DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE COAGULANTES DE …
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1 DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE COAGULANTES DE ORIGEN NATURAL PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE UNA UNIDAD DE PRODUCCIÓN MINERA EN LA VEREDA EL TAMBORAL EN EL MUNICIPIO DE SUAREZ – CAUCA ÁNGELA MARÍA PERDOMO CHAVARRO CORPORACIÓN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DEL CAUCA CIENCIAS AMBIENTALES Y DESARROLLO SOSTENIBLE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA 2018
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DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE COAGULANTES DE ORIGEN
NATURAL PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE UNA
UNIDAD DE PRODUCCIÓN MINERA EN LA VEREDA EL TAMBORAL EN EL
MUNICIPIO DE SUAREZ – CAUCA
ÁNGELA MARÍA PERDOMO CHAVARRO
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DEL CAUCA
CIENCIAS AMBIENTALES Y DESARROLLO SOSTENIBLE
INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
2018
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DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE COAGULANTES DE ORIGEN
NATURAL PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE UNA
UNIDAD DE PRODUCCIÓN MINERA EN LA VEREDA EL TAMBORAL EN EL
MUNICIPIO DE SUAREZ – CAUCA
ÁNGELA MARÍA PERDOMO CHAVARRO
Trabajo de grado para optar el título de ingeniería ambiental y sanitaria
Director
MSc.
CARLOS MIGUEL TORRADO CUELLAR
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DEL CAUCA
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES Y DE DESARROLLO SOSTENIBLE.
INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
2018
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NOTA DE ACEPTACIÓN
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Firma del presidente del jurado
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Firma del jurado
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Firma del jurado
Popayán, junio de 2018
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DEDICATORIA
A Dios, el autor de unos padres maravillosos que con su bendición lograron
inculcarme los valores más importantes para ser una buena cristiana.
A mi madre Dolly Maritza Chavarro Laverde por ser mi compañera, voz de
conciencia y guía en la vida. A mi padre Celiano Perdomo Camero, por inculcarme
el amor y la importancia de la educación. A ustedes gracias por su lucha, tenacidad
y esfuerzos. Cada uno de mis logros les pertenece.
A Natividad Laverde de Chavarro, quien siempre creyó en mí, incluso más que yo
misma. Por su inmenso amor, su ejemplo, su compañía y su inagotable fe. A mi
querido abuelo Luis Felipe Chavarro, por ser ejemplo de rectitud y templanza.
Gracias abuelitos y padrinos a ustedes les debo y les agradezco la mejor herencia
que me pudieron dejar. El amor a Paicol, a la unión familiar y a siempre tratar de ser
la mejor versión.
A mis hermanas Daniela y Laura. Gracias a ustedes he aprendido la tolerancia y
entendí un amor que sobre pasa el sí mismo. A Mariangel, mi hermana chiquita por
llenar con ternura e inteligencia mi vida.
5
AGRADECIMIENTO
En primera instancia agradezco a mi director de tesis al magíster Carlos Miguel
Torrado Cuellar, su apoyo fue fundamental para la realización de este trabajo
investigativo. Su capacidad propositiva, es reflejo de los resultados obtenidos.
Gracias profesor, sin duda sus enseñanzas siempre perduraran en mí, Dios lo
acompañe siempre.
A la Magíster Natalia Samboni Ruiz, infinitas gracias por estar siempre involucrada
en este proceso. Sus aportaciones profesionales y personales fueron una
motivación continua. Profesora Natalia, es usted una persona de una calidad
humana excepcional. Que mi Dios es su infinito amor siempre este en su camino,
permitiendo sea usted feliz.
Al Ing. Ronald Cerón, usted me enseño el significado de la palabra mérito. Gracias
Ingeniero, usted sabe que le debo mucho. A los profesores que, de alguna forma a
través de mi proceso profesional formativo, calaron con enseñanzas no solo
académicas. Juliana Vidal, Francisco Idrobo, y Victoria Galvis.
A la Corporación Universitaria Autónoma del Cauca, el lugar que me permitió ser
profesional. A sus directivas y planta de personal. Pero en especial a nuestra
querida Aleja Hoyos quien siempre me recibió en la facultad de Ciencias
Ambientales y Desarrollo Sostenible con amabilidad, disposición, respeto y
comprensión.
Para terminar, no podría dejar de mencionar a la gran educadora Margarita Escobar
de Vergara. Profesora usted me enseño las cosas más valiosas. La gratitud, el
sentido de pertenencia y la pasión por lo que se hace. A usted todo mi cariño y
respeto.
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CONTENIDO
RESUMEN ............................................................................................................. 13
ABSTRACT ............................................................................................................ 15
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 17
1. CAPITULO I PROBLEMA ............................................................................... 20
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 20
1.2 JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 21
1.3 OBJETIVOS ..................................................................................................... 23
1.3.1 Objetivo general .......................................................................................................... 23
1.3.2 Objetivos específicos .................................................................................................. 23
2. CAPITULO II REFERENTES CONCEPTUALES ............................................ 24
2.1 ZONA DE ESTUDIO ........................................................................................ 24
2.1.1 Localización municipio de suárez................................................................................ 24
2.1.2 Micro localización unidad de producción minera ........................................................ 27
2.2 ANTECEDENTES ............................................................................................ 29
2.2.1 Coagulantes Naturales ................................................................................................ 31
2.2.2 Minería ......................................................................................................................... 36
2.2.3 Coagulación ................................................................................................................. 45
2.2.4 Floculación .................................................................................................................. 46
2.2.5 Prueba de Jarras “Jar-test” ......................................................................................... 47
2.3 BASES LEGALES ............................................................................................ 48
3. CAPITULO III METODOLOGÍA ...................................................................... 49
3.1 FASE I PREPARACIÓN DE LOS COAGULANTES ......................................... 49
3.1.1 Paso 1 – Pulverización de las semillas ....................................................................... 49
3.1.2 Paso 2 – Extracción de Grasas y Aceites ................................................................... 50
3.1.3 Paso 3 – Extracción del Coagulante ........................................................................... 50
3.2 FASE II TOMA DE MUESTRAS Y CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE ...... 51
3.3 FASE III PRUEBA DE JARRAS “JAR TEST” ................................................... 54
7
3.3.1 Etapa I prueba preliminar ............................................................................................ 54
3.3.2 Etapa II parámetros óptimos del coagulante ............................................................... 55
4. CAPITULO IV RESULTADOS Y ANÁLISIS .................................................... 57
4.1 EVALUACIÓN DEL AGUA RESIDUAL MINERA – LA PEÑA TAMBORAL
SUÁREZ. ..................................................................................................................... 57
4.1.1 Temperatura y oxígeno disuelto .................................................................................. 59
4.1.2 Conductividad eléctrica ............................................................................................... 61
4.1.3 Turbiedad y solidos suspendidos totales .................................................................... 63
4.1.4 Demanda química de oxigeno (DQO) y demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) .... 65
4.1.5 Mercurio (Hg) ............................................................................................................... 67
4.2 TEST DE JARRAS PRELIMINAR .................................................................... 68
4.3 PARÁMETROS ÓPTIMOS DEL COAGULANTE .............................................. 70
4.3.1 Volumen optimo........................................................................................................... 70
4.3.2 Concentración optima ................................................................................................. 73
4.3.3 Tiempo mezcla rápida optima ..................................................................................... 75
4.3.4 Tiempo de mezcla lenta .............................................................................................. 76
4.4 MUESTRA BLANCO ........................................................................................ 77
4.5 COSTOS COAGULANTE MORINGA OLEÍFERA ............................................ 80
5. CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................. 81
5.1 CONCLUSIONES ............................................................................................. 81
5.2 RECOMENDACIONES .................................................................................... 82
6. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 85
7. ANEXOS ......................................................................................................... 89
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LISTA DE MAPAS
Mapa 1. Municipio de Suárez – Departamento del Cauca, Colombia. ................... 24
Mapa 2. Político municipio Suárez Cauca. Corregimientos y veredas. .................. 28
Mapa 3. Localización entable minero La Peña ...................................................... 29
Mapa 6. Proceso de extracción del coagulante MO ............................................... 51
9
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Principales usos de la Moringa Oleífera................................................... 34
Tabla 2. Descripción operacional de una mina subterránea .................................. 39
Tabla 3. Marco normativo. ..................................................................................... 48
Tabla 4. Parámetros que evaluar, métodos y tipos de muestreo. Agua residual
entable minero. ...................................................................................................... 52
Tabla 5. Variación de elementos óptimos de la prueba de jarras .......................... 55
Tabla 6. Resultados de los parámetros del agua residual minera entable La Peña
............................................................................................................................... 58
Tabla 7. Rangos de concentración de oxígeno disuelto ........................................ 60
Tabla 8. Prueba preliminar test de jarras y SST .................................................... 69
Tabla 9. Prueba preliminar test de jarras y turbiedad ............................................ 69
Tabla 10. Parámetros no variados de la prueba de jarras y valores iniciales. ....... 71
Tabla 11. Resultados y % de remoción de turbiedad, color y mercurio ................. 72
Tabla 12. Resultados y % de remoción de turbiedad, color y mercurio ................. 74
Tabla 13. Resultados y % de remoción de turbiedad, color y mercurio ................. 76
Tabla 14. Resultados y % de remoción de turbiedad, color y mercurio ................. 77
Tabla 15. Resultado blanco ................................................................................... 78
tabla 16. Costos proceso 20 L de coagulante MO en una concentración 1%. ....... 80
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LISTA DE GRÁFICOS
Grafica 1. Variación temperatura y oxígeno ........................................................... 61
Grafica 2. Variación temperatura y conductividad eléctrica ................................... 62
Grafica 3. SST y Conductividad eléctrica ............................................................... 63
Grafica 4. Variación turbiedad y SST ..................................................................... 64
Grafica 5. Demanda química de oxígeno y limite permisible de temperatura ........ 65
Grafica 6. Demanda bioquímica de oxigeno .......................................................... 66
Grafica 7. Relación DQO Y DBO5 .......................................................................... 67
Grafica 8. Mercurio presente en el entable La Peña .............................................. 68
Grafica 9. Resultados turbiedad prueba preliminar coagulantes naturales. ........... 70
Grafica 10. Comparación turbiedad y color de la prueba volumen óptimo. ............ 73
Grafica 11. Mercurio y Limite permisible ................................................................ 75
Grafica 12. Resultados color .................................................................................. 78
Grafica 13. Resultado turbiedad ............................................................................ 79
Grafica 14. Resultado mercurio y limite permisible ................................................ 79
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LISTA DE ANEXOS
Anexos 1. Medición de parámetros para la unidad de producción minera la peña 89
Anexos 2. Registro fotográfico ............................................................................... 91
Anexos 3. Parámetros fisicoquímicos analizados en el laboratorio de aguas y
alimentos ............................................................................................................... 95
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LISTA DE IMÁGENES
Imagen 1. Árbol y semillas de Cassia Fistula ........................................................ 35
Imagen 2. Árbol y semillas Guásuma Ulmifolia ...................................................... 36
Imagen 3. Planta de beneficio de oro de Filón ....................................................... 43
Imagen 4. Distribución zonas operacionales Entable La Peña .............................. 45
Imagen 5. Punto de recolección de vertimientos de agua residual entable La Peña
............................................................................................................................... 53
Imagen 6. Zona de producción entabla La Peña ................................................... 91
Imagen 7. Tanques de sedimentación entable La Peña – vista horizontal ............ 92
Imagen 8. Tanques de sedimentación vista vertical .............................................. 92
Imagen 9. Preparación de los coagulantes naturales. ........................................... 93
Imagen 10. Preparación coagulante moringa en diversas concentraciones .......... 93
Imagen 11. Muestras para enviar a laboratorio de agua residual tratada con
coagulante MO en diversas concentraciones ........................................................ 94
Imagen 12. Determinación del parámetro de color – Laboratorio Corporación
Universitaria Autónoma del Cauca. ........................................................................ 94
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RESUMEN
En esta investigación se estudió la eficiencia de las semillas de Moringa Oleífera
(MO), Cassia Fistula y Guásuma Ulmifolia. Estas presentan un potencial para los
procesos de coagulación y floculación utilizando un método de extracción etanoica,
con una posterior homogenización proteica con agua destilada e hidróxido de sodio
(NaCl); que se probó en aguas residuales de la unidad de producción minera entable
La Peña, en el municipio de Suárez Cauca.
Se baso en la utilización del equipo de prueba de jarras a escala de laboratorio para
realizar los estudios de coagulación y floculación. Este proceso se dividió en dos
partes. Una prueba preliminar donde se pone aprueba el comportamiento en
porcentajes de remoción de turbiedad, y solidos suspendidos totales de las semillas
de Cassia Fistula, Guásuma Ulmifolia y MO. Posteriormente se seleccionó la que
presentaba mejores condiciones y se procedió a realizar una serie de pruebas
donde se buscó obtener la dosis optima del coagulante.
El coagulante extraído de las semillas de MO se probó con agua residual minera del
entable La Peña. En este entable se realizó tres visitas donde se procedió a obtener
muestras de agua residual, en diferentes niveles de producción. Se determinaron
los siguientes parámetros de muestras puntuales. Caudal, pH, temperatura,
oxígeno disuelto, conductividad eléctrica y turbiedad. Adicionalmente se realizó la
recolección de muestras compuestas, que fueron enviadas al laboratorio de análisis
de aguas y alimentos de la ciudad de Pereira. De esa forma se establecieron los
parámetros de DBO, SST, mercurio y DQO.
Los resultados preliminares demostraron que en comparación a la remoción de
turbiedad y SST de las semillas de Guásuma Ulmifolia y Cassia Fistula. La MO
demostraba mayor eficiencia con porcentajes de remoción de 89% turbiedad y 96%
en SST.
14
La dosis optima encontrada fijo un volumen de 2 ml a un porcentaje de
concentración al 1% del coagulante MO. Las demás disposiciones varias fueron el
tiempo de mezcla rápida óptimo de 75 segundos. El tiempo de mezcla lenta optimo
20 minutos. En términos de sedimentación no se varió y se estableció 20 minutos.
Los resultados de esta prueba determinaron una eficiencia total en remoción de
turbiedad de 96%, color 95.1% y remoción de mercurio 99.96%. Este último
parámetro cumpliendo incluso con la normativa 0631 de 2015.
Con base en los ensayos de jarras realizados en el laboratorio, se concluye que al
implementar la semilla MO utilizada como coagulante natural, sería una alternativa
que brindaría beneficios importantes a una problemática macro ambiental, social y
cultural. Se comprueba además su implementación como un método efectivo y de
fácil manejo.
PALABRAS CLAVES: Moringa oleífera; Coagulación-Floculación; Tratamiento de
agua residual; unidad de producción minera.
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ABSTRACT
In this research, the efficiency of seeds with potential for coagulation and flocculation
processes was studied using a method of extracting fats and oils with ethanol and a
homogenization of the seed protein with a mixture of distilled water and NaCl. For
the treatment of wastewater from a mining production unit in Suárez Cauca.
It was based on the use of laboratory-scale jar test equipment to carry out
coagulation and flocculation studies. This process was divided into two parts. A
preliminary test where the behavior is approved in percentages of removal of
turbidity, and suspended solids total the seeds of Cassia Fistula, Guazuma Ulmifolia
and Moringa Oleifera. Subsequently, the one with the best conditions was selected
and a series of tests were carried out in order to obtain the optimum dose of the
coagulant.
Prior to the jar test process, three visits were made to him in La Peña in the Tamboral
village in the municipality of Suárez Cauca. Where a sample of mining wastewater
was taken and the parameters of the minimum, medium and low production levels
were determined. Flow, pH, temperature, dissolved oxygen, electrical conductivity
and turbidity were determined. Additionally, the collection of composite samples was
carried out, which were sent to the laboratory of water and food analysis of the city
of Pereira. In this way, the DBO, SST, mercury and DQO parameters were
determined.
Preliminary results showed that the Moringa Oleifera seed showed greater efficiency
with percentages of removal of 89% turbidity and 96% in SST. In this way it was
determined to perform an optimal dose test on the seed of OM.
16
The optimal dose was of volume of 2 ml at a percentage of concentration to 1% of
the coagulant MO. The other various arrangements were the optimal fast mixing time
of 75 seconds. Optimal slow mixing time 20 minutes. In terms of sedimentation it
was not varied and was established 20 minutes. The results of this test determined
a total efficiency in removal of turbidity of 96%, color 95.1% and removal of mercury
99.96%. This last parameter even complying with the norm 0631 of 2015.
Based on the trials of jars made in the laboratory, it is concluded that by
implementing the Moringa oleifera seed used as a natural coagulant, it would be an
alternative that would provide important benefits to a macro problem. Its
implementation is also determined as an effective and easy to use method.
