Emia 2008

1er Encuentro Macroregional de Investigación Ambiental – Junín 2008__________________________________________________________________________________________________________

ENTRE LOS SERVICIOS Y LA INVESTIGACIÓNModesto Montoya

Físico nuclear

Las universidades e institutos de investigación se confrontan a menudo con la pregunta: ¿brindo servicios o investigo? La respuesta no es fácil.En cuanto a servicios, se tiene que competir con empresas internacionales, las que cuentan con profesionales altamente calificados y equipos e instrumentos de última generación, con los que brindan servicios de calidad, rápidos y a bajos precios. En esa situación, si una empresa minera, por ejemplo, desea que se le analice una muestra de mineral, escogerá un laboratorio que en una semana le entregará los resultados del análisis cualitativo y cuantitativo, cristalográfico, mineralógico, y que brinde toda la información necesaria para escoger el proceso más adecuado y económico de explotación.Las grandes compañías mineras que operan en el Perú, con una demanda masiva de análisis, optan por formar sus propios laboratorios, adquiriendo equipamiento que cuesta millones de dólares y contratando profesionales jóvenes para entrenarlos en el uso de esos equipos, dirigidos por científicos de amplia experiencia en análisis. Si queda tiempo libre de equipo e instrumentos, ofrecen sus servicios a otras empresas peruanas o extranjeras.

Los equipos e instrumentos de los laboratorios competitivos son automatizados y analizan centenares de muestras en poco tiempo, trabajan las 24 horas y son manejados por una o dos personas. La velocidad de avance es tal, que no existen expertos para los instrumentos que llegan, sino que hay que entrenarlos permanentemente.

La investigación es de una naturaleza diferente. Lo que importa es la solución de un problema científico, el que una vez planteado se tratará de resolver por todos los medios al alcance y se acudirá a los laboratorios que puedan brindar las informaciones complementarias necesarias.

Ruth Shady, por ejemplo, intenta averiguar cómo fue la vida en Caral hace cinco mil años. Para ello, lleva muestras arqueológicas a equipos de físicos, químicos, biólogos y antropólogos del Perú y del extranjero. Y acude a los laboratorios, nacionales o extranjeros, que puedan darle los mejores y más rápidos resultados, y a precios abordables con los recursos de su proyecto.

Si el investigador no tiene recursos para contratar servicios de análisis, recurre a la colaboración por convenio. Cada institución pone lo suyo y la publicación resultante tendrá la autoría de las instituciones participantes. Como se ve, la respuesta a la pregunta inicial no es fácil.

ESTRUCTURAS PARA CIENCIA Y TECNOLOGÍA EN AMÉRICA LATINAEscribe Modesto Montoya

Con vista a la reforma del Estado, echemos una mirada a la forma en la que los Estados de América Latina se han estructurado para promover la ciencia y la tecnología (CyT), cruciales para el desarrollo de los países.En México, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) cuenta con el Sistema Nacional de Investigadores (SIN), conformados por científicos que reciben incentivos económicos según el nivel asignado. Se tiene también el Programa de Apoyo Complementario para la Consolidación Institucional, el que propicia la incorporación de investigadores con grados de doctor residentes en México a instituciones de investigación mexicanas. __________________________________________________________________________________________________________

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Argentina tiene un Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología, con una Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (SeTCIP), a la que está adscrito el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), principal órgano promotor de la ciencia y tecnología en Argentina. El CONICET cuenta con la Carrera del Investigador Científico y Tecnológico (CICT), para incentivar dedicación de los investigadores científicos y tecnológicos que trabajan en las instituciones científicas y tecnológicas argentinas. Desde hace 5 años, el CONICET tiene en promedio 3500 investigadores, distribuidos en cinco categorías, según su desempeño. El 70% de ellos trabajan en las universidades nacionales, y el 30% en unidades ejecutoras propias o en organismos descentralizados de ciencia y tecnología.Brasil también tiene un Ministerio de Ciencia y Tecnología (MCT), responsable de la formulación e implantación de la Política Nacional de Ciencia y Tecnología. El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CCT), órgano colegiado del MCT, es presidido por el Presidente de la República, y el Secretario es el Ministro de Ciencia y Tecnología. Entre las misiones de CCT está la de sugerir ideas sobre el área, estudiar y evaluar la ejecución de la política del Sector, y opinar sobre propuestas o programas que puedan causar impacto en la política nacional de desarrollo. Los mayores centros de investigación de Brasil están adscritos al MCT. Costa Rica hizo noticia cuando, luego de la evaluación de varios países de América Latina, INTEL decidió establecer una planta de microchips en su territorio. Costa Rica cuenta con el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MICIT), el que promueve, incentiva y estimula la creación de condiciones apropiadas para que la investigación, la innovación, el conocimiento y el desarrollo tecnológico del país, apoyen el crecimiento económico y a una mejor calidad de vida en los costarricenses. Se tiene el régimen de promoción del investigador, el que consiste en un escalafón de méritos y desempeño, para impulsar la formación y la integración en el país de un equipo altamente calificado de investigadores, dedicados a la realización de actividades y proyectos en ciencia y tecnología.En el Perú, por múltiples razones, pero sobre todo para optimizar el uso de recursos destinados a ciencia y tecnología, conviene un Ministerio de Ciencia y Tecnología, que proponga y lleve a cabo una política científica y tecnológica; y un Grupo Ocupacional Científico y Tecnológico, para atraer a científicos e ingenieros altamente calificados residentes en el Perú y en extranjero, y participar en la solución de los problemas nacionales, en especial de los sectores productivos.

¿DÓNDE QUEDA LA FORMACIÓN EN TECNOLOGÍA?América Latina en la era digital

Por Modesto Montoya.Científico

Según el científico Juan Enríquez Cabot, los países que no realicen su inserción en la economía del conocimiento están condenados a la pobreza. Y esta inserción pasa primero por el uso de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) en las actividades de investigación científica y tecnológica, educación, gobierno y salud. El libro "América Latina en la era digital", publicado por la Universidad Peruana Cayetano Heredia, muestra que hemos avanzado considerable trecho en esa dirección.En América Latina se está investigando sobre procesamiento digital de señales, redes neuronales, robots en medicina. La producción industrial ya empezó un proceso de automatización, eliminando a su paso puestos de trabajo rutinario.Se ha fundado la Red Académica Peruana (RAAP) para elaborar y ejecutar proyectos de colaboración internacional. Se cuenta con una serie de revistas digitales y bibliotecas virtuales que abren una inmensa ventana de información para los investigadores. En general, las TIC han permitido la colaboración internacional que

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reduce las brechas aún persistentes entre países del hemisferio norte y hemisferio sur.Debido al acceso a la información masiva, las TIC han cambiado el papel del profesor y da lugar a escuelas rurales y en comunidades indígenas, las que se comunican al mundo, favoreciendo la valoración de lo diferente y lo propio. En América Latina existen ya varias experiencias del llamado e-learning y de aprendizaje colaborativo en un sistema de educación internacional.Las labores del Ministerio de Relaciones Exteriores del Perú han cambiado radicalmente con el uso de las TIC, creándose conciencia de la necesidad de cumplir con los objetivos de desarrollo de la Declaración del Milenio, enfocado en la mejora del bienestar humano.Ahora se tiene innumerables comunidades cibernéticas de personas con intereses y problemas comunes, como es el caso de los pacientes del VIH. Los foros virtuales permiten a los pacientes investigar sobre sus problemas, y los médicos intercambian experiencias con sus colegas de todo el mundo. La telemedicina, aplicada en varias enfermedades, permite que pacientes residentes en lugares alejados tengan acceso al análisis y al tratamiento por médicos de hospitales avanzados. El Instituto de Medicina Tropical Alexander Von Humboldt y la Facultad de Medicina de la Universidad Peruana Cayetano Heredia usan las herramientas de las TIC en el manejo del VIH/sida. Ahora se cuenta con bases de datos integrados sobre información clínica, los que pueden llegar a cualquier centro médico y constituir una plataforma internacional para resolver problemas de diversa naturaleza.La informática biomédica facilita el procesamiento de abundante información, de datos y conocimientos para la solución de problemas de salud, así como para la toma de decisiones médicas. Uno de los aspectos en los que resalta la importancia de las TIC es el tratamiento de las informaciones genéticas y la simulación de funcionamiento de proteínas u otros elementos a nivel molecular o celular, lo que facilita la búsqueda de la terapia adecuada de enfermedades o la creación de medicamentos apropiados. Con las TIC, se está construyendo una salud de inclusión, rompiendo los muros geográficos y culturales.Inspirado en el modelo de la India, el Consejo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Tecnológica (Concytec) da prioridad al desarrollo de las TIC, considerándolas como una oportunidad para que el Perú exporte conocimiento. Esa idea es compartida por la Asociación Peruana de Software (Apesoft), la que informa que cada año crece la exportación de software peruano. Dada la trascendencia del uso de la TIC, en el Perú se ha creado la Comisión Multisectorial para el Desarrollo de la Sociedad de la Información (Codesi).Si bien las TIC constituyen herramientas para desarrollar más rápida y eficientemente las actividades humanas, cada una de estas mantiene su naturaleza propia, la que evoluciona a ritmo de los descubrimientos científicos que realiza el cerebro humano, irremplazable en su función de descubrir y crear. Las TIC facilitan la creatividad, lo que no debe confundirse con reemplazo al cerebro creativo.La formación de mentes creativas es una tarea de maestros creativos. Y esos maestros se forman mejor en la práctica de la investigación y la aplicación de las TIC, tema que tiene que ser tratado con la celeridad y la seriedad que corresponde a un país que ahora juega en la misma liga que el coloso estadounidense.

