienen gran cantidad de fenocristales de plagioclasas (Mothes, 1991; Hall, et al., 1999).

La mineralogía obtenida en este estudio permite evidenciar que existen diferencias en la proporción de los metales comunes que se encuentran en ambos materiales, las rocas del volcán Tungurahua presentan un mayor contenido de Fe, Al, Ti, Mn, lo que puede favorecer la retención de la dureza del agua, debido a que los óxidos de estos metales contribuyen al fenómeno de adsorción por la formación de cargas variables dependientes del pH en las superficies de los materiales oxídicos (Márquez et al., 2020; Aragaw y Ayalew, 2019; Xu et al., 2016; Rueda et al., 2010). Además, estudios realizados con materiales lateríticos oxídicos indican que la retención de cationes (cobre, zinc, plomo, cromo, calcio), se ve favorecida por el contenido de elementos bivalentes y trivalentes que permiten cambiar la carga superficial, mejorando la adsorción de iones (Liu et al., 2020; Millán et al., 2019, ; Alemayehu et al., 2011).

Estudios de adsorción

A continuación, se reportan los resultados de las pruebas de retención de la dureza total del agua sintética usando lechos naturales y modificados químicamente, además del tratamiento del agua subterránea.

Lechos sin activar

En los ensayos con la solución patrón se observó que el lecho natural del volcán Tungurahua retiene inicialmente los iones de Ca ²⁺ presentes en la solución, bajando la concentración de dureza del agua de 400 a 175 mg/L CaCO ₃ ( Fig. 5), luego disminuye su retención de forma escalonada a medida que el lecho se satura, logrando extraer la dureza de 2500 mL, antes de perder su efectividad. Los resultados también indican, que una vez que el lecho se satura, se puede lavar con agua destilada, recuperando su actividad inicial y manteniendo el mismo rendimiento que un lecho natural nuevo. Por lo tanto, la retención de los iones Ca⁺², sobre las rocas, es una adsorción de tipo física, débil, y de fácil desorción (Millán et al., 2009), permitiendo la rápida recuperación del sistema de adsorción, lo que favorece su posible aplicación.

El lecho de adsorción preparado con las rocas del Reventador ( Fig. 5) presenta un comportamiento similar, al inicio del proceso se produce el máximo de retención de dureza, llegando a disminuirla hasta 310 mg/L CaCO ₃, para posteriormente saturarse al cabo de 2000 mL percolados. Igualmente, el material recupera su rendimiento inicial una vez que es regenerado por lavado con agua destilada.

Los resultados indican que, el material ígneo del Tungurahua tiene una mayor capacidad de retención de la dureza del agua utilizada como solución patrón, logrando adsorber 3.05 mgCa ²⁺/g de lecho, lo que corresponde a un 24.9% de efectividad, mientras que, las rocas del Reventador adsorben 1.68 mgCa ²⁺/g (14.3%). La discrepancia obtenida en los rendimientos de ambos materiales se debe principalmente, a las diferencias de la composición química de las rocas, que permiten al Tungurahua una mejor adsorción al tener mayor cantidad de óxidos de aluminio, hierro y titanio, en relación al material del Reventador. Resultados similares han sido reportados en la disminución de iones disueltos en el agua al usarse suelos de carga variable, ricos en óxidos anfóteros, aumentando su capacidad de adsorción con el contenido de elementos metálicos (Márquez et al., 2020; Prato et al., 2019; Xu et al., 2016; Rueda et al., 2010). Otros factores que pueden estar influyendo en el resultado obtenido, son la carga superficial de los materiales (pH positivo) y el área superficial BET, que afectan negativamente en la adsorción de la dureza, de allí que los rendimientos no superen el 25% ( Tabla 1). La capacidad de adsorción podría ser mejorada si a las rocas se les aplica un tratamiento previo de deprotonación, creando una densidad de cargas superficial negativa que puede dar lugar a la adsorción catiónica (Xu et al., 2016; ; Millán et al., 2009).