KEY WORDS: Moringa oleifera ; Coagulation-Flocculation; Wastewater treatment;
mining production unit.
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INTRODUCCIÓN
El agua es el compuesto más importante para la vida, está presente en todos los
procesos biológicos. Sus aplicaciones son diversas y amplias. Son necesarias para
los procesos industriales, agrícolas y de carácter urbano. De esa manera es
fundamental para el desarrollo social, económico y sanitario de cualquier población.
Razón por la cual es un factor de interés mundial a monitorear, controlar y
potencializar en sus diferentes usos (Hernàndez B, 2013). El tratamiento de aguas
residuales ha llegado a ser un mecanismo fundamental en los procesos mineros del
mundo. El suministro de agua, la escasez y las restricciones normativas, son un
indicativo de la importancia actual y de una necesidad de cambiar la visión del
manejo global de aguas en la minería (Montenegro M, 2000).
En Colombia el agua que se destinó a la actividad minera de oro de filón para el año
2014 fue de 1.8% del total porcentual de las fuentes hídricas. En la extracción de
oro de filón se utiliza principalmente el mercurio y el cianuro durante el proceso de
beneficio o proceso de extracción del oro adherido al mineral. Aunque en Colombia
a partir de la aprobación del convenio de Minamata para la regulación del mercurio,
desarrollado por las Naciones Unidas para el medio ambiente (PNUMA), busca
regular su implementación considerablemente. Aunque se efectúan esfuerzo como
el proyecto anterior, la Unidad de Protección Minera y Energética (UPME), estima
que entran 50 toneladas de mercurio al país cada año de forma ilegal con destinos
a actividades de extracción minera (UPME, 2016).
Actualmente en departamentos como Choco, el bajo Antioquia y en partes del
Cauca existen zonas donde el agua tiene concentraciones altas de mercurio,
inhabilitando su utilización para riego, consumo humano y para actividades como la
piscicultura. Esta última actividad es significativa debido a que al pescar y encontrar
trazas de mercurio se incurriría en una problemática de salud pública
(ESPECTADOR, 2017).
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Los procesos fisicoquímicos actúan de manera importante en el tratamiento de
aguas residuales. La coagulación se describe como el proceso de desestabilización
de impurezas coloidales, partículas suspendidas y disueltas. Generando flóculos
más grandes, pesados y fácilmente sedimentable. Sus parámetros estratégicos de
eficiencia más importantes son la turbiedad y el color. Su prueba como tal
dependerá de factores físicos como el tiempo y la velocidad de mezcla rápida y
lenta, la sedimentación y por supuesto el volumen y la concentración del coagulante
(Gao, 2002).
Por las anteriores disposiciones se hace necesario la investigación de evaluaciones
de coagulantes y floculantes más efectivos en relación con costos y beneficios, para
la remoción de las altas cargas contaminantes que poseen las unidades de
producción minera en su proceso de beneficio. De esta forma se requieren métodos
seguros, menos perjudiciales y ambientalmente inocuos para mejorar la calidad de
estas aguas y disminuir el volumen contaminante de sus vertidos (Braatz, 2004).
Con la finalidad de sustituir total o parcialmente las sales de hierro, aluminio y los
polímeros orgánicos sintéticos. Finalmente, los coagulantes y floculantes naturales
constituyen una alternativa viable ya que tienen ventajas demostrada en las
temáticas de biodegradación, baja toxicidad y baja tasa de producción de lodos
(Morales, 2004).
Las semillas de MO, Cassia Fistula y Guásuma Ulmifolia, han sido ampliamente
objetos de estudio por sus condiciones de coagulante en diversos tratamientos de
aguas. Sin embargo, se encuentran muy pocos estudios enfocados a aguas
residuales con cargas contaminantes altas y menos específicamente al agua
residual de la industria minera (Gao, 2002).
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en los procesos de utilización
previamente de MO, Cassia Fistula y Guásuma Ulmifolia como estudio preliminar
de eficiencia en remoción de turbiedad y SST. De esa manera se busca obtener la
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semilla que presente las mejores condiciones. Al determinar cuál se ajusta más a
un comportamiento positivo de remoción. Finalmente se obtendrán los valores de
parámetros óptimos de la semilla escogida y su adaptación en el proceso de
coagulación y floculación de las aguas residuales de la unidad de producción minera
entable La Peña de la vereda Tamboral en el municipio de Suárez Cauca.
20
1. CAPITULO I PROBLEMA
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En Colombia la minería es un factor estratégico para su desarrollo económico,
aunque es una actividad con reglas claras, pero con ejecuciones en su mayoría
insatisfactorias, arrastra una estela de problemáticas sobre la sociedad, el
ambiente, el bienestar y la salud de las personas (CINEP, 2012). En términos de
calidad de agua sus afectaciones son evidentes ya que, al encontrarse actividad de
extracción minera cerca de cuerpos de agua, los metales llegan a los sedimentos,
a la fauna, flora, y también a personas que consumen productos extraídos o
procesados desde las corrientes o la atmosfera.
La minería aurífera desencadena una problemática en la disminución de la calidad
de los ecosistemas acuáticos, alterando el hábitat de flora y fauna, además por
aumento de la turbidez del agua se afectan directamente los tejidos respiratorios de
peces e insectos. La sedimentación y decantación de arenas, arcillas y limos sobre
los lechos de gravas de los cursos fluviales inhabilitando los frezaderos y lechos de
puesta, también de peces e insectos. La disminución de esta población afecta a su
vez al resto de cadena trófica, constituida por otros peces, aves y mamíferos.
(Duque, Moreno, Nicolau, Sanz & Lucia, 2009).
En el Municipio de Suarez Cauca el 27% de su actividad económica es producto de
minería, siendo la segunda más importante de esta región (Alcaldia Suárez Cauca,
2014).La alta riqueza hídrica de la zona por la presencia de los Rio Cauca, Ovejas,
Maripolito, Damián y fuentes secundarias como quebradas que posteriormente son
utilizadas para la potabilización, procesos agrícolas, ganaderos, piscícolas
recreativos y demás utilizaciones hacen de la temática de vertimientos directamente
al afluente un foco de gran relevancia debido a las aguas residuales producto de
una actividad minera.
21
En Suarez, el vertimiento de aguas residuales sobre las quebradas ocasiona
fenómenos caracterizados por alteraciones en el color dándole un aspecto de
turbidez. Además, los metales pesados como plomo, mercurio, cadmio, cobre,
arsénico, cromo entre otros son sustancias tóxicas y no biodegradables que
presentan una alta resistencia y tienden a acumularse en los organismos vivos,
provocando trastornos y en ocasiones la muerte (Duque, Moreno, Nicolau, Sanz &
Lucia, 2009). Por tal motivo es importante evaluar una alternativa que permita
eliminar los niveles altos de solidos suspendidos totales, la turbiedad y las
concentraciones de mercurio que se encuentran presentes en el agua residual de
la industria de minería de oro de filón, como elección viable en el tratamiento de los
vertimientos producidos que permita prevenir la contaminación de los cuerpos de
agua y de todo el ecosistema.
1.2 JUSTIFICACIÓN
El agua es un componente vital que participa en prácticamente todos los procesos
biológicos y es soporte de la vida de muchos organismos. El hombre utiliza las
aguas naturales en multitud de aplicaciones, de carácter urbano, industriales y
agrícolas. De esta forma su calidad es un factor de interés mundial a controlar y
potenciar en los diferentes usos (Hernández, 2005).
El área del municipio de Suárez Cauca presenta uno de los mayores desarrollos
mineros del departamento y muestra el mayor potencial de recursos en la zona
donde se explotan diversos minerales como oro, arena, carbón y arcillas. La
extracción se realiza a cielo abierto y subterránea, en pequeños entables ubicados
a lo largo del trayecto del rio Cauca. Las aguas residuales producto de la actividad
cargadas con metales pesados, altos niveles de SST y turbiedad son vertidas
directamente a pequeñas corrientes de agua que tienen como destino final el rio
Cauca. Esta labor tiene como procedencia unas temáticas de tipo histórico, cultural
22
y económico influyendo su desarrollo a riveras del rio cauca (Alcaldía Suárez Cauca,
2014).
Actualmente dentro del diagnóstico ambiental del Municipio de Suárez Cauca se
encuentra plasmado como punto prioritario en las alternativas de solución la
implementación de alternativas a bajo costo para la remoción de partículas
suspendidas y coloidales (Cauca, Corporación Autónoma Regional del, 2016).
Estudios previos (Shan, Matar, Makky & Ali, 2016) (Katayon, 2006) (Aboulhassana
M, 2006) apuestan en la implementación de coagulantes como las semillas de MO
cuyos resultados en la implementación para agua potable en diversos estudios es
altamente satisfactoria. Generando de esta manera opciones viables, para cumplir
con la resolución No. 0631 del Ministerio de Ambiente y desarrollo sostenible por la
cual se establecen los parámetros y valores límites máximos permisibles en
vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de
disposición (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2014).
Los coagulantes de origen natural son conocidos por ser una alternativa mucho más
económica, en comparación a los coagulantes de origen químico. Dejando una
alternativa ecológica, económica, viable e innovadora, ya que se aprovecha de unos
recursos naturales inofensivos. Además, no se conocen estudios concretos de
coagulantes naturales, aplicados específicamente en las aguas residuales de la
industria minera (Ramirez A, 2015).
La materia prima propuesta para el tratamiento del agua se extrae de la naturaleza
sin ningún proceso invasivo; de esta manera se rompe el paradigma de la
exclusividad de los productos químicos industriales tales como el sulfato de aluminio
y el sulfato férrico para tratar el agua y se abre la posibilidad a nuevas tecnologías
a bajo costo, inocuas para la salud humana y respetuosa con el medio ambiente
(Castañeda, 2015).
23
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general
Determinar la eficiencia de coagulantes de origen natural para el tratamiento de las
aguas residuales de la unidad de producción minera en la vereda el Tamboral en el
Municipio de Suarez – Cauca.
1.3.2 Objetivos específicos
• Comparar la eficiencia de coagulantes naturales producidos a partir de las
semillas Moringa oleífera, Cassia fistula, Guásuma Ulmifolia en términos de
remoción de Turbiedad y solidos suspendidos totales.
• Establecer las condiciones óptimas del proceso de coagulación/floculación de
la semilla que presente las mejores condiciones como coagulante natural.
• Evaluar la eficacia del coagulante natural aplicado al agua residual minera
utilizando los parámetros fisicoquímicos descritos en la metodología.
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2. CAPITULO II REFERENTES CONCEPTUALES
2.1 ZONA DE ESTUDIO
2.1.1 localización municipio de Suárez
El municipio de Suárez se localiza al Noroccidente del Cauca, Limita al norte y
oriente con el municipio de Buenos Aires, al suroriente y al sur con el municipio de
Morales y al occidente con López de Micay, como se presenta en el mapa 1. Tiene
una extensión 389.87 kilómetro km2. Aunque solo de ese total el 3.57 km2
corresponde a la parte urbana (Alcaldía Suárez Cauca, 2014).
Las zonas más representativas de extracción de oro de filón y aluvión se encuentran
en la cuenca y microcuenca del rio Cauca. Los corregimientos donde se explota el
oro específicamente de filón son: Matrecaña, Tamboral, La Toma, Maraveles (CRC,
2014).
Mapa 1. Municipio de Suárez – Departamento del Cauca, Colombia.
Fuente: Alcaldía municipio de Suárez (2014).
25
2.1.1.1 Aspectos físicos bióticos: De acuerdo con el diagnostico ambiental del
municipio de Suárez Cauca realizado por la Corporación Autónoma Regional del
Cauca (CRC, 2015) se establecen aspectos de tipo físicos bióticos como:
Relieve: La región minera de Suárez tiene una topografía con pendientes de medias,
moderadas y serranía redondeadas en la parte oriental. A su occidente el relieve es
montañoso, de pendientes fuertes y abruptas. Hacia el norte se pueden encontrar
zonas totalmente planas.
Clima: Esta zona cuenta con un clima templado húmedo tropical, con temporadas
de verano e invierno muy bien definidas. Su precipitación media anual es de 2.600
mm. La altitud está comprendida entre los 1.100 metros y los 2.050 metros
aproximadamente. Con una temperatura media de 19 °C.
Hidrografía: La zona minera de Suarez Cauca está comprendida de sur a norte por
el rio Cauca, donde en su cuenca se encuentra ubicada la represa de la salvajina,
hacia el sector noroccidental y desembocando en el rio cauca se encuentra el rio
ovejas. La cuenca de este rio es de gran importancia por su recepción de
vertimientos y desechos mineros. Los drenajes corren hacia el rio Inguitó que
finalmente drena al rio Cauca.
Cobertura vegetal: Su área está cubierta mayormente por pastos naturales y en
porcentajes menores se encuentra rastrojos, cultivos y bosques permanentes
2.1.1.2 Aspectos Socioeconómicos: El municipio de Suárez conto con un total de
habitantes de 18.550 para el año 2017 según proyecciones estadísticas del DANE.
Repartidas de la siguiente manera 3.043 en la cabecera municipal y 15.507 en la
zona rural. Según el censo nacional del 2005 realizado por el DANE en la zona
minera de los corregimientos de Mindala y la Toma moran alrededor de 5.500
personas (Alcaldia Suárez Cauca, 2014).
26
Actividades Económicas: Se basa fundamentalmente en el sector primario; la
siembra de yuca, caña, café, maíz, frijol, frutales entre otros y minería
principalmente. Aunque La actividad económica de mayor escala es la generación
de energía eléctrica; sin embargo, esta actividad tiene muy poca retribución
económica y de empleo para la región. La agricultura participa en un 52% de la
producción del municipio, seguido de la actividad minera que representa el 27%, el
comercio solo el 3% y el 18% restante es de actividades como piscicultura,
avicultura, ganadería, entre otros. Además, también se tiene la presencia de la
empresa Smurfit Cartón, que practica la actividad forestal.
La mayor parte de mineros estables de la región se encuentran asociados a una
cooperativa de minería del municipio. Ellos son quienes se encargan de gestionar
los insumos (Explosivos). Igualmente realizan seguimiento y acompañamiento a la
obtención de títulos mineros; lo anterior con dificultad ocurre, al no tener títulos
mineros se forman cada vez más minería informal.
Un agravante para la estabilidad de la región es la posible otorgación de títulos a
compañías multinacionales en esta zona que es de minería ancestral, por lo cual
las organizaciones que apoyen a este gremio en compañía de las autoridades
gubernamentales deben liderar procesos de legalización minera comunitaria
(Alcaldia Suárez Cauca, 2014).
2.1.1.3 Aspectos ambientales: Los mayores problemas que genera la explotación
de oro en el distrito de Suárez Cauca tienen repercusiones graves y acumulativas.
Muchos de ellos de carácter permanente. La falta de asistencia técnico,
organización, acompañamiento, socialización, nuevas tecnologías, voluntad de
cambio por parte de las entidades y de la comunidad hacen que se presenten las
siguientes problemáticas. (CRC, 2015).
27
• Aporte de sedimentos
• Vertimiento de sustancias toxicas. Principalmente mercurio a los sistemas
naturales.
• Procesos de deforestación
• Procesos de inestabilidad (hundimiento, deslizamientos, remoción en masa).
Lo anterior trae repercusiones como:
• Acumulación de mercurio en peces y recursos hidrológicos.
• Acumulación de mercurio en comunidades asentadas
• Introducción de mercurio en productos agrícolas y ganaderos
• Aumento en los problemas de salud
• Afectación general del sistema natural regional.
2.1.2 Micro localización unidad de producción minera
El Tamboral, es una vereda que hace parte del corregimiento de Mindalá, esta
pertenece a la jurisdicción del municipio de Suárez Cauca. Se encuentra dentro de
la zona de influencia de la central hidroeléctrica y la represa Salvajina. Esta región
tiene como mayor fuente económica la actividad aurífera. Según estudios realizados
de diagnósticos en la zona (CRC, 2015), en esta vereda se encontraban 37 familias
ubicadas en 35 viviendas. En total el 70% de la economía de la zona está
representada en la extracción de oro. En el mapa 2, se encuentra ubicado Tamboral
como parte del corregimiento de Mindala.
28
Mapa 2. Político municipio Suárez Cauca. Corregimientos y veredas.
Fuente: Alcaldía municipio de Suárez (2014).
El entable La Peña, tiene un área aproximada de 72 m2, se encuentra ubicada en
la vereda Tamboral entre las coordenadas 2°55'21.20"N 76°43'25.00"O. Su
distancia respecto a la represa la Salvajina de forma horizontal es de 0.86
kilómetros. Topografía montañosa, suelos arcillosos y calizos. Se localiza a 7.9
kilómetros de la cabecera municipal de Suárez, aproximadamente a 35 minutos en
carro por vía angosta y camino en tierra. En la figura 3, se aprecia un pequeño
cuerpo de agua que desemboca a la represa la Salvajina. Es en este dónde se
29
realiza la descarga de las aguas residuales producto de la actividad minera. En el
Mapa 3, se encuentra específicamente la localización visual del entable, al lado de
la represa la Salvajina.