LA CIENCIA AL SERVICIO DE LA HUMANIDAD50 años de energía nuclear controlada

Modesto MontoyaMiembro de la Academia Nacional de Ciencias

El año 2007, el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) cumplió 50 años promoviendo el uso pacífico de la energía nuclear. Hoy, los laboratorios nucleares dominan casi todas las disciplinas de la ciencia y la tecnología. __________________________________________________________________________________________________________




Mi primera interacción con el “organismo” fue en 1979, en el Simposio Internacional sobre Física y Química de la Fisión, que esa institución coorganizó con el Centro de Investigación Nuclear de Jülich (KFA: KernForschungAnlage) de Alemania. Algunos participantes en ese simposio trabajaban en laboratorios militares y conocían los secretos del “arma del momento”: la bomba de neutrones, la “bomba limpia” como la llamaban los entusiastas “porque no destruía edificios ni máquinas”: ¡sólo vidas humanas..! Difundir los conocimientos nucleares e impedir su aplicación militar no es una tarea fácil. Por ello, los propios científicos empezaron un movimiento contra el desvío militarista del conocimiento. Peter Armbruster, quien dirigía el equipo que en 1994 produciría el elemento más pesado –ahora llamado darmstatio–, era uno de ellos. Él me invitó a la Conferencia Internacional Scientists for Peace, llevada a cabo en 1986 en Hamburgo (Alemania). Allí se germinó lo que sería el desmantelamiento de una gran cantidad de cabezas nucleares. Claro que esa disminución era, en gran parte, gracias a la mayor efectividad de la tecnología de los misiles, generada por los nuevos materiales descubiertos en los laboratorios nucleares. A fines de los años 80, esos laboratorios empezaron a diversificarse. En 1983, el KFA –fundado en 1961 con dos reactores– fortaleció sus laboratorios de materiales y, en 1991, se convirtió en el Centro de Investigación (FZ: ForschungZentrum), donde años más tarde se descubriría la magnetorresistencia gigante, que le valió el premio Nobel de Física 2007 a Peter Grünberg, compartido con Albert Fert de la Universidad de París Sud (esta universidad también tuvo un inicio nuclear, para luego organizar y sostener equipos interdisciplinarios). En España, la antigua Junta de Energía Nuclear se convirtió en el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). El OIEA ha impulsado la investigación en los laboratorios nucleares. En el proceso se ha generado una corriente de “intersdisciplinariedad” en los más avanzados centros de investigación nuclear, provocando descubrimientos no necesariamente nucleares, pero que han cambiado la forma de hacer ciencia y la manera de vivir de la mayoría de los seres humanos.




NANOTECNOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE

Abel Gutarra EspinozaLaboratorio de Materiales Nanoestructurados

Facultad de CienciasUniversidad Nacional de Ingeniería

El impacto de la nanotecnología empieza ha notarse cada vez mas en nuestro medio y según todos los analistas estamos viviendo apenas el comienzo de una gran transformación tecnológica. Ha diferencia de otras, la nanotecnología no está referida a un producto o proceso específico, sino mas bien, a un conjunto muy amplio de materiales y dispositivos que perfeccionan los existentes o generan otros totalmente nuevos. Cuando se puso en evidencia que los materiales cambian sus propiedades físicas y químicas al disminuir su tamaño entre 1-100 nm, se abrió la posibilidad de innovar en procesos productivos tan amplios y variados como los que se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Diversas áreas productivas donde la nanotecnología haintroducido innovaciones

Industria AutomotrizMateriales ligerosPinturaCatálisisSensores

ConstrucciónMateriales aislantes Anti-llamaRecubrimientos

CosméticosBloqueadoresCremas para la pielDentrífico

Industria QuímicaAditivos para pinturasAditivos en papelAdhesivosFluidos magnéticos

MedicinaLiberación farmacosMedios de contrastePrótesis, implantesAgentes bactericidas

Alimentos y bebidasEmpaquesSensoresClarificadores

IngenieriaRecubrimientos para metalesLubricantes

TextilesRecubrimientosTextiles inteligentesFibras antibacteria

UtilitariosRecubrimientos cerámicosRemovedores de oloresLimpiadores de vidrio etc.

ElectrónicaDisplaysMemoriasDiodos laserFibras ópticasFilms antiestáticos

EnergíaCeldas de combustibleCeldas solaresBateríasCapacitores

DeportesSkiesRaquetas de tenisAntinieblas

Impacto económico

Se han hecho varios estudios sobre el impacto económico de las nanotecnologías. Nuestro interés, como país en desarrollo, es especialmente importante, debido a que toda revolución tecnológica ofrece una oportunidad de bienestar si se logra asimilarla e incorporarla socialmente, pero también puede convertirse en un elemento de dependencia o de marginación [1].

La National Science Fundation predice un mercado de 1 billón de dólares en productos nanotecnológicas el año 2015 [2]; Lux Research, Inc. pronostica que para el 2014 los productos que incorporen nanotecnología será el 15% del total manufacturado que sumarán 2,6 billones de dólares [3].




Investigación en Iberoamérica

Brasil lanzó el 2001 su iniciativa nacional. Estableció un plan de actividades 2004-2007 con 25 M de dolares/año y cuenta con aproximadamente 300 PhDs trabajando en nanotecnología.Argentina participa en el Centro Argentino-Brasileño de Nanotecnología en el marco del MERCOSUR. En junio de 2005 se presentó en la Cámara de Diputados el Proyecto de “ley Marco del Plan Nacional Estratégico de Desarrollo de Micro y Nanotecnologías” con un fondo inicial de 10 M dolares. Uruguay inauguró el Centro de Nanomateriales NanoMat en abril de 2008. En conexión con la Universidad de la República para apoyar el desarrollo productivo en los sectores farmacéutico, alimentario y medioambiental. El presidente del Gobierno uruguayo, Tabaré Vázquez, inauguró el Centro que tuvo el apoyo de la Comisión Europea. Estos son sólo algunos ejemplos de países cercanos que muestran la necesidad de establecer una estrategia nacional respecto a las nanotecnologías.El número de publicaciones y patentes son los indicadores más importantes del desarrollo que ha logrado un país en la creación y difusión de la tecnología. Como se muestra en las figuras 1 y 2, entre los países latinoamericanos, Brasil, México y Argentina, producen más del 70% del total de publicaciones y la cifra es aún mayor respecto a patentes. Aunque en el Perú se ha incrementado notablemente la investigación en nanotecnología, todavía no alcanzamos el umbral de producción para figurar en las estadísticas.

Figura 1. Publicaciones en nanotecnologías [4] Figura 2. Patentes en nanotecnología [4]




Ejemplos de investigaciones locales en nanotecnologías relacionadas al Medio Ambiente.

Filtros adsorbentes y bactericidas.

Las arcillas son minerales subvalorados en nuestro medio. Cuando no son exportados por volumen, o usados en la construcción, son apenas procesados antes de su venta. Sin embargo, algunos tipos de arcillas como la montmorillonita, tiene una estructura cristalográfica con cavidades bidimensionales entre 1-2 nm de espesor y varios miles de nanómetros en las otras dos direcciones. Estas cavidades, que denominamos nanoporos, pueden adsorber (atrapar) moléculas polares orgánicas o iones metálicos. De este modo actúan como materiales para descontaminación de aguas o gases. Grupos de investigación de las universidades de Ingeniería, Católica y San Marcos han logrado modificar estas estructuras, ampliando los nanoporos por medio de un ataque ácido controlado (activación) o agrandando los nanoporos introduciendo entre sus paredes, columnas moleculares que incrementan la separación entre ellas agrandando el tamaño de los nanoporos (pilareado). Este tipo de arcillas modificadas han sido probadas con éxito en la retención de colorantes en efluentes textiles, metales pesados y toxinas en alimento animal.

