QUITOSANO EN EL TRATAMIENTO DE AGUASPor: Vctor ngel Ramrez Galvis y Juan David Giraldo Pedraza

INTRODUCCIN

El proceso de Coagulacin y Floculacines frecuente en el tratamientoprimario de aguas residuales domesticas e industriales. Los productos qumicos utilizados en estos procesos son dispersados y destabilizan las partculas coloidales, conduciendo a la formacin de un microfloc, los cuales se aglomeran entre si formando una partcula mayor la cual es retirada posteriormente del agua por medio de procesos de sedimentacin, flotacin y filtracin.

Figura 1. Proceso bsico de floculacin y coagulacin del agua.Los coagulantes y floculantes ms empleados en la actualidad son los inorgnicos, principalmente el cloruro frrico y el sulfato de aluminio debido a su fcil manejo y obtencin, as como a su bajo costo. Sin embargo, el empleo de estos producto tiene una serie de desventajas como la produccin de grandes cantidades de sedimentos o lodos txicos, el aumento del porcentaje de aluminio en las aguas de vertimiento, la poca eficiencia de la coagulacin en aguas fras y aunque no est comprobado de manera definitiva, se ha encontrado que el uso de sulfato de aluminio puede causar a largo plazo enfermedades como Alzheimer y problemas renales a la poblacin que consumen estas aguas [1].Por estas razones, la utilizacin de biopolmeros en el tratamiento de aguas puede ser de gran inters, ya que son productos naturales de bajo costo, que se caracterizan por ser amigables con el medio ambiente. Entre estos biopolmeros, el Quitosano puede ser considerado como de los ms prometedores en su utilizacin del proceso de coagulacin y floculacin de partculas coloidales.PORQUE EMPLEAR BIOPOLMEROS?En comparacin con los coagulantes y floculantes inorgnicos, los biopolmeros tienen las siguientes ventajas: Menores requerimientos de producto por volumen de agua tratada. Mayor separacin entre las fases, debido al mayor tamao de las partculas aglomeradas. Eficiencia de la separacin a bajas temperaturas. Un menor volumen de lodos o sedimentos. Un mayor aumento de la carga inica del agua. Es un proceso menos dependiente del pH del agua. Generan una reduccin del aluminio en el agua.

Tambin es conocido que los productos a base de biopolmeros permiten una mayor decantacin y mayor resistencia de floc.

Aunque los polmeros sintticos tambin son empleados en procesos de floculacin y coagulacin en aguas, estos tienen desventajas como su alto costo y los residuos txicos que se pueden generar en el proceso [2]. Estos residuos usualmente son generados por monmeros que quedan sin reaccionar, residuos en la produccin del polmero o subproductos de la reaccin del polmero en el agua. La mayora de estos polmeros comerciales son derivados del petrleo basados en transformaciones qumicas poco amigables con el medio ambiente.

Recientemente numerosos productos biolgicos han sido propuestos y estudiados para sustituir los productos convencionales. A estos productos se les ha llamado Biofloculantes (Almidones, quitosano, alginatos). A comparacin con los floculantes qumicos convencionales, los Biofloculantes son polmeros biodegradables y seguros, y no producen algn tipo de contaminacin secundaria. Por lo cual son ideales para el tratamiento de aguas e incluso estos pueden ser empleados en procesos de alimentos y fermentaciones.EL QUITOSANO COMO BIOFLOCULANTE

Como es ya conocido el quitosano es un copolmero compuesto de unidades de N-acetil-D-glucosamina y D-glucosamina. El quitosano tiene propiedades nicas como biopolmero especialmente debido a la presencia de grupos aminos primarios y es un compuesto de inters debido a su alto contenido de nitrgeno en comparacin con la celulosa.

De sus aplicaciones actuales, el quitosano tambin es ampliamente empleado en el tratamiento de aguas. El quitosano posee varias caractersticas intrnsecas que lo convierten en un coagulante y floculante eficiente para la remocin de contaminantes en formacin de solucin, entre estas podemos encontrar su alta densidad de cargas catinica, largas cadenas polimricas, puentes agregados, su capacidad de precipitacin (en condiciones alcalinas o de pH neutro) y su capacidad de quelacin. Sin embargo, el uso del quitosano como coagulante y floculante tambin tiene una serie desventajas como son su limitado rango de pH, cuando se adiciona en exceso puede generar un desequilibrio en la solucin coloidal; la fuente de origen del quitosano, su heterogeneidad, as como su grado de desacetilacin (DD) pueden afectar las propiedades fisicoqumicas y la estandarizacin del proceso a nivel industrial.

Al momento de disear un proceso experimental en donde se emplee el quitosano como coagulante y floculante se deben tener en cuenta como principal factor del producto su solubilidad, ya que es un parmetro difcil de controlar y que afecta de manera significativa la remocin de las impurezas del agua. El quitosano es un copolmero lineal hidrfilo con una estructura rgida que contiene glucosamina yunidades deacetilglucosamina. Es insoluble en agua o en disolventes orgnicos. Sin embargo, al diluirlo en cidos orgnicos como el cido actico, acido frmico y cidos inorgnicos (Con la gran excepcin del cido sulfrico), los grupos aminos libres se protonan y el biopolmero se vuelve totalmente en soluble. El pKa de los grupos amino de la glucosamina es alrededor de 6.3 y en medio acido con un pH inferior a 5, el quitosano se convierte en un polmero catinico soluble con alta densidad de carga.

Lo anterior significa que al protonar los grupos amino de la cadena polimrica del quitosano, se facilita las interacciones electroestticas entre las cadenas del polmero y los contaminantes que tienen carga negativa (Aniones de metales, colorantes, compuestos orgnicos, etc.) lo cual permite la formacin del microfloc.

Sin embargo, la solubilidad depender de varios parmetros, tales como el DD y Mw del polmero, la distribucin de los grupos acetilo a lo largo de la cadena macromolecular, el tipo y la concentracin del cido para la disolucin del polmero, la concentracin del polmero y la fuerza inica. Se debe prestar mucha atencin al DD debido a que este afecta directamente el pKa aparente y por lo tanto la carga, la viscosidad y la solubilidad. Otros parmetros en el diseo de un proceso experimental de coagulacin y floculacin con quitosano se relacionan con las propiedades intrnsecas fsicas y qumicas de las macromolculas (es decir, la cristalinidad, pureza, hidrofilia, la densidad de carga). Todas estas caractersticas pueden afectar el rendimiento del quitosano.

BIBLIOGRAFIA[1] STAUBER, J.; FLORENCE, L; DAVIES, C.; ADAMS, M. BUCHANAN, S. (1999). Bioavailability of alin alum treatment drinking water. J. AmericanWaterWorks Assoc. 91: 84-93.

[2] BOLTO B, GREGORY J. Organic polyelectrolytes in water treatment.Water Res 2007;41:230124.