Mapa 3. Localización entable minero La Peña
Fuente: Municipio Alcaldía municipal de Suárez (2014); Google (2017).
2.2 ANTECEDENTES
En el tratamiento de aguas residuales de tipo industrial, es habitual someterlas a un
tratamiento fisicoquímico previo a su descarga a la red de alcantarillado o a
receptores. Siendo el más utilizado la coagulación – floculación; las eficiencias de
las operaciones posteriores van a depender del éxito de este proceso (Aguilar, M,
& Saez, J., 2002).
Entable - La Peña
30
Aguilar et al. (2002), determinaron que la utilizacion de coagulantes artificiales
como el sulfato de aluminio, llamado Alumina, producce altos costos con respecto
al tratamiento de los lodos que se generan en la floculacion. Ademas tambien se
generan costos adicionales en la adicion de polimeros con el fin de aumentar el
rendimiento del sulfato de aluminio.
El sulfato de aluminio o cloruro férrico según diversos autores puede tener efectos
adversos en la salud humana (Trejo R, 2004) (Mendoza M, Fernández, et al, 2000)
(Kerry L, 2002), como la relación con la enfermedad de Alzheimer y dependencia
con problemas neurodegenerativas. De esta forma se considera indispensable la
inviestigacion y posterior utilizacion de coagulantes naturales.
La utilizacion de coagulantes naturales en el mundo es común a zonas rurales
donde no se cuenta con tecnologia, recursos para la inversion, gestion y
mantenimiento que requiere un tratamiento de potabilizacion. La implementacion de
esta alternativa consiste en emplear semillas de la zona o de facil acceso que
cuenten con propiedades coagulantes. Estas tendrian comportamientos similares a
los coagulantes sinteticos, aglomerando particulas que se encuentren en
suspensión dentro del agua cruda, facilitando de esa forma una adecuada
sedimientacion y de esa forma reducir niveles de color, tubiedad y solidos
suspendidos totales.
Dentro de las expriencias en la utlizacion de coagulantes de origen natural se
encuentran estudios previos sobre la utilización de MO (Radhakrishnan, 2015)
(Shan,Matar, Makky & Ali, 2016) (Katayon, 2006) (Aboulhassana M, 2006) en
tratamientos de agua residual, su comportamiento como coagulante es positiva en
la remoción de metales pesados, disminución de turbiedad en un 85 -90% y
remoción de color de 94% a 99%. Dentro de la diversa gama de semillas con
propiedades coagulantes se encuentra La Cassia Fistula que representa también
31
una alternativa de coagulante natural según (Guzmàn L, 2015) determino valores
finales de 25 UPC para color y 6 NTU para turbiedad. Además, concluyo que no se
requiere la adición de sustancias químicas para ajustar valores según lo establecido
en la norma colombiana para agua de consumo humano. De igual manera existen
diversas semillas en las que se encuentran propiedades coagulantes como el
Tamarindo (Hernàndez B, 2013) determino en aguas de alta turbiedad niveles de
remoción de 72.54% y 89.09%.
La Guásuma Ulmifolia, es una semilla que ha aportado resultados de 40% y 90%
de remoción de turbiedad y color, en aguas del rio Sinú de Colombia (Rodiño P,
2014). Evidenciando un potencial real en su implementación como alternativa en el
tratamiento de aguas residuales.
En la actualidad son muy pocos los antecedentes relacionados con coagulantes
naturales aplicados a aguas residuales provenientes de unidades de producción
minera. Chu Shan et al. (2016), utiliza la Moringa Oleífera como coagulante natural,
arrojando resultados de una eliminación del 78.1% y 98% de los metales presentes
en muestras de agua altamente contaminada. De mostrando su alta capacidad para
su implementación como alternativa de tratamiento en aguas residuales
industriales.
Paralelamente al origen de la investigación de la eficiencia de coagulantes
naturales, se hace una investigación toxicológica y sus posibles efectos. (Berger M,
1984), donde se concluye que no hay evidencias para dejar de usar semillas como
la Moringa Oleífera en los procesos de tratamiento de agua.
2.2.1 Coagulantes Naturales
Los coagulantes de base natural son líquidos utilizados en las aguas residuales que
presentan una estructura polimérica de polifenoles. Estas estructuras poseen una
alta afinidad por las proteínas, iones metálicos y otras macromoléculas como los
polisacáridos. Estos actúan de forma similar a los coagulantes sintéticos,
32
aglomerando las partículas en suspensión que contiene el agua cruda, facilitando
su sedimentación. Por su origen natural hace su manipulación más segura para las
personas y la biodegradabilidad de los lodos producidos, por no aportar metales.
Estos forman flóculos más consistentes que los coagulantes tradicionales y
permiten no dosificar neutralizantes (Skoronski E, 2014).
Son una fuente alternativa de gran potencial, por lo general su toxicidad es mínima
o nula, en mucho de los casos son productos alimenticios con alto contenido en
carbohidratos y proteínas. Entre el grupo de sustancias conocidas que poseen
propiedades aglomerantes se encuentran algunos compuestos orgánicos de origen
vegetal, los cuales se pueden obtener de tallo o de semillas de una enorme variedad
de plantas como la Moringa oleífera, la Tuna, Cassia Fistula, el Maíz, Guásuma
Ulmifolia entre otros diversos tipos (Hernández B, 2013).
2.2.1.1 Moringa Oleífera (MO): Es un un árbol perteneciente a la familia
Moringaceae, es nativa de Himalaya y en la actualidad se cultiva en todas las
regiones tropicales, subtropicales y semiáridas del mundo (Martin C, 2013).
Además, es un árbol de crecimiento rápido, en el primer año se puede desarrollar
varios metros, hasta tres o cinco en condiciones ideales de cultivo. En su madures
no supera los 10 metros, la copa es poco densa, de forma abierta tipo acacia, el
tronco es más común único que múltiple. Las flores son de color crema y aparecen
principalmente en épocas de sequía. El fruto es una vaina, parecida a una legumbre,
pero de seccion triangular, de unos 30-45 cm de longitud (Benítez Magaña W,
2012).
En la imagen 1. Se identifica la (MO) con sus diversos caracteres. A, hojas grandes,
que pueden alcanzar unos 60 cm de longitud; están divididas en foliolos dispuestos
sobre un raquis. B-D Fruto y semillas. B, fruto, una capsula ligera, leñosa y seca,
que en madures mide de 10 a 30 cm; C, el fruto se abre en 3 partes; D, semillas de
33
1.5-3 cm de diámetro con centro de color café oscuro y 3 alas de color beige (Olson
M, 2011).
Imagen 1. Árbol y semilla de MO
Fuente: Olson M (2011).
Dentro del análisis químico de las semillas de MO presentan polielectrolitos
catiónicos, proteínas, calcio, vitamina A, 17 tipos de aminoácidos, ácido oleico,
acido palmítico, ácido behémico, carbohidratos y fibra. La torta después de la
extracción de grasas y aceites contiene 58.9% de proteína. Su implementación
asume diversas utilidades siendo esta una de las plantas más versátiles y uno de
los proyectos más importantes en la industria comestible, de depuración de aguas,
energética en la creación de biodiesel y forraje para animales (Benitez Magaña W,
2012).
En la tabla 1, se hallan condensados los principales usos de las semillas de MO,
como las practicas comestibles, medicinales y para el tratamiento de agua residual
y potabilización.
34
Tabla 1. Principales usos de la Moringa Oleífera Usos Ambiente
COMESTIBLE
Las semillas también poseen aproximadamente 35-40% de aceite
con características similares a el aceite de oliva debido a su 72%
de presencia en ácido oleico y tocoferoles.
Actualmente se encuentra como una alternativa aliada en la lucha
contra la desnutrición. La FAO promovió un programa para su uso
en poblaciones infantiles con altos índices de desnutrición y
madres gestantes y lactantes.
USO
MEDICINAL
Se utiliza de forma empírica, sin una documentación en la literatura
científica, para prevenir, mitigar o curar más de 300 enfermedades
como: diabetes, hipertensión arterial, trastornos respiratorios entre
otras. Estas prácticas se efectúan en países como Egipto,
Guatemala, Tailandia, Senegal y diversas partes de Asia.
En la investigación farmacológica aún se encuentra en la fase de
desarrollo.
TRATAMIENTOS
DE AGUA
Se pueden emplear en los procesos de tratamiento de agua ya que
presentan grandes concentraciones de proteínas cuyas
propiedades coagulantes la hacen ideal para tratamiento de
turbiedad.
La moringa presenta 17 tipos de aminoácidos. Los que actúan
como agentes coagulantes activo se encuentra los aminoácidos
polares hidrófilos (Acido glutámico, acido aspártico, arginina,
histidina y lisina), que actúan en forma de cadenas polipeptídicas
solubles, que permiten el contacto con las partículas coloidales
presentes en el agua turbia.
Además, presentan sustancias antibióticas debido a tres
compuestos de alta actividad bactericida y fungicida, afectando
especialmente a E. coli, Shigella, Bacillus cereus y Salmonella
typhi, habituales patógenos de las aguas turbias.
Fuente. Adaptada de Navarro P, (2012); Martin C, (2013); Benítez M, (2012).
35
2.2.1.2 Cassia Fistula: Es también conocida en Colombia, México y probablemente
en países de América como el árbol de caña fistula o lluvia de oro. Es originario de
la India, distribuido y cultivado en América tropical y subtropical. Su información
fenológica indica una altura mediana, de copa irregular, amplia y extendida,
mostrando ramas colgantes. Sus hojuelas son de color verde brillante en el haz y
algo más pálidas en el envés. Sus flores son llamativas por su color amarillo-dorado.
Son vistosas, fragantes y agrupadas en racimos terminales colgantes de 25 a 75
cm de largo. (MESOAMERICANA KURÙ, 2012).
Según estudio preliminar se ha encontrado una posición afirmativa como coagulante
natural (Taròn A, 2017). Sin embargo, su aplicación como coagulante en la literatura
y composición aún es insuficiente. En la imagen 2, se puede apreciar el árbol y sus
tonalidades, al igual que las semillas de color café claro.
Imagen 1. Árbol y semillas de Cassia Fistula
Fuente: Kimera Corporation (2011).
2.2.1.3 Guásuma Ulmifolia: Es una especie arbórea que crece de manera silvestre
en las regiones tropicales. Es nativa de América y se adapta a altitudes de 0 a 1500
msnm. Su descripción fenológica deduce un árbol mediano, de hojas alternas
simples de color verde oscuro y rasposas. Su tronco recto, con ramas largas muy
extendidas. Flores pequeñas, con diversas protuberancias de colores morena
oscura hasta negra cuando está en etapa de maduración. Expelen un olor dulce.
36
Sus semillas son abundantes, de menos de 1 mm, duras y redondeadas
(Encyclopedie Methodique, Botanique , s.f.).
Se reporta múltiples usos como fabricación de carbón, se emplea para la
construcción en madera de postes de cercas, construcciones rurales, elaboración
de muebles. Mientras que las hojas y frutos son apetecidos por el ganado. Al
presente es muy utilizada como restauradora en la conservación de suelos, control
de erosiones, estabiliza banco de arenas y mejora la fertilidad del suelo (Herrera A,
2009).
Fuente: El Semillero (2002); CAMPOSEEDS (2008).
2.2.2 Minería
El surgimiento de la minería nace desde la necesidad de materiales adecuados para
el desarrollo de cada civilización. Por esto no se puede desterrar la idea del
surgimiento de los grandes vestigios en la época prehistórica. Sin embargo, es en
el período dorado de la industrialización donde la minería tiene correlación con el
origen del capitalismo. Su desarrollo se centra en la existencia de los recursos
naturales, el conocimiento geológico de tales recursos por cada país, la estabilidad
política que permita la realización de inversiones a largo plazo y por supuesto del
capital para desarrollar dicha actividad (Naciones Unidas, 1986).
Imagen 2. Árbol y semillas Guásuma Ulmifolia
37
Su actividad es especialmente vulnerable a riesgos socioambientales y
socioeconómicos al producir habitualmente impactos que afectan en particular a las
comunidades que habitan el área a explotar. Estos conflictos pueden derivarse por
el uso de los recursos (agua, tierra, aire etc.), a la falta de entendimiento de las
compañías con las comunidades afectadas y del gobierno central a las autoridades
locales (Garcìa E, 2004).
Se compone de varias etapas.
• Yacimiento: Se realiza mediante la prospección y exploración, tiene como
objetivo conocer y definir la extensión, ubicación y valor del mineral.
• Explotación: Es la etapa de actividad de la mina donde existen dos formas
de ejecutarse a cielo abierto y subterránea.
• Cierre y post cierre: Esta etapa tiene un proceso sosegado, por ende, puede
demorar bastante tiempo. Su ejecución va a depender de las leyes y códigos
de cada país siendo definitivo o parcial. Generalmente implica desmontar las
instalaciones de la planta y las entradas de la mina en caso de una actividad
subterránea. Acompañado de reforestación de la zona para restablecer las
condiciones geográficas y medioambientales que concurrían
preliminarmente a su intervención.
2.2.2.1 Minería a pequeña escala: La minería a pequeña escala se les denomina a
las actividades de explotación de recursos con limitaciones de tecnología y
maquinaria. Practicada de formas individuales, grupos o comunidades, donde
usualmente es una acción ilegal artesanal y es considerado el cáncer
socioambiental y socioeconómico de países en vía de desarrollo (Chaparro A,
2000).
Desacuerdo con investigaciones realizadas por la defensoría del pueblo (2010:16),
el 72% de las minas del país corresponden a pequeña minería y dentro de este
38
porcentaje el 66% son ilegales. Debido a estas condiciones se considera esta una
práctica de subsistencia, lo que la hace insegura, poco rentable, no competitiva y
ambientalmente no sostenible. Una de las grandes dificultades para caracterizar la
pequeña minería radica en la falta de parámetros de medición universales para
asignar su escalafón. No obstante en diversos estudios como (Chaparro A, 2000),
(Uràn A, 2013) & (FLACSO, 2013), se describen diversas características que
permiten denominar una minería a pequeña escala, como la intensa utilización de
mano de obra, bajo desarrollo tecnológico, abastecimiento de mercados locales,
amplia gama de productos, deterioro ambiental, alternativas laborales para sectores
afectados por nivel de pobreza, precarias condiciones de seguridad e higiene,
conflictos sociales y legales, bajo costo de producción, variabilidad de volúmenes y
tamaños por mineral (Chaparro A, 2000).
2.2.2.2 Minería Subterránea: La minería subterránea es la acción de explotar
recursos mineros que se desarrollan por debajo de la superficie de un terreno. Se
realiza de esta forma cuando diversos motivos económicos, sociales o ambientales
no posibilitan una extracción a cielo abierto. Para el desarrollo de esta actividad se
hacen necesario la construcción de túneles, pozos, chimeneas, cámaras y galerías.
Existen dos tipos de minas subterráneas esto dependiendo de la posición con
respecto al nivel de profundidad geográfica. La que se encuentra por encima se
denomina minas de montaña y son de fácil acceso, solo necesitan en su diseño
galerías horizontales y su desagüe se realiza por gravedad. El otro tipo de mina
subterránea en su construcción requiere de pozos verticales o inclinados, galerías
y su desagüe se realiza mediante bombas que impulsan el agua desde el interior de
la mina a la superficie. Durante la extracción del mineral se tiene diversas etapas
como lo son: arranque, cargue, transporte, sostenimiento, transporte y descargue
(Chacòn N, 2011).
39
En la tabla 2, se realiza una descripción detallada de todo el proceso de extracción
minera, iniciando desde el arranque hasta el descargue. En esta actividad no se
realiza el procesamiento del mineral.
Tabla 2. Descripción operacional de una mina subterránea
Operación Descripción Imágenes
Arranque
Y
Cargue
• El barreteo es un método
manuela en el que el trabajador
extrae el material con la ayuda
de pico o barreta. La
perforación se realiza a 1m o
1.5 m, distribuidos de acuerdo
con un patrón de trabajo
definido.
• Para cargar el material se
utilizan palas y en la industria
tecnificada vagones.
Sostenimiento
Es la distribución de soportes
que eviten durante las
excavaciones problemas de
derrumbes.
Descargue
Usualmente cuando el mineral
llega a la superficie es
descargado en tolvas donde
serán llevados a sus respectivos
centros de beneficios donde será
procesado.