Actualmente el mismo grupo interinstitucional viene desarrollando filtros bactericidas. Estos consisten en una matriz de arcilla compacta o microporosa, que incorpora nanopartículas de plata, cuya función es eliminar bacterias o virus patógenos en el agua.

Biosensores.

Un biosensor es un dispositivo cuyo elemento sensible es una biomolécula. Esta biomolécula se elige para que pueda enlazarse específicamente a otra cuya presencia se quiere determinar. Cuando dos moléculas se enlazan, pueden ocurrir varios fenómenos, por ejemplo pueden generar carga eléctrica, modificar el pH del medio, incrementar la temperatura, cambiar de color etc. Cualquiera de estos efectos puede ser detectado por un sistema electrónico y convertido en un valor numérico de fácil lectura para el usuario. Grupos de la Universidad e Ingeniería, Católica y Cayetano Heredia han desarrollado un tipo de biosensor denominado ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor). En este caso, la biomolécula, un anticuerpo, se inmoviliza sobre la capa aislante de un transistor. Si el antígeno correspondiente al anticuerpo se encuentra en el medio acuoso, estos se enlazan induciendo carga en el transistor, activando un circuito eléctrico. Este tipo de sensores, operan con muy bajo consumo de energía, la respuesta es muy rápida y sensible y tienen la ventaja que puede hacerse específicos, eligiendo la biomolécula de interés para una realidad social. Las aplicaciones prioritarias en nuestro país se orientarían a la detección de bacterias o virus que ocasionan enfermedades gastrointestinales.

Descontaminación de agua con nanopartículas.

Desde hace varios años, grupos de la Universidad Nacional de Ingeniería y del Instituto Peruano de Energía Nuclear han diseñado diversos dispositivos para la purificación de agua usando nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2). Cuando la radiación del sol incide sobre estas partículas sumergidas en el medio acuoso, se generan cargas en su superficie y estas a su vez generan radicales altamente oxidantes que pueden degradar moléculas orgánicas tóxicas presentes en el medio acuoso. Estos sistemas han sido usados con éxito a nivel de laboratorio para la degradación de colorantes textiles y eliminación de compuestos orgánicos volátiles. __________________________________________________________________________________________________________




Recientemente se han evaluado con buenos resultados en colectores solares y bolsas plásticas de gran volumen, para aprovechas sus efectos bactericidas.

Uno de los proyectos mas recientes, en los que varios grupos están dedicados es en la fabricación de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro. La estrategia para descontaminación detrás de este tipo de materiales, es la capacidad de poder separar del medio acuoso estas nanopartículas empleando un imán. Actualmente ya se fabrican las nanopartículas magnéticas a escala de laboratorio, aunque se continúan optimizando las condiciones físico-químicas que permiten fabricar nanopartículas esféricas idealmente del mismo diámetro. El siguiente paso, es funcionalizarlas, es decir, fijar en su superficie moléculas específicas que puedan atrapar a las moléculas contaminantes del medio, para finalmente retirarlas del medio de un campo magnético.

Las universidades, el Consejo Nacional de Ciencia Tecnología e Innovación (CONCYTEC) y la Academia Nacional de Ciencia y Tecnología (ANCYT) son las principales instituciones que vienen promoviendo la investigación y difusión de las nanotecnologías en el Perú. Sin embargo, la magnitud y rapidez de los avances hacen evidente que debería establecerse una organización integradora a nivel nacional, estableciendo prioridades y planes realistas. Estas discusiones recién han empezado en nuestro país.

Referencias

[1] Nanotechnologies in Latin America. Guillermo Foladori, Noela Invernizzi (Ed.). Rosa-Luxemburg-Stiftung Manuskripte 81. (2008) [2] Nacional Science Fundation. (NSF). http://www.nsf.gov/crssprgm/nano/[3] Environmental Claims Journal, 20 (2), 144-159, 2008[4] Organización de Estados Iberoamericanos para la Educación, la Ciencia y la Cultura (OEI). http://www.oei.es/1108.htm



http://www.oei.es/1108.htm

http://www.nsf.gov/crssprgm/nano/


SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS ORGANOFÍLICAS Y SU APLICACIÓN COMO ADSORBENTE DE FENOL.

José C. Lazo**, Abel E. Navarro†, María R. Sun-Kou1, Bertha P. Llanos‡

Resumen

La característica hidrofílica intrínseca de una arcilla bentonita sódica fue modificada mediante intercambio catiónico con sales de amonio cuaternario para evaluar su capacidad para eliminar fenol a partir de soluciones acuosas. La arcilla natural no reportó adsorción significativa, mientras los cationes orgánicos: tetrametilamonio (TMA) hexadeciltrimetilamonio (HDTMA) y benciltrietilamonio (BTEA) demostraron mejorar la capacidad de adsorción de la arcilla en diferentes magnitudes. La caracterización estructural y morfológica de las arcillas modificadas así como el estudio de las isotermas de Freundlich y Langmuir; indican que tanto la capacidad como el mecanismo de adsorción están determinados por la naturaleza química de cada uno de los cationes cuaternarios.

Palabras clave: arcilla, bentonita, amonio cuaternario, adsorción, fenol. Abstract

The intrinsically hydrophilic characteristic of sodic bentonite clay was modified by cationic exchange with quaternary ammonium salts in order to evaluate their capacity on the removal of phenol from aqueous solutions. The natural clay reported no significant adsorption, whereas the organic cations: tetramehtylammonio (TMA), hexadecyltrimethylammonio (HDTMA) and bencyltriethylammonio (BTEA) showed an enhanced adsorption capacity for the clay in different magnitudes. The structural and morphological characterization of the modified clays, as well as the study of Freundlich and Langmuir isotherms; indicate that the adsorption capacity and mechanism are determined by the chemical nature of each quaternary cation.

Keywords: clay, bentonite, quaternary ammonium, adsorption, phenol.

INTRODUCCIÓN La presencia de fenol y sus derivados en agua y aguas de desecho es de gran preocupación mundial a causa de su toxicidad en seres humanos y medio ambiente. Los fenoles son encontrados naturalmente en combustibles fósiles, pero también son producidos por muchas industrias1. Si bien no se ha comprobado efectos carcinógenos del fenol en humanos, existen ciertas evidencias, a partir de estudios en animales, que el fenol puede ser una toxina reproductiva. Por otro lado, compuestos fenólicos clorados producen complejos con olor y sabor desagradable. La cloración de fenoles no solo acentúa su olor y sabor, sino también sus efectos tóxicos y es debido a ello que la Agencia de Protección Ambiental Americana (EPA) recomienda disminuir la cantidad de fenol en aguas residuales hasta una concentración máxima de 1 mg/L2. Los métodos usados en la eliminación de compuestos fenólicos de soluciones acuosas fueron clasificados en métodos destructivos, tales como oxidación con ozono y métodos recuperativos como adsorción en sólidos porosos.

** Sección Química, Departamento de Ciencias, Pontificia Universidad Católica del Perú, Av. Universitaria 1801, Lima 32, Perú. E-mail: [email protected]† Chemistry Department, Graduate School of Arts and Science, New York University, New York, NY, 1 0003, US.‡ Departamento de Química, Facultad de Ciencias y Filosofía “Alberto Cazorla Tálleri”, Universidad Peruana Cayetano Heredia, Av. Honorio Delgado 430, Lima 31, Perú.__________________________________________________________________________________________________________




El proceso de adsorción, es el método más ampliamente usado para controlar la contaminación de los efluentes líquidos que contienen fenol o sus derivados. Otros tratamientos empleados son la degradación enzimática o los procesos biológicos3. Muchos estudios se han llevado a cabo en los últimos años para encontrar adsorbentes efectivos y de bajo costo para el tratamiento de residuos acuosos fenólicos, entre los cuales destacan el uso de carbón activado4, zeolitas5 y sílice modificada6. Las arcillas modificadas con sales de amonio cuaternario también han sido usadas en la adsorción de fenoles7,8. Dichas arcillas se modifican mediante la sustitución de los cationes neutralizadores inorgánicos altamente hidratados por cationes orgánicos no hidratados, los cuales van a modificar estructuralmente el mineral, del carácter hidrófilo que poseía originalmente a un carácter hidrófobo, transformándolas en adsorbentes organofílicos, mediante este proceso se logra: desarrollar su capacidad de retener moléculas orgánicas, modificar el área específica de la arcilla y generar espacios (poros) con grupos funcionales apolares muy activos que favorecen la adsorción de compuestos orgánicos como benceno9 , fenantreno10 , entre otros. Por otra parte, en el campo de la adsorción y remoción de contaminantes es ampliamente difundido el uso de isotermas de adsorción y la determinación del parámetro “q”, que mide la capacidad de adsorción del substrato (adsorbato) en el adsorbente (expresado en mg de substrato/ g del adsorbente) y el parámetro “C” que expresa la cantidad de adsorbato en la solución después de haber llegado al equilibrio en el proceso de adsorción. Las isotermas más usadas son:

Isoterma de Freundlich: en la que se asume que la superficie del adsorbente es energéticamente heterogénea, conformada por grupos de sitios de adsorción de energías características. También en esta isoterma se considera que no existen interacciones laterales entre las moléculas adsorbidas y que sólo se adsorbe una monocapa.