Lechos Activados

En la Fig.6 se muestra el resultado del proceso de adsorción de la dureza total del agua, después de activar los lechos volcánicos con una solución de NaOH 0.001 N. El lecho construido con material del Tungurahua, logró retener 7.73 mgCa ²⁺/g, aumentando el rendimiento de reducción de iones a 65.5%. Simultáneamente, como consecuencia de la activación, se aumentó la capacidad del tratamiento de agua de 2500 a 8500 m, antes de que se sature el lecho. Para el material ígneo del Reventador, también, se observó incremento en la adsorción de la dureza del agua, llegando a 4.90 mgCa ²⁺/g (41.6%), alcanzando el nivel de saturación después de percolar 5000 mL. Estos resultados indican que, la activación de los lechos mejora la reducción de la dureza del agua, debido a que la solución alcalina produce la deprotonación de los óxidos, generando cargas negativas que favorecen la adsorción catiónica (Márquez et al., 2020; Liu et al., 2020; Xu et al., 2016; Millán et al., 2009). Además, los resultados revelan que el sistema de adsorción es regenerable, sin perder efectividad, lo que indica la posibilidad de emplear soluciones alcalinas de fácil acceso y bajo costo para modificar las cargas superficiales de los lechos, incrementando su rendimiento y brindando una alternativa de aplicación de estos materiales en el tratamiento de aguas duras.

Ensayos con agua natural

Finalmente, se evalúa la aplicación de los lechos de ambos volcanes en la reducción de la dureza del agua natural subterránea, lo que permite analizar la efectividad ante la presencia de otros iones disueltos en el agua, que pueden afectar el rendimiento del proceso de adsorción. En la Fig. 7, se evidencia que los dos tipos de rocas volcánicas activadas con NaOH disminuyen la dureza total del agua del pozo subterráneo desde los 380 mg/L CaCO ₃, pasando por un máximo de reducción, 195 mg/L CaCO ₃ en el caso del Reventador y 180 mg/L CaCO ₃ para el lecho del Tungurahua, también se puede observar que material volcánico del Tungurahua presenta una mayor efectividad, logrando tratar 3000 mL más de agua, antes de saturarse.

Es importante destacar, que el rendimiento obtenido con el agua natural usando ambos materiales es levemente superior al obtenido con la solución patrón, lo que comprueba que la presencia de otras sales disueltas en el agua, no altera la capacidad de retención de la dureza, por competencia sobre los centros de adsorción de los lechos. Estos resultados demuestran que los lechos de roca volcánica (en especial del Tungurahua) son una alternativa de bajo costo y sencilla aplicación para la reducción de la dureza de las aguas naturales de la región.

CONCLUSIONES

De acuerdo al trabajo presentado y a los resultados obtenidos, se pueden plantear las siguientes conclusiones principales:

Los materiales probados de los volcanes Reventador y Tungurahua presentan una composición química variada, su capacidad de adsorción está relacionada principalmente, con la composición química del material, pudiéndose comprobar que, al tener mayor contenido de óxidos anfóteros de hierro, aluminio y titanio, se incrementa la retención de los iones que causan la dureza del agua.

Al deprotonizar los óxidos metálicos de las rocas volcánicas se incrementa la densidad de cargas negativas mejorando el rendimiento de adsorción, sin ser afectado por la presencia de otras sales disueltas en las aguas naturales, con la ventaja de poder ser regenerados para su reutilización.

Los resultados del trabajo demuestran que los lechos de adsorción preparados a partir de las rocas volcánicas presentan gran potencial para ser usados como sustratos adsorbentes de la dureza del agua, pudiendo ser una alternativa rentable y sustentable al tratamiento de aguas naturales, que puede ser aplicado a las comunidades de bajos recursos para mejorar la calidad del agua de uso doméstico y agropecuario.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Dirección de Investigación y el Vicerrectorado de Investigación, Vinculación y Posgrado de la UNACH, por el apoyo a este trabajo con los proyectos: "Lechos de materiales oxídicos como medios de adsorción y filtración para el tratamiento de la contaminación de aguas Naturales" y "Lechos de rocas volcánicas para reducir la dureza en aguas naturales". Se reconoce la colaboración del Instituto de Tecnología Química, CSIC-UPV (España), por la determinación de las propiedades superficiales y químicas de los adsorbentes.