Fuente: Adaptada de Chacón N (2011)
40
2.2.2.3 Generalidades de la Minería aurífera en Colombia: La minería aurífera se
realiza generalmente de forma artesanal empleando mercurio y cianuro en los
procesos de beneficios, actualmente se involucra aproximadamente 33.0000
personas dentro del territorio nacional que reciben influencias directas e indirectas
asociadas a esta actividad. Donde frecuentemente se ve alterada las regiones
pesqueras. Su proceso general de implementación va a depender de la posición
geográfica, el tipo de material ganga que tenga ese mineral y los recursos
económicos para su desarrollo (CINEP, 2012).
En los yacimientos primarios o de filón utilizados en zonas como Suarez, Guacarí,
Tesalia y Mocoa. Se implementan tecnologías, máquinas y técnicas rudimentarias.
Su procedimiento tiene inicio la llegada del mineral a la planta de beneficio con un
rango granulométrico heterogéneo; este material se apila en patios de
almacenamiento antes de iniciar su proceso de beneficio, que costa de varias
etapas u operaciones (PNUMA, 2012).
• Trituración: El material almacenado es sometido a una reducción de tamaño
mediante la fracturación de rocas cuyos diámetros superan los 3 o 4
pulgadas; esta operación es realizada de una forma manual o triturada por
un molino de martillo, cuyo resultado final son tamaños menores a 12
milímetros.
• Molienda: Es el paso de preparación del mineral en donde se logra el tamaño
requerido para adecuarlas a las siguientes fases del beneficio; esta etapa es
una de las variables relevantes para la mayor o menor recuperación de oro.
Comúnmente es desconocimiento del minero la granulación de los minerales
que procesan, lo cual introduce a errores en la molienda que desencadenan
en pérdidas de oro, aumento de consumo de reactivos, incremento en los
tiempos de proceso y mayor liberación de mercurio al medio ambiente.
41
El equipo más utilizado son los molinos de bolas que son tambores
cilíndricos, forrados por placas de acero endurecido, en su interior una
porción del volumen está cargado por bolas de acero, las cuales sirven como
moledores, otra parte se destina para el agua y el mineral. Se debe agregar
continuamente agua para que mantenga una relación de pulpas. De esta
forma se busca reducir el tañado del mineral procesado en pequeñas
partículas.
• Concentración Gravimétrica: Es un proceso que tiene como base la
reducción al mínimo de los minerales sin interés económico (ganga), que son
aquellos que acompañan el oro. Las herramientas más comunes son bateas
y canalón.
➢ Las bateas: son sencillas pero valiosas, tiene la capacidad de
concentrar los minerales. Permitiendo que con movimientos rotatorios
y de desplazamiento longitudinal, concentrar los minerales pesados;
la efectividad de este mecanismo hace que se pueda concentrar el oro
libre, mercurio y amalgama.
➢ Los canalónes: son elementos de bajo costo, de fácil operación y
fabricación permitiendo a casi todos los entables beneficiar la totalidad
del oro extraído. Este instrumento es un canal fabricado en madera,
laminas o cemento, el cual tiene una malla expandida que permite
realizar golpeas al agua y de esa forma concentrar el mineral. Opera
con pendiente entre 10% y 12%. Cuando se trata de concentrar el oro
libre de grano medio y grueso, este elemento es efectivo. Sin
embargo, deja escapar las partículas finas de oro y los sulfatos
asociados con el oro. Es por esta razón que se hace indispensable un
posterior proceso de cianuración para recuperar lo perdido en los
canalones.
42
• Amalgamación en molinos: en la minería de filón, el oro debe ser liberado en
el momento de la molienda. En este proceso el mercurio se vierte dentro del
tambor y la amalgamación se realiza con molinos de bolas o de martillo. En
este proceso la amalgama es parcialmente recuperada por los métodos
gravimétricos. Sin embargo, otra parte de la amalgama queda retenida en el
recipiente del molino. En este sistema las pérdidas del mercurio son altas.
• Cianuración: Los minerales contaminados con mercurio durante todo el
proceso, son acumulados en tanques y piscinas de sedimentación; luego
estos materiales se llevan a procesos de cianuración.
Se realiza una disolución selectiva de los metales preciosos en soluciones
diluidas de cianuro alcalino; una vez estos metales están en solución, se
procede a su precipitación y luego a la calcinación y fundición.
Este proceso se encuentra de forma esquemático en la imagen 3. Donde se
especifica de forma continua el proceso de una planta de beneficio de oro de filón.
Desde el almacenamiento del mineral, trituración, molienda, concentración
gravimétrica y los dos procesos por cianuración y amalgación con mercurio.
43
Fuente: Adaptado de PNUMA (2012).
2.2.2.4 El mercurio en la minería acuífera: Las pérdidas de mercurio en un entable
de producción minera, en este caso de filón varían según los métodos, protocolo y
maquinaria a utilizar. Las operaciones que conllevan a una pérdida de mercurio en
el sistema se pueden identificar en los procesos de molienda, amalgamación,
tratamientos de amalgamación, cianuración, fundición y refinación de oro. Además
de los derrames voluntarios o involuntarios producto de acciones humanas. Las
Imagen 3. Planta de beneficio de oro de Filón
44
emisiones y liberación de mercurio se desarrollan de tres formas: solidas, liquidas y
gaseosas. En el estado de sólido y líquido, este se presenta conformada con otros
elementos (PNUMA, 2012).
El mercurio presente en las arenas y los lodos está en forma metálica y de
amalgama; cuando el entable no tiene un proceso de cianuración, estos
permanecen al aire libre y allí se forman compuestos de mercurio como el sulfato
de mercurio (HgSO4) y el sulfuro de mercurio (HgS). Cuando existe un proceso de
cianuración, el mercurio es un lixiviado. Aunque al final de proceso las colas
quedan impregnadas de cianuro en estado elemental y complejo como el cianato
de mercurio. En muchos casos son lamentablemente dirigidas a corrientes de agua
(Montenegro M, 2000).
En el mapa 5, se representa un esquema del Entable La Peña con sus diversas
partes operacionales. Se encuentra una zona privada, que es donde están las
instalaciones que utiliza el personal en momentos no laborales. Una zona de
descarga, donde se concentra dodo el mineral extraído de la mina y traído por
caballos. Una zona de molienda donde se ubica en el centro un tanque de agua, en
su alrededor los tambores o molinos de bola y en su contorno unos canalones. Una
zona de cianuración, al lado de esta un tanque de lodos posteriores a la cianuración
y por último unos tanques de sedimentación.
45
Imagen 4. Distribución zonas operacionales Entable La Peña
Fuente. Autor
2.2.3 Coagulación
La coagulación es un proceso de desestabilización química de las partículas
coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados,
por medio de la adición de coagulantes y la aplicación de la energía al mezclar. Los
coagulantes anulan las cargas eléctricas de la superficie de la superficie del coloide
permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando (Acosta Y, 2006).
46
La coagulación a través de las experiencias en el tratamiento de agua se le
considera el más eficaz pero también el que más representa un valor monetario
elevado cuando su ejecución no es la correcta. La dosis del coagulante condiciona
el funcionamiento, es imposible obtener una adecuada clarificación, si el volumen y
concentración del coagulante está mal ajustada (Càrdenas Y, 2000).
Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y poder
formar flóculos son:
a) Sulfato de aluminio
b) Aluminato de sodio
c) Cloruro de aluminio
d) Cloruro férrico
e) Sulfato férrico
f) Sulfato ferroso
g) Polielectrolitos (Ingrediente de la MO).
2.2.4 Floculación
Es el fenómeno por el cual las partículas ya desestabilizadas por la coagulación
chocan unas con otras para formar coágulos mayores que permiten una adecuada
sedimentación posteriormente. Este proceso es favorecido por el mezclado lento
que permite juntar poco a poco los flóculos; un mezclado intenso los rompe y
difícilmente se vuelven a formar en su tamaño. La floculación puede mejorarse si se
adiciona un reactivo floculante. Según su naturaleza, los floculantes pueden ser
inorgánicos y orgánicos. Los inorgánicos (electrolitos) son sales solubles en agua
siendo las más utilizadas las sales de hierro aluminio y sílice. Los floculantes
orgánicos pueden ser naturales (polisacáridos) y sintéticos (polímeros), estos son
muy utilizados en la industria química moderna; son eficaces a bajas
concentraciones (Álvarez E, s.f.).
47
2.2.5 Prueba de Jarras “Jar-test”
La prueba de jarras es la técnica para determinar la dosis optimas de sustancias y
otros parámetros. En ella se tratan de simular los procesos de coagulación,
floculación y sedimentación a escala de laboratorio. En estos procesos interfieren
diversos factores químicos e hidráulicos. Como la concentración del coagulante,
grados de agitación, velocidad y tiempo de sedimentación y de cada uno de los
gradientes de agitación.
Debido a que la prueba de jarras es solo una simulación de procesos, es necesario
mantener las condiciones operacionales que existen en el proceso industrial como
son: gradientes hidráulicos y tiempos en la mezcla lenta y rápida. Punto de
aplicación de los coagulantes, el orden y el tiempo de dosificación (Acosta Y, 2006).
2.2.5.1 Mezcla Rápida: Tiene como objetivo crear la turbulencia o movimiento
necesario en el líquido contenido en la jarra para poner en contacto los coagulantes
con las partículas del agua, para neutralizar sus cargas, desestabilizarlas y hacer
que se aglomeren en un periodo de tiempo más corto. El tiempo va a depender del
coagulante.
2.2.5.2 Mezcla lenta: Generalmente en esta fase no excede los 20 minutos. Si se
hace a tiempos superiores se puede crear calentamiento de la muestra originando
una floculación más eficiente, pero a su vez una sedimentación pobre, ya que ocurre
una liberación de gases disueltos en el agua, formando burbujas que se adhieren a
los flóculos y las hacen flotar.
2.2.5.3 Sedimentación: Es el proceso por el cual el sedimento en movimiento es
depositado. En su mayoría la sedimentación es realizada por efecto de la gravedad
y es básicamente la separación de solidos contenidos en un líquido. Según la
literatura se recomienda 30 minutos de reposo.
48
2.3 BASES LEGALES
En la tabla 3, se condensan las diversas leyes, decretos, resoluciones que
convergen a la temática de aguas residuales industriales, preservación de recursos
naturales, medidas de control para la comercialización de mercurio y otras
disposiciones.
Tabla 3. Marco normativo. NORMA DESCRIPCIÓN DE LA NORMA
Ley 685 del
2001
Código de minas, plantea como objetivos fomentar la explotación técnica y la
explotación de los recursos mineros de propiedad estatal y privada. Determina
además el manejo apropiado de los recursos naturales renovables y ambientales.
Bajo un concepto integral de desarrollo sostenible.
Ley 1658 del
2013
Esta ley tiene como lineamiento proteger y salvaguardar la salud humana y preservar
los recursos naturales renovales y de ambiente. Se establece además la
erradicación del uso de mercurio en la minería y en todo el territorio nacional.
Conpes 2898 de 1997
Instituye estrategias para el fortalecimiento del sector minero de Colombia. Se
definen las perspectivas de la industria minera en Colombia, así como la aprobación
de un plan de acción que incluya estrategias para lograr un desarrollo sostenible en
la industria minera del país.
Decreto 2811 de 1974
Se establece el código nacional de recursos naturales y protección al medio
ambiente.
Decreto 2133 del 2016.
Se instauran las medidas de control, importancia comercialización de mercurio y los
productos que lo contienen.
Resolución
0631 del 2015
El ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo sostenible fija los parámetros y los
limistes máximos permisibles de vertimientos a las aguas superficiales, marinas,
sistemas de alcantarillado público y de suelo.
Fuente: Adaptada del ministerio de ambiente y desarrollo sostenible, (2017).
49
3. CAPITULO III METODOLOGÍA
Para el progreso de esta investigación se subdividieron las actividades en 3 fases
para un apropiado desarrollo y cumplimento de los objetivos propuestos. En una
primera instancia se adelantó un trabajo con 3 tipos de semillas con literatura
favorable donde son coagulantes naturales con alto potencial. Lo anterior con la
finalidad de identificar su viabilidad en % de remoción de solidos suspendidos
totales y turbiedad en vertimientos de aguas residuales producto de una actividad
minera. Finalmente se procedió a desarrollar el resto de la investigación con el mejor
resultante.
3.1 FASE I PREPARACIÓN DE LOS COAGULANTES
La semilla de Cassia Fistula y Guásuma Ulmifolia fueron adquiridas CAMPOSSED
empresa ubicada en la ciudad de Bogotá D.C. La MO fue obtenida en la plantación
raíces Palmira. Todas las semillas se trasladaron al laboratorio debidamente secas,
sin uniformidad de tamaño.
3.1.1 Paso 1 – Pulverización de las semillas
Como primer paso se preparó el polvo de las semillas, utilizando un molino casero
en el caso de la MO, para la Cassia Fistula y la Guásuma Ulmifolia se manipuló con
un mortero en cerámica de laboratorio. De esta manera se pulverizo las semillas
hasta obtener partículas muy finas, de aspecto bastante grasoso y de olor particular
en el caso de la MO. Se recolecto el polvo extraído en bolsas herméticas y
posteriormente fueron depositadas en una bolsa con cierre hermético para evitar la
introducción de microorganismos o impurezas del ambiente.
50
3.1.2 Paso 2 – Extracción de Grasas y Aceites
Se plantea dos métodos por prensado y por disolución en alcohol etílico (C2H6O).
Para la realización del anterior método se utiliza el método de disolución en alcohol
etílico. Se agregó 50 g del polvo de la semilla a 200 ml de alcohol etílico (C2H6O).
Esta solución se removió durante 2 minutos con un agitador magnético a 1300 RPM.
La solución resultante se prenso en tela de muselina, a la torta de semilla residual
se le repite el proceso cinco veces con el fin de extraer la mayor cantidad de aceite.
Posteriormente la torta residual se dejó secar a temperatura ambiente durante 24
horas.
Para la semilla de Cassia Fistula, MO y Guásuma Ulmifolia se le ejecuto el mismo
procedimiento, teniendo en cuenta que sus condiciones son similares y en la
literatura sus procedimientos como coagulante proceden de la misma forma.
3.1.3 Paso 3 – Extracción del Coagulante
Se plantea una solución madre de Cloruro de Sodio (NaCl). De esta forma se
preparó una solución salina donde se agregó 5 Moles de Cloruro de Sodio (NaCl)
(292 g) por litro de agua destilada, posteriormente se removió durante 20 minutos
con un agitador magnético a 200 RPM con el objetivo de una homogenización
optima de la disolución.
Instantáneamente se añadió 50 g del polvo de las semillas en un litro de la solución
madre o salina. Se agito durante 10 minutos con un agitador magnético a 60 RPM.
La solución resultante se filtró o prenso utilizando tela de muselina, Obteniendo
como resultado final la solución madre del extracto de cada semilla como coagulante
con cloruro de sodio (NaCl) al 5 % (Okuda T., 2001).
En el mapa 6, se describe de forma visual el proceso, que se realizó para la
obtención del coagulante de MO. Se hace aclaratorio que este proceso se ejecutó
con las semillas de Cassia Fistula y Guásuma Ulmifolia.
51
Mapa 4. Proceso de extracción del coagulante MO
Fuente: Autor
3.2 FASE II TOMA DE MUESTRAS Y CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE
Se realizo la caracterización del agua residual, con el fin de determinar las
condiciones iniciales de las muestras y de esa forma tener una línea base
comparativa (Mendoza I, 2000), buscando garantizar una representatividad de las
muestras recolectadas.
52
Se tomo según lo expuesto por (Fernández N, 2003), para fines de la investigación
los parámetros de temperatura, turbiedad, demanda química de oxígeno, pH,
solidos disueltos y mercurio. Los anteriores precedentes como índices de calidad
de agua y como variables de control de la investigación. La realización de esta etapa
se desarrolló por medio de los métodos planteados en la tabla 4.
Tabla 4. Parámetros que evaluar, métodos y tipos de muestreo. Agua residual entable minero.
Parámetro
Unidad
Método
Tipo de
muestreo
pH Unidades de pH
pH-metro Multiparamétrico HANNA
HI9828
Simple
Temperatura ºC Medidor Multiparamétrico HANNA HI9828
Conductividad eléctrica
uS/cm
Multiparamétrico HANNA HI9828
Turbiedad
NTU
USEPA 180.1
Turbidímetro portátil 2100Q a
Oxígeno disuelto mg/L Electrodo de membrana
DBO5 mg O2 / L SM; 5210 Test DBO5
Compuesta
SST
mg/L
SM 2540-D TSS a 103 – 105 ºC
Gravimétrico
DQO
mg O2 / L
SM; 5220 C Titulométrico Reflujo
cerrado
Mercurio (Hg)
mg/L
SM: 3112 B Espectrometría de
Absorción Atómica Vapor Frio
Fuente: Autor
La obtención, manipulación y transporte de las muestras se llevó a cabo cumpliendo
los requerimientos, instrucciones y cuidados establecidos según el protocolo de
toma de muestras, transporte y almacenamiento de aguas residuales industriales
del instituto de Hidrología, Meteorología y estudios Ambientales (IDEAM) (Instituto
53
de Hidrología, s.f.). En la imagen 4. Se puede apreciar el lugar donde se efectuó la
toma de las muestras.