Se define por la ecuación:

q = kf . C1/n (1) donde kf es la constante de capacidad de adsorción y n la constante de intensidad de adsorción. La ecuación linealizada de Freundlich se expresa usualmente en su forma logarítmica:

log (q) = log (kf) + 1/n log (C) (2) los valores de Kf y 1/n pueden ser obtenidos del intercepto y la pendiente que resultan de graficar log(q) v.s. log(c).

Isoterma de Langmüir: Se basa en la hipótesis que todos los centros activos de adsorción son equivalentes y que la capacidad de una molécula para unirse a la superficie es independiente de si hay o no posiciones próximas ocupadas. Además, la adsorción se restringe a una monocapa y no existen interacciones laterales entre las moléculas del adsorbato. La isoterma esta representada por la ecuación: q = qm b C / (1+ b.C) (3) siendo C la concentración del adsorbato en el equilibrio (en mg/L), qm la capacidad máxima de adsorción (en mg/g) y b es la constante de Langmüir de afinidad o energética en unidades de L/mg. PARTE EXPERIMENTAL Preparación de los adsorbentes: Como materia prima se utilizó una arcilla del tipo bentonita procedente de las canteras cercanas a la ciudad de Piura, en la zona norte del Perú. Para eliminar las impurezas que generalmente acompañan a la arcilla, como son feldespatos, cuarzos, micas y materia orgánica, se siguió un proceso de purificación mediante decantación controlada. Para ello se preparó una suspensión de la arcilla en agua destilada y luego de 16 oras se separaron los primeros 20 cm de suspensión, que por aplicación de la Ley de Stokes corresponden a la fracción menor a 2µm que es de gran pureza y es el tamaño adecuado de partícula para favorecer el intercambio iónico posterior con las sales de amonio. Para la preparación de cada una de las 3 arcillas modificadas se siguió el siguiente procedimiento: Se suspendió 20g de arcilla purificada en 2L de agua destilada con agitación magnética constante por 2 horas. Una vez suspendida la arcilla se agregó un equivalente a 1.5 CEC (el equivalente a la Capacidad de Intercambio Catiónico de la arcilla fue 60mmol/100g) de la sal de amonio respectiva (99.99 % Sigma-Aldrich). El intercambio iónico se llevó a cabo por 12 horas a 25º C, luego se filtró a vacío y lavó repetidamente con abundante agua destilada hasta eliminar el ión haluro en exceso, posteriormente el material se secó por dos días a 60º C, seguidamente se molió y tamizó en malla número 100 (150 µm de diámetro de partícula). Las arcillas intercambiadas fueron identificadas de la siguiente forma:




PT00: arcilla bentonita natural. PT01: arcilla bentonita intercambiada con tetrametilamonio cloruro. PT02: arcilla bentonita intercambiada con hexadeciltrimetilamonio cloruro. PT03: arcilla bentonita intercambiada con benciltrietilamonio bromuro. Preparación de las soluciones fenólicas: Se preparó suficiente cantidad de solución stock de fenol (MERCK, 99,9% pureza) de 1000 mg L-1. Las soluciones para todos los ensayos de adsorción se prepararon por dilución de la solución stock hasta obtener la concentración deseada. Adsorción de fenol en las arcillas organofílicas: Los ensayos de adsorción se llevaron a cabo a 25°C, con soluciones de fenol cuyas concentraciones variaban desde 50 a 700 mg L-1. El tiempo de contacto entre adsorbente y adsorbato fue de 6 horas en agitación constante (500 rpm). Se obtuvieron dos isotermas con 100 y 500 mg para cada adsorbente, en 50 mL de solución. Las isotermas se realizaron en las condiciones más favorables para la adsorción de fenol para cada una de las arcillas11, siendo los pH óptimos: 4, 10 y 2 para PT01, PT02 y PT03 respectivamente. La cuantificación de fenol fue de acuerdo al método seguido por Gales y Booth12, el cual se basa en la medida de absorbancia a 510 nm del complejo formado por el fenol y la 4-aminoantipirina en medio básico, para la evaluación se utilizó un espectrofotómetro Perkin Elmer modelo Lambda 2. Caracterización de los adsorbentes: La composición química elemental de la arcilla natural y las modificadas se realizó por la técnica ICP – multielementos en el laboratorio de análisis PLENGE en Lima. El contenido de nitrógeno en cada una de las arcillas organofílicas se realizó siguiendo los estándares de análisis de la AOAC (Association of Official Analytical Chemists). Los análisis estructurales mediante Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR) se realizaron en un equipo Perkin Elmer modelo 1600. La caracterización textural de las muestras se realizó por el método de adsorción - desorción de nitrógeno a la temperatura de 77K. El equipo utilizado para la realización de las isotermas fue un Micromeritics modelo ASAP 2000. Los gases utilizados en el análisis fueron N2 y He, ambos con 99,99% de pureza. El procedimiento con todas las muestras comenzó con un pre-tratamiento de desgasificación a 200 °C por 12 h y con un vacío residual de 10-6 atm. Este tratamiento tuvo como objeto eliminar sustancias adsorbidas en la superficie del sólido (generalmente agua), que interferirían en la adsorción del gas de análisis (N2) en el caso de permanecer en la muestra. Las isotermas de adsorción se obtuvieron mediante la representación del volumen del gas adsorbido (cm3/g muestra) frente a la presión relativa de N2 (P/P0). La separación entre las láminas de arcilla que origina la presencia de las especies intercaladas en el espacio interlaminar se evaluó mediante la medida del espaciado basal d001, obtenido por difracción de rayos X a ángulos bajos. Las medidas de dichos espaciados basales se realizaron en un Difractómetro Shimadzu modelo XRD-6000, con energía de 40Kv y 30 mA. Se empleó la radiación Ka del cobre (λ = 1,5404 Å), filtrada a través de níquel. Los barridos de difracción se realizaron entre un valor del ángulo (2θ ) de 4° á 65°. Procesamiento de Datos: La capacidad de adsorción (q) de las arcillas se determinó mediante la correlación: q = V (Ci – Ce) / m, donde Ci es la concentración inicial de fenol (mg L -1), Ce es la concentración de fenol en el equilibrio (mg L-1), V es el volumen de solución expresado en litros, m es la masa de adsorbente expresada en gramos y q es la capacidad de adsorción (mg g-1). RESULTADOS Y DISCUSIÓN En relación a los resultados de la caracterización de los materiales. En la tabla 1 se observa que en las arcillas modificadas PT01, PT02 y PT03 el contenido de calcio y sodio disminuye entre 3 y 32 veces después del tratamiento de éstas con las sales de amonio cuaternarios, dando evidencia que los iones metálicos han sido sustituidos por los respectivos iones orgánicos con los cuales se modificó la arcilla natural. Dichos resultados fueron confirmados con la evaluación de los contenidos de nitrógeno, los cuales fueron mayores en las arcillas modificadas en comparación a la arcilla natural (Tabla 2). Adicionalmente, la arcilla PT01 presentó la mayor cantidad de nitrógeno y la PT02 la menor, dado que las condiciones de preparación permitió un intercambio iónico completo, esta diferencia se atribuye posiblemente a la mayor contribución en peso de nitrógeno en el ión tetrametilamonio (PM 109 g/mol) y a la menor contribución del mismo en el ión hexadeciltrimetilamonio (PM 364 g/mol) respectivamente.