REFERENCIAS

APHA, AWWA, & WPCF.; Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23 rd Ed, American Public Health Association-American Water Works Association-Water Pollution Control Federation Ed., Washington, DC., USA (2017) [ Links ]

Aragaw, T.A., y Ayalew, A.A.; Removal of Water Hardness using Zeolite Synthesized from Ethiopian Kaolin by Hydrothermal Method, https://doi.org/10.2166/wpt.2018.116, Water Pract. Technol., 14(1), 145-159 (2019) [ Links ]

Instituto Nacional de Investigación Geológico Minero Metalúrgico - INIGEMM., Atlas Geológico Minero de Ecuador. 4-22, INIGEMM, Quito, Ecuador (2017) [ Links ]

Millán, F., Prato, J.G. y otros 3 autores; Cu⁺² Chemisorption on Calcined Substrates Made with an Oxidic Refractory Variable Charges Lithological Material, https://produccioncientificaluz.org/index.php/tecnica/issue/view/2723/showToc, ISSN: 0254-0770, Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia, 42(1), 10-18 (2019) [ Links ]

Moreno, J.C. y Giraldo, L.; Propiedades Termodinámicas del Proceso de Adsorción de Pb ²⁺ sobre Carbón Activado a Diferentes pH, http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642008000500008, Inf. tecnol., 19(5), 61-72, (2008) [ Links ]

Mothes, P. El Paisaje Volcánico de la Sierra Ecuatoriana: Geomorfología, Fenómenos Volcánicos y Recursos Asociados, Corporación Editora Nacional, Quito, Ecuador (1991) [ Links ]

NTE INEN 1108. Instituto Ecuatoriano de Normalización., Norma Técnica Ecuatoriana, Agua Potable: Requisitos, 5 a Revisión, 1-10, Quito, Ecuador (2014) [ Links ]

Prato, J.G., Ruiz, L.B., y otros 2 autores; Adsorción de Iones Fosfatos de Aguas Naturales a partir de Lechos Calcinados de Suelos Lateríticos, In Investigación y Academia: la Visión desde la Universidad Ecuatoriana, by J.C. Arboleda (Ed), pp 133-151, REDIPE Red Iberoamericana de Pedagogía, Estados Unidos (2019) [ Links ]

Romero, C.; "Optimización de la Red N°2 del Sistema de Agua Potable de la Ciudad de Riobamba", Tesis de Grado, Esc. Ing. Química, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador (2009) [ Links ]

Sahin, U., Tunc, T. y Eroglu, S.; Evaluation of CaCO ₃ Clogging in Emitters with Magnetized Saline Water, https://doi.org/10/5004/dwt.2012.2845, Desalination Water Treat., 40, 168-173 (2012) [ Links ]

Tan, K.H.; Principles of Soil Chemistry, 4 a Ed., 133-241, CRC Press, New York, USA (2011) [ Links ]

World Health Organisation - WHO.; Hardness in Drinking-Water: Background Document for Development of WHO Guidelines for Drinking-Water Quality, WHO Press, Geneva, Switzerland (2010) [ Links ]

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Adsorción de la dureza del agua sobre lechos de rocas volcánicas de Ecuador

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ARTICULOS Adsorción de la dureza del agua sobre lechos de rocas volcánicas de Ecuador Water hardness adsorption in volcanic rock beds from Ecuador Facultad de Ingeniería. Ingeniería Ambiental. Universidad Nacional de Chimborazo. Grupo de Estudios Interdisciplinarios. Riobamba, Ecuador. (Correo-e: jose.prato@unach.edu.ec) Facultad de Ingeniería, Esc. de Ingeniería Química. Universidad de Los Andes.

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Nota importante:
La información contenida en este registro es de entera responsabilidad de la institución que gestiona el repositorio institucional donde esta contenido este documento o set de datos. El CONCYTEC no se hace responsable por los contenidos (publicaciones y/o datos) accesibles a través del Repositorio Nacional Digital de Ciencia, Tecnología e Innovación de Acceso Abierto (ALICIA).

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