Imagen 5. Punto de recolección de vertimientos de agua residual entable La Peña
Las muestras recolectadas fueron tomadas en un periodo de 8 meses en los cuales
se monitoreo el afluente 3 veces teniendo en cuenta unas producciones de
diferentes niveles. Debido a la cantidad de molinos de bolas que se encontraban en
actividades durante cada monitoreo. La toma de caudal y muestras se efectuó de
manera inmediata a la producción del agua residual proveniente de las actividades
de molienda. Lo primero que se realizó fue el aforo del caudal, para este proceso
se utilizó una probeta volumétrica de 1000 ml, un balde y un cronometro. La fórmula
que se utilizó para hallar el caudal esta expresada en la ecuación 1.
V= Volumen (L)
t= Tiempo (s)
𝑄 =𝑉
𝑡 (1)
54
Los resultados se evaluaron teniendo en cuenta la Resolución 0631 del 2015, en
que el ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo sostenible fija los parámetros y
los limistes máximos permisibles de vertimientos a las aguas superficiales, marinas,
sistemas de alcantarillado público y de suelo. Específicamente en el Articulo 10.
Donde se dictan los valores concretamente para la extracción de oro y otros
metales.
3.3 FASE III PRUEBA DE JARRAS “JAR TEST”
La investigación realizada tiene como eje principal la implementación de diferentes
tipos de ensayos en la prueba de jarras. Estos ensayos permitirán realizar una
simulación a escala laboratorio del comportamiento de los coagulantes y floculantes
en el agua residual del entable La Peña. Esta actividad se ejecutó en su totalidad
en el laboratorio de la Corporación Universitaria Autónoma del Cauca.
Esta fase se realizó en 2 etapas:
3.3.1 Etapa I prueba preliminar
El objetivo de la prueba fue determinar cuál coagulante natural tendría más
potencial. Realizando una comparación de remoción de SST y turbiedad a los
coagulantes MO, la Cassia fistula o Guásuma Ulmifolia. En esta sección se hizo el
montaje de una prueba de jarras con cuatro paletas por cada coagulante.
La concentración, tiempo de mezcla rápida y lenta, velocidades y sedimentación se
estandarizaron. Por lo tanto, solo se varió los volúmenes de coagulante en cada
jarra. Dando como resultado 3 montajes diferentes en el floculador. 4 jarras por cada
coagulante solo con variación de volumen. Al inicio de cada montaje se tomaron los
valores iniciales de SST y turbiedad. Con el objetivo de posteriormente realizar la
ecuación 2.
55
%𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 =𝑉𝑖 − 𝑉𝑓
𝑉𝑖× 100 (2)
% Remoción: Eficiencia de Remoción para cada parámetro
Vi: Concentración inicial de parámetro
Vf: Valor final
3.3.2 Etapa II parámetros óptimos del coagulante
Durante esta fase, se realizaron diversas pruebas de jarras, donde el objetivo final
es establecer la dosis óptima del coagulante. Para esto se establecieron los
siguientes valores iniciales para cada prueba.
Valores Iniciales de Referencia
• Volumen de la muestra: 500 mL
• Gradientes de mezcla rápida: 200 rpm
• Gradientes de mezcla lenta: 45 rpm
• Sedimentación: 20 min
En la tabla 5, se determinaron los valores de las variaciones, las unidades y los
parámetros para esta fase.
Tabla 5. Variación de elementos óptimos de la prueba de jarras Elementos Unidades Variaciones Parámetros
Volumen Ml 0.5 -1.0 - 1.5 - 2.0 -
4.0 - 6.0 -8.0
Turbiedad
Color
Mercurio
Concentración % 1.0 - 2.5 - 3.0 - 4.0 -
5.0 - 10 - 20 - 30
Mezcla Rápida S 30 - 45 - 60 – 75
Mezcla Lenta Min 10 - 20 - 30 - 40
Sedimentación Min 20
Usualmente estas pruebas se desarrollan con 1000 ml, el motivo de no realizarlo de
esta manera fue la dificultad del transporte de una cantidad considerable de agua
56
residual desde el corregimiento de Tamboral hasta las instalaciones de laboratorio
de la Corporación Universitaria Autónoma del Cauca. El coagulante utilizado fue
procesado el día anterior a las pruebas, para descartar cualquier inconveniente de
conservación que alterara las pruebas.
Después del proceso de floculación, cada recipiente fue desmontado con cuidado
particular para no agitar el floculo sedimentado, de esa forma se procedido a tomar
los parámetros en el momento de turbiedad y color que en los análisis serán
evaluados con los parámetros iniciales utilizando la ecuación 2. Luego estas
muestras ya tratadas con el coagulante fueron enviadas al laboratorio de análisis de
aguas y alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira para determinar la
presencia o carencia de mercurio y evaluarlas con la muestra inicial.
Por disposición de traslado de muestras a laboratorio y debido a que este entable
solo trabaja 4 días a la semana de jueves a domingo, se determinó el jueves para
la recolección de las muestras de vertimientos.
57
4. CAPITULO IV RESULTADOS Y ANÁLISIS
4.1 EVALUACIÓN DEL AGUA RESIDUAL MINERA – LA PEÑA TAMBORAL SUÁREZ.
En la tabla 6, se indican los resultados de los parámetros obtenidos durante las
visitas a la unidad de producción minera entable La Peña, donde se logra evidenciar
que la carga de agua residual tiene un vertimiento intermitente. Lo anterior debido
a la frecuencia y el volumen de material procesado durante el tiempo delimitado en
que se tomaron las muestras. Durante la primera visita se encontraban trabajando
9 tambores o molinos de bolas, en una segunda visita marchaban 16 y en la última
jornada de visita se encontraban en funcionamiento 24 tambores.
El vertimiento de agua residual minera que se muestreó corresponde al resultado
final de un proceso donde se tritura en los molinos de bolas con agua, mercurio y el
mineral que es una roca donde se encuentra adherido el oro.
Según el personal de trabajo, nunca se llegan a utilizar los 30 molinos de bolas.
También se destacan un número no mayor a 3 descargas por día. La medida o
cantidad de mercurio que se deposita a cada uno de los molinos de bolas no se
tiene definido. Lo anterior debido a que se desconoce la cantidad de oro que se
encuentra adherido a la roca. Por lo tanto, la cantidad de mercurio a trabajar para
cada tambor se realiza bajo el criterio del personal de trabajo o mineros. Su
implementación se realiza mediante una manguera plástica que es succionada por
el minero de forma bucal hasta una señalización que ellos mismos determinan.
Los resultados de la tabla 6, son la condensación final del promedio de datos
obtenidos en campo. En cada visita se realizaban múltiples tomas de los parámetros
y estos se promediaban. De esa forma se sacó el resultado de cada parámetro para
su respectiva producción.
58
Tabla 6. Resultados de los parámetros del agua residual minera entable La Peña
A continuación, se realizó un análisis detallado de cada uno de los parámetros y los
resultados que se encuentran sucintos en la tabla 6. Es importante destacar la última
columna de esta tabla, donde se determinan el cumplimento e incumplimiento de la
resolución 0631 de 2015, que es donde se establecen los límites máximos
permisibles de algunos parámetros para aguas residuales procedentes de la
minería concretamente la extracción de oro de filón.
PARÁMETROS
UNIDAD
DESCARGA
Resolución 0631 del
2015
P. Min
Visita
1
Visita
2
Visita
3
Caudal L / seg 1.53 1.9 2.5 N. A
pH Unidades de
pH
7.2 6.5 8.2
CUMPLE
Temperatura ºC 21.8 24.5 28.3 CUMPLE
Oxígeno Disuelto mg/L 1.9 2.7 5.0 N. A
Conductividad Eléctrica uS/cm 240.1 261.7 334.3 N. A
Turbiedad NTU 3110 2308 2458 N. A
Solidos suspendidos
totales
mg/L
3150
2705
2906
NO CUMPLE
DQO mg O2 / L
140
56
56.2
CUMPLE
DBO5 mg O2 / L
45 55.6 38.0
NO CUMPLE
Mercurio mg/L 0.054 0.25 0.25 NO CUMPLE
59
4.1.1 Temperatura y oxígeno disuelto
Este parámetro se encuentra asociado a la absorción de radiación solar. Por la
anterior razón es un criterio de calidad de agua para la protección de la vida
acuática, viscosidad, densidad y sobre las reacciones químicas y velocidades de
reacción. La resolución 0631 de 2015 específicamente en el artículo 5, establece
un valor limite permisible de 40 ºC para las aguas residuales provenientes de
actividades comerciales, industriales o de servicio que realicen vertimientos
puntuales a cuerpos de agua superficiales. En comparación con los valores
obtenidos, cuyo mayor grado de temperatura se encuentra en la visita 3 que
corresponde a 28.3. ºC, se puede establecer que existe para este parámetro un
claro cumplimiento de la norma. La temperatura aproximada a la hora de la toma
de muestras, se encontrada en un promedio de 26°C. Considerando que la zona
pertenece a un clima calidad se puede determinar que la temperatura final del agua
muestreada no corresponde solo a la fricción de los molinos de bola.
Sin embargo, se logra identificar una relación lógica entre producción y aumento de
la temperatura del agua residual. Lo anterior debido a la fricción del agua en los
molinos de bolas. La temperatura generada debido a la fricción de cada molino de
bola, no se puede decir que es igual, debido a que no se tienen estandarizado la
cantidad de material a trabajar, se desconoce la cantidad y el peso de cada bola de
los molinos.
Finalmente considerando la importancia de la temperatura como parámetro inicial
de calidad, que influye en la cantidad de oxígeno disuelto, conductividad eléctrica,
viscosidad, densidad y protección a la vida acuática. Se hace relevante mencionar
que nunca se encontró actividades en un 100% en el entable La Peña.
60
Tabla 7. Rangos de concentración de oxígeno disuelto
(OD) mg/L Condición Consecuencias
0 Anoxia Muerte masiva de organismos aerobios
0-5 Hipoxia Desaparición de organismos y especies
5-8 Aceptable (OD) adecuadas para la vida de la gran mayoría
de especies de peces y otros organismos
acuáticos.
8-12 Buena
>12 Sobresaturada Sistemas en plena producción fotosintéticas.
Fuente: Red MAPSA (2007)
Los análisis del oxígeno, mide la cantidad de oxigeno gaseoso disuelto en una
solución acuosa siendo un indicador de cuan contaminada está el agua. La
introducción del oxígeno en el agua se puede hacer de dos maneras por fotosíntesis
o por difusión que se realiza mediante movimientos rápidos. En este caso según la
calidad del vertedero donde se obtuvo la muestra, indica que los bajos niveles de
oxígeno disuelto corresponden a carencia o falta de procesos de fotosíntesis y poca
difusión. Generalmente a un nivel más alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor
calidad. La tabla 7, revela los rangos y las consecuencias del oxígeno disuelto en el
agua. Según los resultados para las 3 producciones se encuentran en un rango de
1-5 por lo tanto, su condición es de hipoxia, lo que indica que existe una
desaparición de organismos y especies en la zona donde se realizó el muestreo. Se
desconoce si en si destino final se presenta esta condición. +
De acuerdo con los datos obtenidos, se realizó la gráfica 1, donde el eje horizontal
hace referencia a los días de monitorio. Los 2 ejes verticales corresponden a
temperatura, medida en un rango de 0 a 45°C y oxígeno disuelto en un rango 0 a 6
mg/L. Se evidencia un fenómeno de crecimiento para los dos parámetros según el
día en que se realizó el monitorio. Además, se logra determinar también que la
61
línea azul no sobrepasa la gris, eso indica que se cumple la resolución 0631 de 2015
en términos de temperatura.
Grafica 1. Variación temperatura y oxígeno
.
Jiménez A. (2000), indica que a mayor temperatura menor seria la concentración de
oxígeno disuelto. Sin embargo, la tabla 6 y la gráfica 1, muestran un comportamiento
contrario. Indicando posibles fallas de equipo multiparamétrico HANNA HI9828 o
aspectos externos que alteraron el resultado como el arrastre o disolución del
oxígeno del aire en el agua de la muestra monitoreada.
4.1.2 Conductividad eléctrica
Este parámetro presenta una relación con el contenido de solidos disueltos de tipo
iónico de forma disuelta en el medio acuoso. Los cuales tienen sales que se disocian
en iones de cargas positivas y negativas. Se puede inferir que cuando la
temperatura aumenta la conductividad aumenta también. Lo anterior debido a que
el agua más caliente es menos viscosa y tiene mayor movimiento electrónico, lo que
permite un mayor flujo de corriente eléctrica.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0
1
2
3
4
5
6
P. Min P. Media P. Max
Tem
pera
tura
ºC
Oxig
eno d
isuelto (
mg/L
)
Oxigeno Disuelto
Temperatura
Limite PermisibleTemperatura
1 2 3
Monitoreo
62
En la gráfica 2, Se describe los ejes verticales que corresponden a temperatura y
conductividad eléctrica y el eje horizontal a los días del muestreo. Se observa un
fenómeno de crecimiento. A mayor producción mayor temperatura y a mayor
temperatura mayor conductividad eléctrica. Lo que apoya la teoría previamente
descrita.
Grafica 2. Variación temperatura y conductividad eléctrica
De acuerdo con el agua residual muestreada, presenta niveles altos de mineral
triturado de pirita y calcopirita. Estas pertenecen al grupo de los sulfuros. su
composición química determina un 46.6 % de hierro y 53.4 de azufre, de igual forma
pueden tener cantidades pequeñas de níquel y cobalto. Estos minerales, forman
enlaces iónicos que conducen electricidad y conductividad. Cuando la pirita y la
colpirita entran en contacto se acelera la lixiviación del cobre. La pirita, actúa como
un cátodo, mientras que la calcopirita, con un menor potencial, es anódicamente
disuelta (Caroca, 2009).
En la gráfica 3 se observa un comportamiento similar respecto a los sólidos
suspendidos totales y la conductividad eléctrica.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0
5
10
15
20
25
30
P. Min P. Media P. Max
Conductividad Electrica S/Cm
Tem
pera
tura
ºC
Temperatura
Conductivdad Electrica
1 2 3
63
Grafica 3. SST y Conductividad eléctrica
4.1.3 Turbiedad y solidos suspendidos totales
La turbiedad es uno de los parámetros más importantes para determinar la calidad
del agua potable debido a que determina su apariencia. Cuando se presentan
niveles altos de turbiedad se define como muchas partículas suspendidas en el
agua. Estas partículas sólidas bloquean la luz solar y evitan que plantas acuáticas
obtengan luz solar que se necesita para hacer fotosíntesis
Los sólidos suspendidos totales si presentan una regulación. La resolución 0631 del
2015 establece que, para la industria minera, el valor máximo permisibles de los
Sólidos Suspendidos Totales en los vertimientos puntuales de aguas residuales es
de 50.00 mg/L. Las aguas residuales provenientes de la industria minera generan
gran cantidad de SST en sus etapas productivas en especial el beneficio de oro,
debido a la trituración que se emplea con fin de convertir las rocas de las minas en
material de menor tamaño que acaba aportando partículas suspendidas al agua.
Habiendo determinado los anteriores parámetros, el resultado de los niveles de
turbiedad y SST tienen un resultado preconcebido, debido a los anteriores
0
50
100
150
200
250
300
350
400
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
1 2 3
Conductivid
ad E
lectr
ica (
S/m
)
SS
T (m
g/l)
Monitoreo
Solidos SuspendidosTotales
Conductivdad Electrica
64
parámetros analizados. Los bajos niveles de OD, indican la carencia de fotosíntesis
y los altos niveles de conductividad eléctrica, precisan la abundancia de sólidos.
En la gráfica 3, se representa una variación de turbiedad y SST respecto a los
niveles días del muestreo. De esta se habría podido inferir que, a mayor producción,
mayor nivel de turbiedad y SST. Sin embargo, se determina que en la toma de
muestras con mayor nivel de trabajo los resultados de turbiedad son menores. Este
fenómeno de comportamiento indica que, durante la toma de muestras de las 2
últimas visitas, en el entable existieron alteraciones, debido a la agregación de un
coagulante sintético en exceso.