Tabla 1: Composición química de la arcilla natural (PT00) y las modificadas (PT01, PT02, PT03).




Tabla 2: Porcentaje en peso de nitrógeno en la arcilla natural (PT00) y las modificadas (PT01, PT02, PT03)

Las figuras 1A, 1B, 1C y 1D, muestran los espectros infrarrojos de la arcilla natural y las arcillas modificadas PT01, PT02 y PT03 respectivamente

Figura 1A y 1B: Espectro FTIR de las arcillas natural (arriba) y PT01 (a bajo) respectivamente.




Figura 1C y 1D: Espectro FTIR de las arcillas PT02 (arriba) y PT03 (abajo) respectivamente. De los espectros se observa que la principal diferencia entre la arcilla natural y las modificadas es la señal de mediana intensidad en el rango 1450 y 1500 cm-1 que aparece solo para las arcillas modificadas. Esta señal es debida a la torsión del enlace carbono-hidrógeno y no aparece en la arcilla natural al no haber sido ésta intercambiada con los cationes orgánicos y al mismo tiempo al haber sido purificada (ausencia de materia orgánica). Adicionalmente en la figura 1C (PT02) se aprecia una señal doble en el intervalo 2800-2900 cm-1 que corresponde a una cadena hidrocarbonada, esta señal es particularmente notoria en esta arcilla debido probablemente a la gran extensión de la cadena carbonada de la sal de amonio. Por otra parte, los cuatro gráficos tienen en común una banda ancha entre 3450-3650 cm-1 correspondiente a la frecuencia de vibración del enlace oxígeno-hidrógeno pertenecientes a las moléculas de agua retenidas o cristalizadas en las muestras. La señal mas intensa en todos los casos aparece en el rango 850-1150 cm-1, la cual corresponde muy posiblemente a señales superpuestas correspondientes a las vibraciones asimétricas de los enlaces tipo amina (carbono-nitrógeno), presentes en las arcillas modificadas con sales de amonio y los enlaces silicio-oxígeno-silicio13 presentes en todas las arcillas. Los resultados del análisis textural de las muestras se resumen en la tabla 3 y en la figura 2.

Tabla 3. Superficie BET de las arcillas natural y modificadas




Figura 2. Isotermas de adsorción de N2 de las arcillas natural y modificadas con sales de amonio En la figura 2 se muestran las isotermas comparativas de las arcillas modificadas con la arcilla natural. Todas las curvas obtenidas se pueden clasificar dentro de las isotermas tipo IV según la clasificación Brunauer-Demming-Demming-Teller (BBDT)14. La parte inicial de las isotermas corresponden a la formación de la monocapa (zona microporosa) y la restante a la adsorción en multicapa (zona mesoporosa). Adicionalmente, se observa que el tratamiento de intercambio con sales de amonio aplicado en las arcillas, no ha modificado los ciclos de histéresis de las isotermas, las cuales corresponden al tipo H3 que se atribuye a sólidos con poros laminares. Comparando las isotermas, se observa que para la muestra PT01 hay un incremento apreciable del área superficial en relación con la arcilla natural, siendo mayor en la zona microporosa que en la mesoporosa, esto posiblemente se deba a que el tetrametilamonio, que posee cationes cuaternarios con cadena hidrocarbonada pequeña, se encuentre insertado entre las láminas de la arcilla actuando como pilares no hidratados que mantienen separadas las láminas exponiendo la superficie interior de la arcilla, sin alterar su estructura y generando microporos, comportamiento muy similar al que se produce cuando se apilara una arcilla con algún hidroxicatión metálico. La muestra PT03 sólo muestra un ligero incremento del área en relación con la arcilla natural, esta variante solo se observa en la zona mesoporosa, indicando la posibilidad de que el benciltrimetilamonio se ubique en la superficie externa de la arcilla formando una o varias capas. Por el contrario, la muestra PT02, se aprecia una reducción de la superficie específica, como consecuencia lógica del llenado de poros por las largas cadenas orgánicas. En todos los casos un incremento de la masa molecular de la sal de amonio incorporada a la arcilla, esta en concordancia con el incremento del tamaño promedio de poro que presenta cada muestra. En la figura 3 se muestra el Difractograma de Rayos X (DRX) de la arcilla natural y en la tabla 4 aparecen los patrones de difracción identificados a partir de las fichas ASTM (fichas ASTM 13-259 y 29-1498). La muestra corresponde a una arcilla esmectítica del tipo montmorillonita con presencia de otros minerales como impurezas: feldespato en la forma del mineral muscovita, cristobalita y cuarzo. En la figura 4 se muestran los difractogramas (DRX) de la arcilla natural comparada con las arcillas intercambiadas con sales de amonio y en la tabla 5 aparecen los valores de los espaciados interlaminares d001 de cada muestra.

Figura 3. Difractograma de la muestra de arcilla natural

Tabla 4. Patrones de difracción de los minerales arcillosos




Figura 4. DRX de la arcilla natural y de las muestra s PT01, PT02 y PT03

Tabla 5. Valores de los espaciados interlaminares

En la figura 4, se puede observar que todas las muestras a partir de ángulos mayores a 2θ = 19° siguen el mismo patrón cristalográfico, lo cual indicaría que la intercalación de las sales de amonio en las arcillas no ha afectado la estructura del tipo 2:1 característica de la bentonita. Sin embargo a ángulos bajos si se observan diferencias principalmente en el espaciado basal d00 1 correspondiente al espaciado interlaminar. Como se aprecia en la tabla 5, en las arcillas intercambiadas con sales de amonio se aprecia un corrimiento de dicho valor hacia ángulos menores, lo que se refleja en un incremento de la separación interlaminar (d001) en concordancia con la masa molecular de la sal de amonio incorporada. Así, la muestra PT01 intercalada con tetrametilamonio, que posee cationes cuaternarios con cadena hidrocarbonada pequeña, presenta un espaciado menor que la muestra PT03 intercalada con benciltrimetilamonio. Los trabajos realizados por Lagaly15 para establecer una ordenación interlaminar de los cationes orgánicos en función del espaciado basal, permiten relacionar un espaciado basal de 13,7 Å con la adsorción de una monocapa de cadenas alifáticas paralelas a la superficie de las láminas de la arcilla; el valor de 17,7 Å se corresponde con a la adsorción de una bicapa; y el valor de 21,7 Å se relaciona con la presencia de una pseudocapa de espesor equivalente a tres cadenas alquílicas paralelas a la superficie. Los espaciados basales d001 obtenidos para las muestras PT01 y PT02, muestran una estructura cercana al tipo monocapa, en tanto que para la muestra PT03 podría acercarse a una adsorción de una posible bicapa. El análisis morfológico de las muestras se realizó mediante el empleo de un Microscopio Electrónico de Barrido modelo PHILIPS XL-SERIES.




Figura 5A y 5B: Micrografias de las arcillas natural (izquierda) y PT01 (derecha) a 6950 X.

Figura 5C y 5D: Micrografías de las arcillas PT02 (izquierda) y PT03 (derecha) a 6950 X.

Figura 6A y 6B: Micrografias de las arcillas natural (izquierda) y PT01 (derecha) a 15000 X.

Figura 6C y 6D: Micrografías de las arcillas PT02 (izquierda) y PT03 (derecha) a 15000 X. En las figuras 5A, 5B, 5C y 5D se observa un significante cambio en la morfología producido en la arcilla natural como consecuencia del intercambio con las distintas sales de amonio. Comparadas con la arcilla natural, en las arcillas modificadas se observa una gran cantidad de partículas finamente conglomeradas. En las micrografías de las mismas muestras con un aumento de 15000X, se aprecia una aparente pilaridad en las arcillas modificadas (Figuras 6A, 6B, 6C y 6D). Sobre esto último, Frost et al. proponen un complejo mecanismo de transformación interlaminar en las arcillas que incluye la formación de monocapas paralelas y verticales, bicapas y pseudotricapas16. En dicho estudio, se sugiere también que a bajas concentraciones de los cationes orgánicos (>= 0,5CEC) la intercalación de iones metálicos de la arcilla con los iones orgánicos es aleatoria, y a medida que aumenta su densidad de empaque (= 1.0 CEC) se empieza a tener un patrón regular de intercambio iónico en la arcilla. Esta última idea difiere de un estudio previo de Lee et al. quienes sugiere la formación repetitiva de “capas sobre capas” de dimensiones constantes en la arcilla, independientemente de la cantidad de iones orgánicos disponibles17. Isotermas de Adsorción. Las figuras 7, 8 y 9 muestran las isotermas de adsorción de fenol obtenidas para cada una de las arcillas modificadas variando la cantidad de adsorbente para el rango de concentraciones de fenol estudiado. Como se puede observar, en el caso de la arcilla PT02 (fig. 8) se tiene una isoterma de tipo lineal lo que indicaría que el mecanismo predominante en la interacción adsorbente-adsorbato es un mecanismo de partición no competitivo, el cual implicaría la formación de una fase orgánica en la superficie de la arcilla formada por las largas cadenas carbonadas del hexadeciltrimetilamonio donde las moléculas de fenol quedarían retenidas por fisisorción. La isoterma lineal y el mecanismo de adsorción por partición no competitivo es característica para las sales de amonio que contienen cadenas lineales largas (= 12 carbonos) y esta ampliamente desarrollado en la bibliografía18,19. Las figuras 7 y 9, correspondientes a las arcillas PT01 y PT03, muestran isotermas de adsorción no lineales, dicho comportamiento se atribuye a un mecanismo de adsorción competitiva. Se sugiere que posiblemente, debido a su pequeño tamaño, los __________________________________________________________________________________________________________




cationes orgánicos de tetrametilamonio (TMA) y benciltrietilamonio (BTEA) se encuentran aislados uno de otros respectivamente en la fase interlaminar de la arcilla lo que les imposibilita formar una fase de partición, actuando de ésta manera como centros de adsorción independientes lo que concuerda con el mecanismo propuesto de adsorción competitiva.

Figura 7. Isoterma de Adsorción para la arcilla modificada PT01.

Figura 8. Isoterma de Adsorción para la arcilla modificada PT02.

Figura 9. Isoterma de Adsorción para la arcilla modificada PT03. En las figuras 10 y 11 se muestran la representación de los datos experimentales de las isotermas de acuerdo con el modelo linealizado de la isoterma de Freundlich para las arcillas modificadas. Como se puede apreciar la arcilla PT02 muestra la mayor tendencia lineal tanto en bajas como en altas concentraciones de fenol, lo que apoya la hipótesis de un mecanismo de adsorción por partición no competitivo mencionado previamente. Se observa así mismo que las arcillas PT01 y PT03 muestran también una buena aproximación a la forma lineal de la ecuación de Freundlich en los cinco primeros puntos, esta aproximación es mayor en la PT03 que en la PT01. Para estas dos arcillas dos aspectos importantes se pueden discutir; la tendencia lineal es mucho más pronunciada cuando menor es la cantidad de adsorbente; y al mismo tiempo se observa, de las pendientes de las rectas, que a menor cantidad de arcilla se aprecia una mayor afinidad por el fenol. Estas dos observaciones fortalecen la idea de que los iones orgánicos pequeños como el tetrametilamonio o benciltrietilamonio forman sitios de adsorción específica en los espacios interlaminares de la arcilla, y a mayor separación entre estos centros de adsorción mejor es la adsorción producida.




Figura 10. Isotermas de Freundlich para las arcillas PT0 (izquierda) y PT02 (derecha).

Figura 11. Isoterma de Freundlich para la arcilla PT03. La representación de los datos experimentales de acuerdo con el modelo linealizado de Langmuir, muestra resultados muy parecidos con los obtenidos en las figuras 12 y 13. Nuevamente en la arcilla PT02 se observa una relación lineal casi perfecta con el modelo de Langmuir, mientras que para las arcillas PT01 y PT03 la correspondencia lineal y también la capacidad de adsorción disminuyen conforme aumenta la cantidad de adsorbente en la solución. En la tabla 6 se resumen los distintos valores de los parámetros de Freundlich y Langmuir. La mayor correlación de los datos experimentales con el modelo de Langmuir parece indicar que el proceso de adsorción se produce a través de centros activos homogéneos y energéticamente equivalentes. Adicionalmente, dichos valores son congruentes con la mayor capacidad de adsorción de fenol de la arcilla PT02 como se reportó en un trabajo previo 11. Al mismo tiempo hay concordancia lineal con los valores menores de q (parámetro de Langmuir) conforme aumenta la masa de adsorbente; esto último es especialmente relevante para las arcillas PT01 y PT03 para las cuales el parámetro de adsorción disminuye entre 4 y 35 veces al incrementarse en cinco veces la cantidad de adsorbente.

Figura 12. Isotermas de Langmuir para las arcillas PT01 (izquierda) y PT02 (derecha).




Figura 13. Isotermas de Langmuir para la arcilla PT03.

Tabla 5. Parámetros de Freundlich y Langmuir para las arcillas modificadas.

CONCLUSIONES • A partir de una arcilla bentonita, se sintetizó tres (3) arcillas organofílicas por medio de intercambio catiónico a partir de distintas sales de amonio cuaternario. El mecanismo de intercambio entre los iones metálicos de las arcillas y los cationes orgánicos de amonio no esta completamente establecido aún en la bibliografía, sin embargo parece estar involucrado distintas etapas que incluyen la formación de una fase orgánica compuesta de monocapas (paralelas y verticales), bicapas y pseudotricapas. • Las arcillas organofílicas presentan una mayor retención de fenol que la arcilla natural y de éstas la arcilla PT02 intercalada con hexadeciltrimetilamonio presenta la mayor capacidad de adsorción. • El mecanismo de adsorción en las arcillas organofílicas se presume estar fuertemente influenciado por la longitud de la cadena hidrocarbonada de la sal de amonio. Cadenas largas favorecen un mecanismo de partición e isotermas de adsorción lineales mientras que las cadenas de menor tamaño favorecen unas adsorciones competitivas e isotermas no lineales. • Los resultados obtenidos alientan al estudio de adsorción de otros compuestos fenólicos con las arcillas organofílicas, las cuales pueden convertirse en efectivos adsorbentes de bajo costo relativo para tratar los residuos contaminantes. . AGRADECIMIENTOS Este estudio fue financiado por el proyecto 152-2006-CONCYTEC-OAJ concedido por el Consejo Nacional de Ciencias y Tecnología. Los autores deseamos agradecer a Norma Cuizano, a la Sección Química del Departamento de Ciencias de la PUCP y al Departamento de Química de la Facultad de Ciencias y Filosofía de la UPCH por el apoyo brindado en el desarrollo de este trabajo así como también al Laboratorio del Departamento de Química Aplicada de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad del País Vasco (San Sebastián) por el apoyo prestado en la caracterización textural de las muestras. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Fang, H., Chen, O. Water Research, 1997, 31, 2229-2242. 2. Jung, M., Ahn, K., Lee, Y., Kimb, K., Rhee, J., Park, J., Paeng, K. Microchem J., 2001, 70, 123. 3. Campos, J., Borges, R., Oliveira, F., Nobrega, R., Water Research, 2002, 36, 95-104. 4. Mukherjee, S., Kumar, S., Misra, A., Fan, M. Chem. Eng, Journal, 2007, 129, 133-142. 5. Yapar, S., Yilmar, M. Adsorption, 2004, 10, 287-298. 6. Forland, G., Blokhus, A. J. Colloid and Interface Science, 2007, 310, 431-435. 7. Zhou, Q., Frost, R., He, H., Xi, Y., Liu, H. J. Colloid and Interface Science, 2007, 307, 357-363. 8. Witthuhn, B., Pernyeszi, T., Klahre, P., Klumpp, E. Applied Clay Science, 2006, 32, 179-189. 9. Bartelt, S., Burns, S., Smith, J. J. Colloid and Interface Science, 2003, 266, 251-258. 10. El-Nahhal, Y., Safi, J. J. Co lloid and Interface Science, 2004, 269, 265-273.




11. Lazo, J., Navarro, A., Sun-Kou, M., Llanos, B. Rev. Soc. Quím. Perú, 2007, 73, 3, 166-170. 12. Gales, M., Booth, R. American Water Works Association, 1976, 68, 540. 13. Boufatit, M., Ait-Amar, H., McWhinnie, W. Desalination, 2007, 206, 394-406. 14. Brunauer, S., Demming, I., Demming, S., Teller E., J. Am. Chem. Soc. ,1940, 62 , 1723. 15. Lagaly, G. Clays and Clay Minerals, 1982, 30, 215. 16. Frost, R., He, H., Bostrom, T., Yuan, P., Duong, L., Yang, D., Xi, Y., Kloprogge, T. Ap plied Clay

Science, 2006, 31, 262-271. 17. Lee, S., Kim, Y. Colloids and Surface A:Phys. Eng. Aspects , 2002, 211, 1-26. 18. Groisman, L., Rav-Acha , C., Gerstl, Z. Applied Clay Science , 2004, 24, 159-166. 19. Upson, R., Burns, S. J. Colloid and Interface Science, 2006, 297, 70-76.