Grafica 4. Variación turbiedad y SST
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
P. Min P. Media P. Max
SS
T (
mg/L
)
Turb
iedad (
NT
U)
SST
Turbiedad
1 2 3
65
4.1.4 Demanda química de oxigeno (DQO) y demanda bioquímica de
oxigeno (DBO5)
En la gráfica 5 se establece la resolución 0631 del 2015 que determina el límite
máximo permisible de 150 mg/L de DQO. Se infiere que los resultados
condensados en la tabla 6 y la gráfica 5, Evidencia un cumplimiento a la norma.
Encontrándose en rangos muy similares durante el muestro 2 y 3. En la 1 se logra
evidenciar un aumento considerado.
.
Grafica 5. Demanda química de oxígeno y limite permisible de temperatura
La DBO5 es la cantidad de oxigeno que los microorganismos, especialmente las
bacterias (aerobias, anaerobias, facultativas) hongos y plancton, consumen durante
la degradación de las sustancias orgánicas contenidas en la muestra (Jimènez,
2000).
La grafica 6, representa en su eje horizontal los niveles de producción, el eje vertical
en un rango de 0 a 60 (mg O2/L) la demanda bioquímica de oxígeno. Esta indica
que la producción 1 y 3 cumplen con la resolución limite permisible, representada
en la línea color naranja, la producción 2 no cumple con la resolución.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
1
2
3
DQO (mg O2/L)
Mu
estr
eo
s
Limite permisible DQO
66
Grafica 6. Demanda bioquímica de oxigeno
La DBO5 se hace presente, a pesar de que este tipo de agua residual no presenta
mayor carga orgánica debido a su composición. Pero se tiene en cuenta que en la
zona se utilizan detergentes para lavado de la zona de producción. Sin embargo,
estos niveles no superan la DQO.
Evaluando en conjunto estos dos parámetros se determinó que la DQO es superior
a la DBO5, lo que indica la presencia de mucha sustancia orgánica que se pueden
oxidar químicamente pero no biológicamente. Además, por los rangos en que se
encuentran se pueden determinar estas muestras de agua como medianamente
contaminadas.
La grafica 7, se muestra los valores más altos en la DQO en comparación a la DBO5,
demostrando una normalidad de comportamiento. Lo que se sugiere como
tratamiento procesos de coagulación y floculación el cual desestabiliza la carga
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3
DB
O
DBO
Limite permisible
67
orgánica de la materia orgánica en suspensión y a la vez forma pequeños flóculos
de materia orgánica que es más fácil de filtrar o sedimentar.
Grafica 7. Relación DQO Y DBO5
4.1.5 Mercurio (Hg)
Se puede formar numerosas especies, algunas con una apreciable solubilidad
mientras que otras son bastante insolubles. La concentración de mercurio en
medios acuosos es relativamente pequeña, encontrándose normalmente unido a
materia particulada y al sedimento. El mercurio presenta una elevada toxicidad
potencial, principalmente como consecuencia de los procesos de bioacumulación.
(Montenegro M, 2000).
En la gráfica 8, la franja naranja evidencia el no cumplimiento de la resolución 0631
del 2015 donde se determina los límites máximos permisibles establecido (0.02
mg/L). En esta grafica la franja azul que representa el mercurio encontrado durante
los niveles de producción, nunca se encuentran por debajo de la franja naranja. Se
observa un aumento de mercurio en la producción 2 y 3. Aunque estas dos
producciones tienen la misma cantidad de mercurio. Para la 1, aunque se encuentra
más cerca del límite máximo permisible, no alcanza a cumplir con la normatividad.
0
20
40
60
80
100
120
140
12
3
mg O
2/ L
DBO
DQO
68
Grafica 8. Mercurio presente en el entable La Peña
.
4.2 TEST DE JARRAS PRELIMINAR
En esta fase del trabajo se realizaron 3 pruebas de jarras utilizando los siguientes
coagulantes naturales: Cassia Fistula, Guásuma Ulmifolia, MO. Los parámetros
evaluados fueron turbidez y solidos suspendidos totales
Los coagulantes se prepararon con una concentración al 5%. En la tabla 8 y 9, se
encuentran los resultados (RDO) de los porcentajes de remoción (% remoción) de
cada coagulante respecto a los ml variados. Se evidencia de esa manera que la
MO, presenta un 96% de remoción de SST y un 89% para turbiedad. Resultados en
tonalidad azul en las tablas. Determinando que es el coagulante con mejores
porcentajes de remoción y por lo tanto con las mejores condiciones para realizar
una prueba más completa.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
P. Min P. Media P. Max
Merc
urio (
mg/l)
Mercurio
Limite Permisible
1 3 2
69
Tabla 8. Prueba preliminar test de jarras y SST
Coagulantes
Solidos suspendidos totales
2 ml 4 ml 6 ml 8 ml
RDO %R RDO %R RDO %R RDO %R
Cassia Fistula 98 93 172 88 158 89 144 90
Guásuma Ulmifolia
158 89 185 87 236 90 174 85
Moringa Oleífera
59 96 101 93 147 90 215 85
Inicial 1458
RDO.= Resultado
%R= Porcentaje de remoción
Tabla 9. Prueba preliminar test de jarras y turbiedad
Coagulantes
Turbiedad
2 ml 4 ml 6 ml 8 ml
RDO %R
RDO %R RDO %R RDO %R
Cassia Fistula 156 70 182 65 194 63 208 60
Guásuma Ulmifolia 249 52 245 53 249 52 223 57
Moringa Oleífera 57 89 101 81 147 72 215 59
Inicial 521
RDO.= Resultado
%R= Porcentaje de remoción
En la gráfica 9, se determina de forma visual el comportamiento de la variación de
volumen y los respectivos resultados de turbiedad. se estableció el nivel de
turbiedad más bajo que corresponde a la jarra que contenía 2 ml de coagulante MO
con un resultado de 59 NTU. También se observa que a más volumen de coagulante
en cada jarra mayor es la turbiedad. Lo anterior debido al comportamiento de los
coagulantes que son cíclicos.
70
Grafica 9. Resultados turbiedad prueba preliminar coagulantes naturales.
4.3 PARÁMETROS ÓPTIMOS DEL COAGULANTE NATURAL : MORINGA OLEÍFERA
Se desarrolla una serie de test de jarras donde se buscaba variar concentración,
volumen, tiempos de mezcla rápida, tiempo de mezcla lenta. De esta manera
determinamos todos los parámetros óptimos en que se comporta la MO como
coagulante natural en aguas residuales mineras del entable La Peña.
En total se evaluaron 24 jarras. Divididas en series de trabajo. Que fueron descritas
en cada prueba. La muestra de agua que se trajo para realizar cada test de jarras
se trasladó del entable La Peña hasta las instalaciones del laboratorio de la
corporación universitaria autónoma del Cauca en un recipiente plástico de 20 litros
con tapa de rosca. La duración desde la toma hasta la utilización se realizó en un
lapso de 17 horas. Antes de su utilización se homogenizo en un recipiente más
grande.
4.3.1 Volumen optimo
Durante esta prueba se montaron 7 jarras cada una con 500 ml de agua residual
minera. El número total de jarras en las que se varió el volumen se determinó por
0
50
100
150
200
250
300
Vol. 2 ml Vol, 4ml Vol, 6ml Vol, 8ml
Turb
idez (
NT
U)
Cassia fistula Guazuma Ulmifolia Moringa Oleifera
71
los resultados de la tabla 8 y 9, en las cual se identificó que a 2 ml fue el volumen
optimo y a mayor cantidad de coagulante menores fueron los resultados de
remoción. Sin embargo, en la prueba preliminar nunca se evaluaron volúmenes
inferiores a 2 ml. Siendo necesario variar este parámetro bajo rangos de volumen
inferiores.
En la tabla 10, se encuentran contenidos todos los valores que no fueron variados
en esta primera prueba. Además de las mediciones iniciales a la muestra de agua
residual, a los cuales se les aplico la ecuación 2 y de esa manera se determinó los
% de remoción para turbiedad, color y mercurio. Los parámetros iniciales de color
y turbiedad que se presentan en la tabla 10,
Tabla 10. Parámetros no variados de la prueba de jarras y valores iniciales.
PARÁMETRO MEDIDAS
Volumen de La muestra 500 ml
Turbidez (NTU) 582
Color (PT-Co) 782
Concentración 5 ml (MO) 5%
Tiempo MR (min) 1
Tiempo ML (min) 20
Sedimentación (Min) 20
Velocidad MR (rpm) 200
Velocidad ML (rpm) 45
Mercurio (mg Hg/L) 4,902
En la tabla 11, se encuentran los resultados de mercurio y sus respectivos
porcentajes de remoción. El mercurio inicial a la prueba encontrado fue de 4,902
mg/l y la jarra 5 presenta un porcentaje de remoción de 84.1% con 0,779 mg/l. Lo
que indica que efectivamente se presentó una muy buena remoción. No obstante,
es de importancia mencionar que ese mayor porcentaje de remoción de mercurio
no se obtuvo de la jarra seleccionada como volumen óptimo. Las jarras que fueron
enviadas a laboratorio de Pereira para determinar mercurio fueron elegidas
aleatoriamente. En esta primera prueba también se concluye que hasta este punto
72
no se cumple con los 0,02 mg/l de mercurio que establece la resolución 0631 de
2015.
Tabla 11. Resultados y % de remoción de turbiedad, color y mercurio
Jarras
V. Vol
Turbiedad (NTU) Color (Pt-Co) Mercurio (mg Hg/L)
RDO % R RDO % R RDO % R
1 0.5 85 85.4 400 48.8 N. A N. A
2 1.0 70 88.0 300 61.6 1.463 70.2
3 1.5 56 90.4 58 92.6 1.459 70.2
4 2.0 46 92.1 32 95.9 1.412 71.2
5 4.0 148 74.6 149 80.9 0.779 84.1
6 6.0 215 63.1 231 70.5 N. A N. A
7 8.0 218 62.5 224 71.4 1.473 70.0
V. Vol = Variación de Volúmenes
RDO.= Resultado
% R= Porcentaje de remoción
En la jarra con un volumen de 2 ml se encuentran los valores menores de turbiedad
con 46 NTU y color 32 Pt-Co. El resto de las variaciones de volúmenes presentan
un comportamiento de crecimiento para turbiedad y color independiente de si es un
valor inferior o superior a 2 ml que claramente describe la curva de la gráfica 10. En
la tabla 11 se identifica además el % de remoción para turbiedad de 92.1% y para
color 95.9%. Indicando de esta manera que el volumen óptimo para el agua residual
del entable La Peña corresponde a 2 ml.
En la gráfica 10, el eje horizontal representa las 7 jarras con la variación de
volúmenes. El eje vertical izquierdo en un rango de (0 a 250 NTU) se encuentra los
valores de turbiedad. En el eje vertical derecho en un rango de (0 a 450 Pt-Co) se
representan los valores de color.
73
Grafica 10. Comparación turbiedad y color de la prueba volumen óptimo.
4.3.2 Concentración optima
En esta prueba se montaron 8 jarras con 500 ml de muestra de agua residual cada
una. Los parámetros que se utilizaron son similares a los de la tabla 10. Lo único
que se estandariza a partir de esta prueba es un volumen de 2.0 ml. Y la variación
que se realizo fue la concentración del coagulante. Para realizar la variación de
concentraciones se tomó la solución madre que es cloruro de sodio y agua destilada
como el solvente y la proteína de MO como el soluto de esta manera y jugando con
los porcentajes de cada una de estas se lograron sacar las concentraciones.
En la tabla 12, se identificó la concentración optima en la jarra 1 de concentración
del 1% de MO resultando un porcentaje de remoción de 92.6% para turbiedad con
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0
50
100
150
200
250
0,5 1,0 1,5 2,0 4,0 6,0 8,0
Co
lor
(Pt-
Co
)
Tu
rbie
da
d (
NT
U)
Volumen ml
Turbiedad (NTU) Color (Pt-Co)
74
43 NTU y 93.4% para color con un 52 Pt-Co. Que se encuentran sombreados con
fondo azul claro. En la remoción de mercurio encontramos que se encuentran
porcentajes muy similares siendo este un determinante para concluir que a partir de
esta prueba los resultados de remoción fueron cabales debido a que cada vez se
encuentran más los valores óptimos de cada parámetro variado. Además, se
consideró que a mayor concentración del coagulante MO mayores serán los valores
de turbiedad, color y mercurio según las columnas de resultados y % de remoción.
Tabla 12. Resultados y % de remoción de turbiedad, color y mercurio
Jarra
Vol. Opt
V. Con.
Turbiedad
Color
Mercurio
RDO % R RDO % R RDO % R
1 2 ml 1 43 92.6 52 93.4 0.0116 99.8
2 2 ml 2.5 81 86.1 86 89.0 0.0065 99.9
3 2 ml 3 79 86.4 84 89.3 N. A N. A
4 2 ml 4 153 73.7 168 78.5 N. A N. A
5 2 ml 5 136 76.6 140 82.1 N. A N. A
6 2 ml 10 189 67.5 268 65.7 1.334 72.8
7 2 ml 20 202 65.3 265 66.1 0.731 85.1
8 2 ml 30 218 62.5 300 61.6 N. A N. A
Vol. Opt = Volumen optimo
V. Con= Variación de concentración
RDO.= Resultado
% R= Porcentaje de remoción
En la gráfica 11, en el eje vertical están los datos de las concentraciones a los cuales
se les realizo la prueba de mercurio, en el eje horizontal se encuentra un rango de
valores del 0.002 a 1.402 mg/l de mercurio. Se determina de esta manera que las
jarras que tienen una concentración de coagulante MO con los valores 1% y 2.5%
75
representadas de color azul no sobrepasan la columna de color naranja que indica
los 0.02 mg/l limites admisibles de mercurio de la resolución 0631 de 2015
cumpliendo de esta manera con esa normativa. Los coagulantes con
concentraciones más altas no cumplirían con la norma.
Grafica 11. Mercurio y Limite permisible
4.3.3 Tiempo mezcla rápida optima
Para este parámetro se realizó un montaje de 4 jarras con 500 ml de agua residual
del entable La Peña. En este punto se efectuó una variación de mezcla rápida en
un rango de tiempo de 30 a 75 segundos. Se establece volumen óptimo de 2 ml, la
concentración optima de 1%, tiempo de mezcla lenta 20 minutos, sedimentación 20
minutos, velocidad de mezcla rápida 200 rpm y velocidad de mezcla lenta 45 rpm.
En la tabla 13, se evidencia claramente un rango de valores ya muy delimitados
donde los % de remoción para los 3 parámetros turbiedad, color y mercurio ya no
son inferiores al 90% de remoción. Además, los valores de mercurio son inferiores
a 0.02 mg/l cumpliendo con la norma. Se determina como mejor tiempo de mezcla
rápida los 75 segundos. Aunque habiendo analizado los resultados se determinó
que los % de remoción están muy cercanos y el comportamiento del coagulante MO
a partir de este elemento optimo no varía de forma significativa, respecto al tiempo
de mezcla rápida que están descritos en la tabla 13. En caso de una aplicación ya
no a escala laboratorio este elemento optimo puede ser más flexible dentro del
0,002 0,202 0,402 0,602 0,802 1,002 1,202 1,402
1%
2,5%
10%
20%
Mercurio (mg/l)
Concentr
aciò
n M
O
Resolucion 0631 de 2015 Mercurio
76
rango 30 a 75 segundos de mezcla rápida, sin causar cambios abruptos de
comportamiento.
Tabla 13. Resultados y % de remoción de turbiedad, color y mercurio `
Jarra
Vol.
Opt
Con.
Opt
V. M. R Turbiedad Color Mercurio
RDO % R RDO % R RDO % R
1 2 ml 1% 30 58 90.0 72 90.8 0.00211 99.96
2 2 ml 1% 45 57 90.2 64 91.8 0.00467 99.90
3 2 ml 1% 60 48 91.8 54 93.1 0.00419 99.91
4 2 ml 1% 75 35 94.0 53 93.2 0.00534 99.89
Vol. Opt. = Volumen optimo
Con. Opt = Concentración optima
V. M. R= Variación mezcla rápida
RDO= Resultado
% R= porcentaje de remoción
4.3.4 Tiempo de mezcla lenta
Teniendo en cuenta el volumen, la concentración y el tiempo de mezcla rápida
óptimos encontrados. Se finaliza con la variación de mezcla lenta.
En la tabla 14, se reafirma los resultados obtenidos en la tabla 13. No variando de
forma significativa los resultados. De esa forma se encuentra en este punto una
convergencia de datos donde los porcentajes de remoción son muy similares.
94.50% de remoción de turbiedad con 32 NTU. 95.1% de remoción para color con
35 Pt-Co y por último mercurio con un porcentaje de remoción de 99.96% con
0.00211 mg/l. Estos valores comparados con los iniciales a todas estas pruebas.