TECNOLOGIAS LIMPIAS PARA LA RECUPERACIÓN DE BIOGAS

Ingaruca Alvarez, Ever Florencio§, Roque Aguilar, Evelyn Malena**, Trujillo Huamán, José Luis

RESUMEN

La formación de metano en un relleno sanitario se va ha dar gracias al proceso de biodegradación de los materiales depositados. Estimar la producción del biogas y específicamente del metano es una de las preocupaciones de todos porque el gas poderosamente el medio ambiente y en muchas veces es necesario utilizarlo como fuente de energía. Es por ello que en este trabajo de investigación se formuló un modelo matemático para predecir la generación de metano en un relleno sanitario y

§ Ingeniero Químico, E-mail: [email protected], Urbanización COVICA Mz. E, Lote 23, El Tambo, Huancayo, Teléfonos (064-249896, 964-473374)

** Ingeniero Químico



mailto:[email protected]


luego validar el modelo con datos experimentales de la producción de metano del relleno sanitario de Paccha. El modelo matemático para la generación de metano en un relleno sanitario esta conformado por 2 ecuaciones diferenciales simultáneas, las cuales se resolvieron con el software Matlab. El modelo fue calibrado considerando que la cantidad de residuos sólidos que ingresan a un relleno sanitario es de 200 toneladas por día durante y por un período de 10 años. La validación del modelo matemático se realizo con datos experimentales del metano generado en el relleno sanitario de Paccha y las cuales después de ser analizadas en el cromatógrafo de gases del laboratorio de instrumentación de la Facultad de Ingeniería Química nos indican que actualmente se viene generando 779 626 m3 CH4/año.

Palabras Claves: Biogas, Eco-eficiencia, Tecnología Limpia

1. Introducción

Durante muchos años, gran parte de los esfuerzos de control ambiental en la industria, estuvieron centrados, principalmente, en el tratamiento de los residuos líquidos, gaseosos y sólidos. Sin embargo, las graves crisis ambientales sufridas por muchos países industrializados en las últimas décadas, han modificado drásticamente tales enfoques.

Resulta lógico, por lo tanto, llevar a cabo todos los esfuerzos necesarios, para reducir tales pérdidas de recursos e incrementar la productividad global del proceso. De este modo, se logra una reducción de los residuos generados y también una disminución de los recursos consumidos por unidad de producto.

Este concepto de eco-eficiencia es uno de los pilares de las estrategias modernas de control ambiental, ya que al incrementar la eficiencia de utilización de los recursos, se reduce el impacto ambiental del proceso de producción:

En muchos casos, los ingenieros enfrentan la tarea de mejorar el desempeño de empresas que llevan años de operación y que no presentan los estándares ambientales requeridos. El mejoramiento del desempeño ambiental de una empresa se logra mediante la implementación de: Medidas de gestión Modificaciones tecnológicas. Reemplazar y/o reparar aquellas unidades críticas que afectan la eficiencia

operacional, la calidad del producto, la seguridad y el desempeño ambiental. Evitar pérdidas obvias de materiales y energía. Mejorar la capacidad para medir las principales variables de proceso e

implementar sistema de control donde sea necesario. Facilitar la gestión y tratamiento de los residuos mediante una segregación

racional que privilegie un mejor aprovechamiento de los recursos.




Para llevar a cabo tales medidas, es necesario identificar las principales debilidades y fortalezas de la empresa en materia ambiental, seguridad y salud ocupacional, incluyendo las oportunidades y amenazas que enfrenta.

1.1 Tributos a considerar en el diseño de procesos limpios

1.1.1 Acerca de las materias primas: Abundancia de materias primas en el sistema. Fuentes y tasas de renovación. Impactos ambientales durante la extracción, transporte y almacenamiento de

dichas materias primas. Niveles de toxicidad, reactividad, inflamabilidad, volatilidad y otras características

relevantes para la salud, la seguridad y el ambiente. Presencia de componentes potencialmente contaminantes que no son

consumidos durante el proceso de manufactura y que pueden generar residuos no deseados. Características de dichos componentes.

Potencial reciclable de los residuos.

1.1.2 Acerca de los recursos energéticos: Requerimientos energéticos del proceso, fuentes primarias de energía y su

impacto ambiental. Disponibilidad local de los recursos energéticos. Eficiencias de utilización energética. Impactos ambientales asociados con su generación y consumo, riesgos de

accidente, etc. Valor estratégico de los recursos energéticos requeridos

El aumento del interés popular para contrarrestar la polución ambiental hace que debemos dar respuesta inmediata a los problemas que se tiene con la mala construcción y mala operación del relleno sanitario que se encuentra ubicado en la localidad de Paccha de nuestra provincia. Debido a esto, en el presente trabajo nos dedicaremos a estudiar la capacidad de producción de gas metano en el relleno sanitario de Paccha y evaluaremos como se incrementará durante los próximos años, y de esta manera contribuiremos con el manejo adecuado de este pasivo ambiental

2. Material y Métodos

2.1 Procedimiento de toma de muestra Se destapo el frasco de muestra evitando el contacto de las manos con el cuello

o boca del recipiente. El tubo de ensayo y/o frasco estuvieron sin la presencia de aire en su interior Se quito la tapa y retapa del papel del frasco como una sola unidad. Se mantuvo la tapa y el frasco fuera del contacto con suciedades y se lleno el

frasco con la muestra evitando la fuga del biogas.




Se retiro el aire una vez tapado el tubo de ensayo o frasco con tapón y su posterior aislamiento con Parafilm.

Las muestras fueron recolectadas con jeringa apropiadas y de uso general para estos tipos de muestra.

Se guardo el frasco de inmediato en el contenedor de muestras con la identificación correcta de la muestra.

2.2 Preparación de muestras

Para la realización del análisis de la muestra de metano se ha utilizado el equipo de cromatografía de gases que se encuentra en la Facultad de Ingeniería Química, que tiene las siguientes características:Marca : ShimadzuModelo : Bomba serie 100, detector L.C.-25 (IR)País : AlemaniaColumna : Aminex HPX-87H (Intercambio catiónico Bio-Rad) U.S.A.

El sistema de inyección de las muestras de metano se ha realizado utilizando un Head Space, que es una microjeringa graduada de una aguja hipodérmica con la que se atraviesa el tapón que contiene la muestra y luego se inyecta a la corriente del gas transportador que arrastra la muestra gaseosa a la columna.

3. Resultados y discusión

Mediante la siguiente relación propuesto por MARTÍN, Santiago (1997), se ha determinado la capacidad de generación del metano en el relleno de Paccha.

Donde:= Capacidad de generación de metano (g/Tn)

L = moles de O2 para degradar el metano (g)= Porcentaje mol de metano (%)

= Generación potencial de metano

= Volumen molar a P y T estándar

Tabla 3.1. R.S.D. Domiciliarios depositados en el Relleno Sanitario de Paccha

FechaTiempo(días)

Cantidad(Tn/d)

R.S.D. en total depositado (Tn/año)

Jul. 2001 – Dic. 2001 182 días 200 36400Ene. 2002 – Dic. 2002 365 días 200 73000Ene. 2003 31 días 200 6200Fuente: Municipalidad Provincial de Huancayo

3.1 Determinación experimental de la generación de metano

Donde: Cantidad de R.S.D. depositados (Tn/año)

Densidad del metano

a) Cantidad de R.S.D acumulado hasta el año 2003




La cantidad acumulada de residuos sólidos domiciliarios en el relleno de Paccha es de:

b) Densidad del metano

c) Generación de metano

Una vez realizado la determinación de la generación de metano, se ha procedido a elaboración la tabla 3.2, que corresponde a como se ha ido generando el metano en el relleno sanitario de Paccha después de su depósito de los residuos durante los últimos dos años.

Tabla 3.2. Resultados experimentales de la generación de metano en el relleno de Paccha

NºMuestra

Cantidad depositada

(Tn/año)

Análisis de Laboratorio

(% mol)CH4 Generado

(m3/año)

CH4 Generado acumulado

(m3/año)9

11 y 1211 y 12

3640073000

115600

18.4910.6110.61

140867492324779626

140867633191779626

3.2 Resultados de la simulaciónEn el desarrollo de modelos de la degradación de los residuos sólidos en el vertedero, para demostrar su potencial aplicabilidad, se realizan unas series de simulaciones de algún caso teórico variando el valor de los parámetros hasta obtener resultados “razonables”. Como resultado se obtienen valores paramétricos que pueden resultar de utilidad no sólo en la aplicación de cada modelo sino en el desarrollo de otros con expresiones similares. En el gráfico 3.1 se presenta los resultados de la predicción del modelo y la validación experimental.