4.902 mg/l de mercurio, 582 NTU turbiedad y 782 Pt-Co. Dejando de esa manera
77
clara todo el potencial del coagulante natural MO en la aplicación para el tratamiento
de aguas residuales en la industria minera.
Tabla 14. Resultados y % de remoción de turbiedad, color y mercurio `
Jarra
Vol
%
TR
TL
Turbiedad Color Mercurio
RDO % R RDO % R RDO % R
1 2 1 75 10 52 91.07 70 91.0 N. A N. A
2 2 1 75 20 32 94.50 38 95.1 0.00211 99.96
3 2 1 75 30 65 88.83 86 89.0 N. A N. A
4 2 1 75 40 48 91.75 68 91.3 N. A N. A
Vol= Volumen optimo
% = porcentaje de concentración optimo
TR = Tiempo de mezcla rápida (Seg)
TL= Tiempo de mezcla lenta (Min)
RDO= Resultado
%R= porcentaje de remoción
4.4 MUESTRA BLANCO
La tabla 15, nos permite identificar que las acciones físicas de la prueba de jarras si
tiene una reacción respecto al agua a tratar. Se observan porcentajes de remoción
de 74.9% para mercurio con 1.132 mg/l, para turbiedad 5.8% con 269 NTU y color
59.8% con 314 Pt-Co. Se infiere a este resultado, que debido al efecto mecánico
solo se precipita los sólidos en suspensión que afectan las características del agua
como color, turbiedad y mercurio. Sin embargo, cuando se agrega el coagulante se
aumenta la eficiencia por que reafirma la precipitación de solidos disueltos.
78
Tabla 15. Resultado blanco Turbiedad (NTU) Color (Pt-Co) Mercurio (mg/l)
Resultado % remoción Resultado % R Resultado % R
269 53.8 314 59.8 1.232 74.9
En la gráfica 12, se concentran de forma visual el comportamiento del color respecto
a los datos iniciales, blanco y con coagulante MO. Se determina la mayor remoción
en la jarra óptima.
Grafica 12. Resultados color
En la gráfica 13, se observa un comportamiento similar a la gráfica 12 respecto al
color. En este caso la mejor remoción de niveles de turbiedad corresponde a la jarra
optima del coagulante MO.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Inicial Blanco Jarra Optima
Co
lor
(Pt-
Co
)
Color
79
Grafica 13. Resultado turbiedad
En las gráficas 12, 13 y 14 se comportan de manera decreciente, que permiten
identificar un mayor nivel para estos parámetros en su etapa inicial, luego
encontramos en el blanco una disminución. Sin embargo, es en la jarra optima
donde se encuentran los valores de mejor remoción. Donde es contundente el
cambio de resultados de los parámetros después del tratamiento con el coagulante
natural MO. Además, en nivel de mercurio la jarra optima es la única que cumple
con la normativa.
Grafica 14. Resultado mercurio y limite permisible
0
100
200
300
400
500
600
700
Inicial Blanco JarraOptima
Turb
iedad (
NT
U)
Turbiedad
0,0001
1,0001
2,0001
3,0001
4,0001
5,0001
Inicial Blanco Jarra Optima
Merc
urio (
mg/l)
Mercurio Limite permisible
80
4.5 COSTOS COAGULANTE MORINGA OLEÍFERA
Para determinar el costo total por producir una cantidad especifica de coagulante
MO se determinará los materiales, cantidades y su valor actual comercial. En la
actualidad con los precios de mercado de la ciudad de Popayán, comprando los
volúmenes que se describen en la tabla 16. El costo solo de materiales para
procesar 1 litro de coagulantes MO con concentración 1%, es de $9.882 pesos
colombianos. Aunque el precio total es elevado considerando el precio de
coagulantes sintéticos que se encuentra en un rango de valores de 3200 a 5500
pesos el kg. Se hace necesario buscar una objetividad que describiera un análisis
más de beneficio costo.
TABLA 16. Costos proceso 20 L de coagulante MO en una concentración 1%. Materiales cantidad Precio
Moringa Oleífera sin
cascar
1 kg 42000
Etanol 96% 20 L 76000
NaCl 5.84 kg 43.650
Agua destilada 20 L 36000
TOTAL 197.650
Las ventajas que presenta el coagulante MO se describen de forma teórica en
diferentes aspectos de comportamiento y reacciones a otros parámetros. No
aumenta la conductividad del efluente y en casos de una recirculación de agua, evita
la corrosión de las instalaciones, por lo que el mantenimiento de las instalaciones
sería mucho más económico. Además del anterior beneficio su mayor eficacia
coagulante es que permite una agregación coloidal más activa y la formación de un
coagulo y floculo más compacto, se elimina por completo la aplicación de un
floculante posterior al coagulante. La formulación de coágulos consistentes en la
primera etapa de depuración evita esos costos adicionales al uso de un floculante.
Por último, también se indica que los volúmenes de fangos serían menores y la
generación de un lodo menos toxica por lo tanto más económica de gestionar
(Gòmez, 2013)
81
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
• Se evidencia que el efluente de la unidad de producción minera está
aportando altos niveles de mercurio y sedimentos a una fuente de agua
superficial. Además de que actualmente no se está cumpliendo con los
valores máximos permisibles de la resolución 0631 de 2015 en los
parámetros de DQO, DBO, SST y mercurio. Según los análisis de los
parámetros de calidad del agua residual, se determinó una ausencia de
organismos y especies.
• La eficiencia en procesos de remoción de contaminantes para las semillas
de Cassia Fistula, Guásuma Ulmifolia y MO. Determinaron tener una
capacidad como coagulantes removiendo porcentajes considerables de
turbiedad y SST. Sin embargo, se demostró de esta manera que la semilla
de Moringa Oleífera como coagulante presenta ser una mejor opción como
alternativa en los tratamientos de aguas residuales con metales pesados
como mercurio, con altas cargas de SST y niveles altos de color y turbiedad.
• En términos de eficacia y desglosando este, como la capacidad para producir
un efecto deseado, se logra determinar qué el comportamiento del
coagulante natural procesado con semillas sin cascara de MO y extraído en
Cloruro de Sodio (NaCl), supera las expectativas del ente investigador en %
de remoción de contaminantes. En primer lugar, se establece como dosis
optima un volumen de 2 ml a una concentración de 1% de coagulante MO.
De esta manera se obtienen las condiciones para lograr los mejores valores
en% de remoción que derivan en resultados de 94.5% de remoción en niveles
de turbiedad, 95.1% en remoción de color y 99.96% en remoción de mercurio.
82
Aunque se obtienen los valores de 75 segundos para mezcla rápida optima
y 20 minutos para mezcla lenta óptima. Se considera que los resultados no
presentan variaciones abruptas a partir de la prueba de concentración
óptima. No obteniendo valores inferiores a 90% en la remoción de los
contaminantes. De lo anterior se puede inferir que si se tiene una dosis
optima del coagulante MO, este se permite variar en unos rangos
establecidos el tiempo de las mezclas rápida y lenta.
• El proceso de coagulación utilizando MO como sustancia coagulante se
concluye como una alternativa positiva ya que es un producto 100% natural,
además brinda mejorías sobre los procesos de tratamientos de aguas
residuales, es un método efectivo y de fácil manejo, que además permite
obtener resultados prácticamente inmediatos, mejora la calidad ambiental, la
calidad de vida y las condiciones sanitarias de las personas que tienen
contacto con el efluente. El MO resultó un coagulante efectivo en tratamiento
de agua y es una posible alternativa para la potabilización de las aguas, ya
que no deja residuos tóxicos en el agua tratada que pudieran afectar el
organismo, dado su origen vegetal.
5.2 RECOMENDACIONES
• Se recomienda realizar una evaluación a los residuos de grasas y aceites
que se extrajeron de la MO con etanol. Esto debido a sus componentes ricos
en aceites palmítico, esteárico, behenico y oleico. Que son altamente
utilizados en diferentes campos como los biocombustibles y la industria
estética.
• Es importante utilizar siempre en lo posible utilizar las semillas de Moringa
Oleífera frescas ya que es un elemento de origen orgánico y es susceptible
a la biodegradación.
83
• Se determina que es importante incentivar un estudio a la torta residual MO,
para determinar si tiene algún tipo de potencial como abono orgánico.
• Es conveniente fomentar en los grupos de investigación del programa de
ingeniería ambiental y sanitaria la investigación sobre el coagulante MO, para
la potabilización y desinfección.
• Considerando la problemática de lodos residuales en la industria de la
minería se hace importante la realización de un estudio de los lodos
residuales que se obtienen durante el tratamiento.
• Se realiza la observación de la necesidad de implementar esta investigación
no ha escala laboratorio. Para poder verificar los resultados de la eficiencia
de la semilla MO, como coagulante a escala real.
• Se hace la sugerencia a la Corporación Universitaria Autónoma del Cauca,
la posible integración de un proyecto financiero, de inversión y de eficiencia.
para los programas de administración de empresas en vinculación con
ingeniería ambiental y sanitaria.
• Esta metodología implementada servirá como guía que pueden aplicar todas
las unidades de producción minera o entables. Donde deseen aplicar a sus
procesos alternativas naturales y minimizar algo los impactos de esta
actividad.
• Se realiza la observación de la posibilidad de una inversión por parte de la
Corporación Universitaria Autónoma del Cauca para la implementación de un
cultivo de la planta MO, debido a que la posición geográfica y las condiciones
84
para su cultivo son óptimas en la sede campestre. De esta forma siendo
pioneros en la región en cultivos de MO, con fines investigativos.
• Ajeno a la temática del coagulante natural. Se recomienda al entable La
Peña, la implementación de políticas de salud ocupacional. Además de
realizar una estructura de protocolos de trabajo diferentes para buscar una
eficiencia en la ejecución de la actividad y de esta forma disminuir el riesgo
laboral a mediano y largo plazo.
85
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89
7. ANEXOS
TEMPERATURA °C
Nivel Producción Toma 3 Muestras Promedio
P. Min 21.5 22.8 21.2 21.8
P. Media 23.9 24.9 24.8 24.5
P. máxima 27.9 28.8 28.2 28.3
pH
Nivel Producción Toma 3 Muestras Promedio
ANEXOS 1. MEDICIÓN DE PARÁMETROS PARA LA UNIDAD DE PRODUCCIÓN MINERA LA PEÑA
CAUDAL
Aforo 1 Nivel de
producción Tiempo (Seg) Volumen
(ml) Q (l/Seg)
P. Min 1,72 580 0,3372
P. Med 1,11 2180 2,4198
P. Max 0,6 2000 3,3333
Aforo 2
Nivel de producción Tiempo (Seg)
Volumen (ml) Q (L/seg)
P. Min 1,29 1690 2,1801
P Med 0,51 2940 1,4994
P. Max 1,17 4970 4,2479
Aforo 3 Tiempo
(Seg) Volumen
(ml) Q
(L/Seg) Promedio
Caudal ( L/Seg)
1,32 1580 2,0856 1,5343
0,87 2060 1,7922 1,9038
1,38 5,55 0,0040 2,5284
90
P. Min 7.1 6.8 7.6 7.2
P. Media 6.6 5.9 6.9 6.5
P. máxima 7.8 8.3 8.6 8.2
Oxígeno Disuelto
Nivel Producción Toma 3 Muestras Promedio
P. Min 1.8 1.9 1.9 1.9
P. Media 2.5 2.8 2.7 2.7
P. máxima 5.1 5.2 4.6 5.0
Conductividad Eléctrica
Nivel Producción Toma 3 Muestras Promedio
P. Min 229.2 242.3 248.9 240.1
P. Media 259.8 257.5 267.8 261.7
P. máxima 405.1 342.1 256.1 334.3
Turbiedad
Nivel Producción Toma 3 Muestras Promedio
P. Min 2874 3185 3272 3110
P. Media 2286 2336 2301 2308
P. máxima 2386 2498 2489 2458
91
SST DQO
DBO5 Mercurio
ANEXOS 2. REGISTRO FOTOGRÁFICO
Imagen 6. Zona de producción entabla La Peña
Nivel Producción SST
P. Min 3150
P. Media 2705
P. máxima 2906
Nivel Producción DQO
P. Min 45
P. Media 56
P. máxima 38.0
Nivel Producción DBO
P. Min 140
P. Media 55.6
P. máxima 56.2
Nivel Producción MERCURIO
P. Min 0.054
P. Media 0.25
P. máxima 0.25
92
Imagen 7. Tanques de sedimentación entable La Peña – vista horizontal
Imagen 8. Tanques de sedimentación vista vertical
93
Imagen 9. Preparación de los coagulantes naturales.
Imagen 10. Preparación coagulante moringa en diversas concentraciones
94
Imagen 11. Muestras para enviar a laboratorio de agua residual tratada con coagulante MO en diversas concentraciones
Imagen 12. Determinación del parámetro de color – Laboratorio Corporación Universitaria Autónoma del Cauca.
95
ANEXOS 3. PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS ANALIZADOS EN EL
LABORATORIO DE AGUAS Y ALIMENTOS
➢ Prueba test de jarras preliminar
96
97
98
99
➢ Prueba de Jarras Moringa Oleífera
100
101
102
103
104
➢ Parámetros de calidad de agua residual minera entabla La Peña
105
106
107
INVESTIGACIÓN
DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LA DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE
COAGULANTES DE ORIGEN NATURAL PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS
RESIDUALES DE UNA UNIDAD DE PRODUCCIÓN MINERA EN LA VEREDA EL TAMBORAL
EN EL MUNICIPIO DE SUAREZ – CAUCA
Carlos M. Torrado1, Angela M. Perdomo 2
1 Carlos Miguel Torrado Cuellar, Docente e investigador, Corporación Universitaria autónoma del Cauca, Popayán, Colombia
2 Angela María Perdomo Chavarro, Estudiante de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Corporación Universitaria autónoma del Cauca,
Popayán, Colombia
RESUMEN
En esta investigación se estudió la eficiencia de
semillas con potencial para los procesos de
coagulación y floculación utilizando un método de
extracción de grasas y aceites con etanol y una
homogenización de la proteína de la semilla con
una mezcla de agua destilada y NaCl. Para el
tratamiento de las aguas residuales de una unidad
de producción minera en Suárez Cauca.
Se baso en la utilización del equipo de prueba de
jarras a escala de laboratorio para realizar los
estudios de coagulación y floculación. Este proceso
se dividió en dos partes. Una prueba preliminar
donde se pone aprueba el comportamiento en
porcentajes de remoción de turbiedad, y solidos
suspendidos totales las semillas de Cassia Fistula,
Guazuma Ulmifolia y Moringa Oleífera.
Posteriormente se selecciono la que presentaba
mejores condiciones y se procedió a realizar una
serie de pruebas donde se buscó obtener la dosis
optima del coagulante.
Previamente a el proceso de prueba de jarras, se
realizó tres visitas a él entable La Peña en la vereda
Tamboral en el municipio de Suárez Cauca. Donde
se realizó una toma de muestra de agua residual
minera y se determinaron los parámetros de los
niveles de producción mínima, media y baja. Se
determino caudal, pH, temperatura, oxígeno
disuelto, conductividad eléctrica y turbiedad.
Adicionalmente se realizó la recolección de
muestras compuestas, que fueron enviadas al
laboratorio de análisis de aguas y alimentos de la
ciudad de Pereira. De esa forma se determinaron
los parámetros de DBO, SST, mercurio y DQO.
Los resultados preliminares demostraron que la
semilla de Moringa Oleífera demostraba mayor
eficiencia con porcentajes de remoción de 89%
turbiedad y 96% en SST. De esa manera se
determinó realizar una prueba de dosis optima a la
semilla de MO.
La dosis optima fue de volumen de 2 ml a un
porcentaje de concentración al 1% del coagulante
MO. Las demás disposiciones varias fueron el
tiempo de mezcla rápida óptimo de 75 segundos. El
tiempo de mezcla lenta optimo 20 minutos. En
términos de sedimentación no se varió y se
estableció 20 minutos. Los resultados de esta
prueba determinaron una eficiencia total en
remoción de turbiedad de 96%, color 95.1% y
remoción de mercurio 99.96%. Este último
parámetro cumpliendo incluso con la normativa
0631 de 2015.
Con base en los ensayos de jarras realizados en el
laboratorio, se concluye que al implementar la
semilla Moringa oleífera utilizada como
coagulante natural, sería una alternativa que
brindaría beneficios importantes a una
problemática macro. Se determina además su
implementación como un método efectivo y de
fácil manejo.
PALABRAS CLAVES: Coagulantes naturales,
semillas de moringa, agua residual minera.
108
I. INTRODUCCIÓN
El agua es el elemento más importante para la vida,
está presente en todos los procesos biológicos. Sus
aplicaciones son diversas y amplias. Son necesarias
para los procesos industriales, agrícolas y de
carácter urbano. De esa manera es fundamental
para el desarrollo social, económico y sanitario de
cualquier población. Razón por la cual es un factor
de interés mundial a monitorear, controlar y
potencializar en sus diferentes usos. (Hernàndez
B, 2013). El tratamiento de aguas residuales ha
llegado a ser un mecanismo fundamental en los
procesos mineros del mundo. El suministro de
agua, la escasez y las restricciones normativas
están cambiando la visión del manejo global de
aguas en la minería. En Colombia el agua que se
destinó a la actividad minera para el año 2014 fue
de 1.8% del total porcentual de las fuentes hídricas
(Montenegro M, 2000).
En la extracción de oro de filón se utiliza
principalmente el mercurio y el cianuro durante el
proceso de beneficio o proceso de extracción del
oro adherido al mineral. Aunque en Colombia a
partir de la aprobación del convenio de Minamata
se busca regular su implementación
considerablemente. Sin embargo, la UPME estima
que entran 50 toneladas de mercurio al país cada
año de forma ilegal. Actualmente en
departamentos como Choco, el bajo Antioquia y en
partes del Cauca existen zonas donde el agua tiene
concentraciones altas de mercurio, inhabilitando su
utilización para riego, consumo humano y para
actividades como la piscicultura. Esta última
actividad es un significativa debido a que al pescar
y este tener trazas de mercurio se incurriría en una
problemática de salud pública (UPME, 2016).
Los procesos fisicoquímicos actúan de manera
importante en el tratamiento de aguas residuales.
La coagulación se describe como el proceso de
desestabilización de impurezas coloidales,
partículas suspendidas y disueltas. Generando
flóculos más grandes, pesados y fácilmente
sedimentable. Sus parámetros estratégicos de
eficiencia más importantes son la turbiedad y el
color. Su prueba como tal dependerá de factores
físicos como el tiempo y la velocidad de mezcla
rápida y lenta, la sedimentación y por supuesto el
volumen y la concentración del coagulante (Gao,
2002).
Por las anteriores disposiciones se hace necesario
la investigación de evaluaciones de coagulantes y
floculantes más efectivos en relación con costos y
beneficios, para la remoción de las altas cargas
contaminantes que poseen las unidades de
producción minera en su proceso de beneficio. De
esta forma se requieren métodos seguros, menos
perjudiciales y ambientalmente inocuos para
mejorar la calidad de estas aguas y disminuir el
volumen contaminante de sus vertidos (Braatz,
2004). Con la finalidad de sustituir total o
parcialmente las sales de hierro, aluminio y los
polímeros orgánicos sintéticos. Finalmente, los
Coagulantes y floculantes naturales constituyen
una alternativa viable ya que tienen ventajas
demostrada en las temáticas de biodegradación,
baja toxicidad y baja tasa de producción de lodos
(Morales, 2004).
Las semillas de Moringa Oleífera, Cassia Fistula y
Guásuma Ulmifolia, han sido ampliamente objetos
de estudio por sus condiciones de coagulante en
diversos tratamientos de aguas. Sin embargo, se
encuentran muy pocos estudios enfocados a aguas
residuales con cargas contaminantes altas y menos
específicamente al agua residual de la industria
minera (Gao, 2002).
En este trabajo se presentan los resultados
obtenidos en los procesos de utilización
previamente de Moringa Oleífera, Cassia Fistula y
Guásuma Ulmifolia como estudio preliminar de
eficiencia en remoción de turbiedad y SST. De esa
manera se busca obtener la semilla que presente las
mejores condiciones. Al determinar cuál se ajusta
más a un comportamiento positivo de remoción.
Finalmente se obtendrán los valores de parámetros
óptimos de la semilla escogida y su adaptación en
el proceso de coagulación y floculación de las
aguas residuales de la unidad de producción minera
entable La Peña de la vereda Tamboral en el
municipio de Suárez Cauca.
II. TEORÍA
109
Los coagulantes de base natural son coagulantes
líquidos utilizados en las aguas residuales que
presentan una estructura polimérica de polifenoles.
Estas estructuras poseen una alta afinidad por las
proteínas, iones metálicos y otras macromoléculas
como los polisacáridos. Estos actúan de forma
similar a los coagulantes sintéticos, aglomerando
las partículas en suspensión que contiene el agua
cruda, facilitando su sedimentación. Por su origen
natural hace su manipulación más segura para las
personas y la biodegradabilidad de los lodos
producidos, por no aportar metales. Estos forman
flóculos más consistentes que los coagulantes
tradicionales y permiten no dosificar neutralizantes
(Skoronski E, 2014).
Son una fuente alternativa de gran potencial, por lo
general su toxicidad es mínima o nula, en mucho
de los casos son productos alimenticios con alto
contenido en carbohidratos y proteínas. Entre el
grupo de sustancias conocidas que poseen
propiedades aglomerantes se encuentran algunos
compuestos orgánicos de origen vegetal, los cuales
se pueden obtener de tallo o de semillas de una
enorme variedad de plantas como la Moringa
oleífera, la Tuna, Cassia Fistula, el Maíz, Guásuma
Ulmifolia entre otros diversos tipos (Hernández B,
2013).
Unidad Producción Minera
La minería aurífera se realiza generalmente de
forma artesanal empleando mercurio y cianuro en
los procesos de beneficios, actualmente se
involucra aproximadamente 33.0000 personas
dentro del territorio nacional que reciben
influencias directas e indirectas asociadas a esta
actividad. ríos, quebradas y ciénagas. Donde
frecuentemente se ve alterada las regiones
pesqueras de una región. Su proceso general de
implementación va a depender de la posición
geográfica, el tipo de material ganga que tenga ese
mineral y los recursos económicos para su
desarrollo. En los yacimientos primarios o de filón utilizados
en zonas como Suarez, Guacarí, Tesalia y Mocoa.
Se implementan tecnologías, máquinas y técnicas
rudimentarias. Su procedimiento tiene inicio la
llegada del mineral a la planta de beneficio con un
rango granulométrico heterogéneo; este material se
apila en patios de almacenamiento antes de iniciar
su proceso de beneficio, que costa de de varias
etapas u operaciones (PNUMA, 2012).
Semillas Coagulantes Naturales
Moringa Oleífera (MO): Es un árbol perteneciente
a la familia Moringaceae, es nativa de Himalaya y
en la actualidad se cultiva en todas las regiones
tropicales, subtropicales y semiáridas del mundo
(Martin C, 2013). Además, es un árbol de
crecimiento rápido, en el primer año se puede
desarrollar varios metros, hasta tres o cinco en
condiciones ideales de cultivo. En su madures no
supera los 10 metros, la copa es poco densa, de
forma abierta tipo acacia, el tronco es más común
único que múltiple. Las flores son de color crema y
aparecen principalmente en épocas de sequía. El
fruto es una vaina, parecida a una legumbre, pero
de seccion triangular, de unos 30-45 cm de longitud
(Benítez Magaña W, 2012).
Cassia Fistula: Es también conocida en Colombia,
México y probablemente en países de América
como el árbol de caña fistula o lluvia de oro. Es
originario de la India, distribuido y cultivado en
América tropical y subtropical. Su información
fenológica indica una altura mediana, de copa
irregular, amplia y extendida, mostrando ramas
colgantes. Sus hojuelas son de de color verde
brillante en el haz y algo más pálidas en el envés.
Sus flores son llamativas por su color amarillo-
dorado. Son vistosas, fragantes y agrupadas en
racimos terminales colgantes de 25 a 75 cm de
largo. (MESOAMERICANA KURÙ, 2012).
El Guácimo es una especie arbórea que crece de
manera silvestre en las regiones tropicales. Es
nativa de América y se adapta a altitudes de 0 a
1500 msnm. Su descripción fenológica deduce un
árbol mediano, de hojas alternas simples de color
verde oscuro y rasposas. Su tronco recto, con ramas
largas muy extendidas. Flores pequeñas, con
diversas protuberancias de colores morena oscura
hasta negra cuando está en etapa de maduración.
Expelen un olor dulce. Sus semillas son
abundantes, de menos de 1 mm, duras y
redondeadas (Encyclopedie Methodique,
Botanique , s.f.).
Coagulación
La coagulación es un proceso de desestabilización
química de las partículas coloidales que se
producen al neutralizar las fuerzas que los
mantienen separados, por medio de la adición de
110
coagulantes y la aplicación de la energía al mezclar.
Los coagulantes anulan las cargas eléctricas de la
superficie de la superficie del coloide permitiendo
que las partículas coloidales se aglomeren
formando (Acosta Y, 2006).
La coagulación a través de las experiencias en el
tratamiento de agua se le considera el más eficaz
pero también el que más representa un valor
monetario elevado cuando su ejecución no es la
correcta. La dosis del coagulante condiciona el
funcionamiento, es imposible obtener una
adecuada clarificación, si el volumen y
concentración del coagulante está mal ajustada
(Càrdenas Y, 2000).
Floculación
Es el fenómeno por el cual las partículas ya
desestabilizadas por la coagulación chocan unas
con otras para formar coágulos mayores que
permiten una adecuada sedimentación
posteriormente. Este proceso es favorecido por por
el mezclado lento que permite juntar poco a poco
los flóculos; un mezclado intenso los rompe y
difícilmente se vuelven a formar en su tamaño. La
floculación puede mejorarse si se adiciona un
reactivo floculante. Según su naturaleza, los
floculantes pueden ser inorgánicos y orgánicos.
Los inorgánicos (electrolitos) son sales solubles en
agua siendo las más utilizadas las sales de hierro
aluminio y sílice. Los floculantes orgánicos pueden
ser naturales (polisacáridos) y sintéticos
(polímeros), estos son muy utilizados en la
industria química moderna; son eficaces a bajas
concentraciones (Álvarez E, s.f.)
PRUEBA DE JARRAS “jar-test”
La prueba de jarras es la técnica para determinar la
dosis optimas de sustancias y otros parámetros. En
ella se tratan de simular los procesos de
coagulación, floculación y sedimentación a escala
de laboratorio. En estos procesos interfieren
diversos factores químicos e hidráulicos. Como la
concentración del coagulante, grados de agitación,
velocidad y tiempo de sedimentación y de cada uno
de los gradientes de agitación.
Debido a que la prueba de jarras es solo una
simulación de procesos, es necesario mantener las
condiciones operacionales que existen en el
proceso industrial como son: gradientes hidráulicos
y tiempos en la mezcla lenta y rápida. Punto de
aplicación de los coagulantes, el orden y el tiempo
de dosificación (Acosta Y, 2006).
III RESULTADOS
En la tabla 1, se desarrollan los resultados de los
parámetros obtenidos durante las 3 visitas que se
hicieron a la unidad de producción minera entable
La Peña, donde se logra evidenciar que la carga de
agua residual no tiene un estándar de volumen
especifico. Lo anterior debido a la frecuencia y el
volumen de material procesado durante el tiempo
delimitado en que se tomaron las muestras. Durante
la primera visita se encontraban trabajando 16
tambores o molinos de bolas, en una segunda visita
marchaban 9 y en la última jornada de visita se
encontraban en funcionamiento 24 tambores.
Asumiendo las anteriores observaciones se
determinó una producción baja, media y alta.
Se hace importante destacar, que los días de visita
siempre correspondieron a el mismo día de la
semana. En este caso por disposición de traslado de
muestras a laboratorio y debido a que este entable
solo trabaja 4 días a la semana de jueves a domingo,
se determinó el jueves para la recolección de las
muestras de vertimientos
En las gráficas a b y c se concentran de forma visual
el comportamiento de la turbiedad, color y
mercurio respecto a los datos iniciales, blanco y
con coagulante MO. En las gráficas a, b y c tienen
una línea decreciente, que permiten identificar un
mayor nivel para estos parámetros en su etapa
inicial, luego encontramos en el blanco una
disminución de los niveles de los 3 parámetros que
se están evaluando y por último se encuentra la
jarra optima que corresponde a la jarra 2 de la tabla
14. Donde es contundente el cambio de resultados
de los parámetros después del tratamiento con el
coagulante natural MO. Además, en nivel de
mercurio la jarra optima es la única que cumple con
la normativa.
Se evidencia que el efluente de la unidad de
producción minera está aportando altos niveles de
mercurio y sedimentos a una fuente de agua
superficial. Además de que actualmente no se está
cumpliendo con los valores máximos permisibles
de la resolución 0631 de 2015 en los parámetros de
DQO, DBO, SST y mercurio. Según los análisis de
111
IV CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
Se evidencia que el efluente de la unidad de
producción minera está aportando altos niveles de
mercurio y sedimentos a una fuente de agua
superficial. Además de que actualmente no se está
cumpliendo con los valores máximos permisibles
de la resolución 0631 de 2015 en los parámetros de
DQO, DBO, SST y mercurio. Según los análisis de
los parámetros de calidad del agua residual, se
determinó una ausencia de organismos y especies.
La eficiencia en procesos de remoción de
contaminantes para las semillas de Cassia Fistula,
Guazuma ulmifolia y Moringa Oleífera.
Determinaron tener una capacidad como
coagulantes removiendo porcentajes considerables
de turbiedad y SST. Sin embargo, se demostró de
esta manera que la semilla de Moringa Oleífera.
Tabla 1. Resultado parámetros de calidad agua
residual unidad de producción minera.
PARÁMETR
OS
UNIDA
D
DESCARGA
Resolució
n 0631
del 2015
P. Min
P.
Min
P.
Med
P.
Max
Caudal L / seg 1.53 1.9 2.5 N. A
pH Unidade
s de pH
7.2 6.5 8.2 CUMPLE
Temperatura ºC 21.8 24.5 28.3 CUMPLE
Oxígeno
Disuelto
mg/L 1.9 2.7 5.0 N. A
Conductividad
Eléctrica
uS/cm 240.
1
261.
7
334.
3
N. A
Turbiedad NTU 3110 2308 2458 N. A
Solidos
suspendidos
totales
mg/L 3150 2705 2906 NO
CUMPLE
DQO mg O2 /
L
45 56 38.0 CUMPLE
DBO5 mg O2 /
L
140 55.6 56.2 NO
CUMPLE
Mercurio mg/L 0.05
4
0.25 0.25 NO
CUMPLE
En términos de eficacia y desglosando este, como la
capacidad para producir un efecto deseado, se logra
determinar qué el comportamiento del coagulante
natural procesado con semillas sin cascara de
Moringa Oliera y extraído en NaCl, supera las
expectativas del ente investigador en % de remoción
de contaminantes. En primer lugar, se establece
como dosis optima un volumen de 2 ml a una
concentración de 1% de coagulante MO. De esta
manera se obtienen las condiciones para lograr los
mejores valores en% de remoción que derivan en
resultados de 94.5% de remoción en niveles de
turbiedad, 95.1% en remoción de color y 99.96% en
remoción de mercurio. Aunque se obtienen los
valores de 75 segundos para mezcla rápida optima y
20 minutos para mezcla lenta óptima. Se considera
que los resultados no presentan variaciones abruptas
a partir de la prueba de concentración óptima. No
obteniendo valores inferiores a 90% en la remoción
de los contaminantes. De lo anterior se puede
inferir que si se tiene una dosis optima del
coagulante MO, este se permite variar en unos
rangos establecidos el tiempo de las mezclas rápida
y lenta. El proceso de coagulación utilizando
Moringa oleífera como sustancia coagulante se
concluye como una alternativa positiva ya que es un
producto 100% natural, además brinda mejorías
sobre los procesos de tratamientos de aguas
residuales, es un método efectivo y de fácil manejo,
que además permite obtener resultados
prácticamente inmediatos, mejora la calidad
ambiental, la calidad de vida y las condiciones
sanitarias de las personas que tienen contacto con el
efluente. El MO resultó un coagulante efectivo en
tratamiento de agua y es una posible alternativa para
la potabilización de las aguas, ya que no deja
residuos tóxicos en el agua tratada que pudieran
afectar el organismo, dado su origen vegetal.
Se recomienda realizar una evaluación a los residuos
de grasas y aceites que se extrajeron de la MO con
etanol. Esto debido a sus componentes ricos en
aceites palmítico, esteárico, behenico y oleico. Que
son altamente utilizados en diferentes campos como
los biocombustibles y la industria estética.
Es importante utilizar siempre en lo posible utilizar
las semillas de Moringa Oleífera frescas ya que es
un elemento de origen orgánico y es susceptible a la
biodegradación.
Se hace la sugerencia a la Corporación Universitaria
Autónoma del Cauca, la posible integración de un
proyecto financiero, de inversión y de eficiencia.
para los programas de administración de empresas
en vinculación con ingeniería ambiental y sanitaria.