Gráfico 3.1. Validación del modelo matemático con datos experimentales

0 10 20 30 40 50 60 70 800

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2x 10

6

tiempo (años)

Met

ano

(m3 C

H4/

año)

Generación de metano en un relleno sanitario

Comparación con el modelo matemático

--- Teorico (rojo)

*** Experimental (azul)

4. Conclusiones__________________________________________________________________________________________________________




El modelo matemático ha sido calibrado primeramente programando en la hoja electrónica del Excel, y posteriormente se ha realizado la simulación del modelo matemático en el software Matlab considerando que la cantidad de residuos sólidos que ingresan a un relleno sanitario es de 200 toneladas por día durante un período de 10 años.

El modelo matemático predice bien la generación de metano en un relleno sanitario no controlado, como es el caso del relleno de Paccha que actualmente está emitiendo la cantidad de 779 626 m3 CH4/año.

La generación de metano en un relleno sanitario aumentará de 1,8x106 m3

CH4/año a 2,2x106 m3 CH4/año cuando el parámetro de velocidad de generación de metano (k) aumenta de 0,05 a 0,07 (año-1).

5. Agradecimientos

Agradecemos a la Capitán de la Policía Nacional del Perú Ingeniero Químico Lily Miranda Huancahuari por su apoyo en los análisis de las muestras y al Laboratorio de Análisis por Instrumentación de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Centro del Perú.

6. Referencias Bibliográficas

BARLAZ, M. A.; ELEAZER, W. E.; ODLE, W. S.; QIAN, X. y WANG, Y. S. (1997). “Biodegradative Analysis of Municipal Solid Waste in Laboratory-Scale Landfills”. EPA/600/SR-97/071, Environmental Protection Agency, Estados Unidos.

CAMPBELL, J. V. (1983). “Understanding water balance in landfill sites”. Wastes management, Noviembre 1983, pp. 594 – 605.

FINDIKAKIS, A. N. y LECKIE, J. O. (1979). “Numerical simulation of gas flow in Sanitary Landfills”. Journal of the environmental engineering division, 105, pp. 927-945.

LAWRENCE A.W. Y MCCARTY P.L., “Kinetics of metane fermentation in anaerobic treatment”, JWPCF, 41:R1-R17, 1969.

LOBO, A.; HERRERO, J.; MONTERO, O.; FANTELLI, M. y TEJERO, I. (2002b). “Modeling for Environmental Assessment of Municipal Solid Waste Landfills (Part 2: Biodegradation)”. Waste Management and Research, 20(6), pp. 514 – 528.

POHLAND, F. G. (1980). “Leachate recycle as landfill management option”. Journal of the Environmental Engineering Division, 106(EE6), pp 1057 – 1069.

ZAROR ZAROR C. “Conceptos Fundamentales de Tratamiento de Residuos Industriales”, Segunda Edición. Ediciones Universitarias de la Universidad de Concepción, Departamento de Ingeniería Química, Setiembre, 1993.

Land GEM (Landfill Gas Emissions Model) Version 3.02, Environmental Protection Agency, Clear Air Technology Center, Mayo 2005, U.S.A.




INVESTIGACIÓN, DESARROLLO Y TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍAS DE HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA SINERGIA UNIVERSIDAD – GOBIERNO

LOCAL – POBLACIÓN: LACABAMBA

Daniel Lovera Dávila, Lawrence Quipuzco Ushñahua, Gaudencio Laureano Valentín, Dora Valencia Pereda, Carolina Becerra Martínez, Daniel Núñez Ato,

Helga Valdivia Fernández, Janet Montoso Asencios.

RESUMEN

El Instituto de Investigación IIGEO - FIGMMG de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos cumpliendo con su visión, misión y responsabilidad social, viene correlacionando esfuerzos institucionales con gobiernos locales a través de convenios marcos y específicos como el caso de la Municipalidad de Lacabamba. Mostramos a través de este artículo como la investigación participativa de un equipo multidisciplinario y de la población local permitió realizar el planeamiento estratégico concertado, identificación de la cartera de proyectos, consulta ciudadana, presupuestos participativos, perfiles de proyectos, fortalecimiento de capacidades de los actores locales, entre otros productos entregables ejecutándose el proyecto “Adaptación de un Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales en la Comunidad Urbana de Lacabamba, Región Ancash, Perú; Usando Tecnologías __________________________________________________________________________________________________________




de Humedales Artificiales” con el apoyo de SEMA - IDRC. Este proyecto permitió investigar, desarrollar y transferir tecnologías para el tratamiento de aguas domésticas, la instalación de un biohuerto comunal regado con aguas purificadas y la capacitación preactiva de comuneros, docentes, alumnos y mujeres, quienes se motivaron replicando en sus huertos familiares que a la fecha hay buenos resultados.

Palabras Clave: Transferencia de Conocimientos, Tecnologías, Planeamiento Concertado, Capacitación por Género, CTS+i

1. INTRODUCCIÓN

El Modelo Hexaédrico del Desarrollo Sostenible para el Perú diseñada por investigadores del IIGEO – UNMSM establece que el desarrollo sostenible se sustenta en 06 dimensiones del desarrollo, las cuales integra los conocidos procesos económicos, sociales y ambientales, con la variable político institucional y considerando escenarios probables de riesgo físico ambiental, además del fomento de la solidaridad de la sociedad y el cultivo de los valores y la ética. Además considera 10 campos transversales que forman la matriz del desarrollo:

1.-ESPACIO TERRITORIAL2.-GENERO E IDENTIDAD3.-CIENCIA, TECNOLOGIA e INNOVACION4.-MULTIDISCIPLINARIDADY TRANSECTORIALIDAD5.-SALUD, CANTIDAD Y CALIDAD DE VIDA6.-EDUCACION Y CULTURA7.-GESTION Y LIDERAZGO8.-SOSTENIBILIDAD EN EL TIEMPO9.-PARTICIPACION CIUDADANA10.-PROSPECTIVA Y VISION DE FUTURO

Este modelo hexaédrico fue aplicado en el Distrito de Lacabamba para el Diagnostico y Plan Estratégico Participativo de Lacabamba, lo cual permitió identificar una serie de proyectos para el desarrollo distrital, del cual uno de ellos fue el tratamiento de sus aguas domésticas y su reuso para fines agrícolas como es la experiencia en Israel, España y otros países en donde la Tecnología de humedales artificiales complementa las otras tecnologías convencionales de tratamiento de aguas existentes.

Con la firma del Convenio de donación por parte de los representantes del Secretariado de Manejo del Medio Ambiente para América Latina y Caribe, SEMA / EMS en nombre del International Development Research Centre, IDRC; y las autoridades de la Comunidad Distrital de Lacabamba en el año 2005; la Municipalidad de Lacabamba conjuntamente con el equipo técnico del Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minera Metalúrgica y Geográfica de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, IIGEO-UNMSM dieron comienzo a las actividades técnicas para el desarrollo del proyecto.


Gerencia Regional de Recursos Naturales y Gestión del Medio AmbienteSub Gerencia de Recursos Naturales y Medio Ambiente

Campos Transversales

Dimensión 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Social ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Económica ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Ambiental ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Institucionalidad ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Riesgos y CC ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑Ética, Valores y Principios

↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

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Figura 1 : Humedal Artificial en España

2. MATERIALES Y METODOS

La Tecnología de humedales artificiales está definida como un complejo ecosistema de substratos saturados, plantas (macrófitas) y agua, cuyo objetivo es la remoción de la mayor cantidad de contaminantes del agua residual a través de mecanismos de depuración que actúan en los humedales.

Para el desarrollo del proyecto se consideraron 5 etapas:

Etapa 1. Trabajos previos al diseño sistema de tratamiento: Información básica (identificación y ubicación física del terreno, evaluación del sitio, condiciones climáticas, disponibilidad de materiales del lugar); Características del afluente (Disponibilidad de agua, proyección de la oferta de aguas residuales y demanda de agua para el reuso, caudales, calidad de agua, caracterización del agua residual cruda, análisis de parámetros básicos).

Etapa 2. Diseño del sistema (Dimensionamiento del sistema de tratamiento propuesto, detalle esquemático de la planta de tratamiento: red de recolección y conducción, pretratamiento, sistema de humedales, materiales necesarios).

Etapa 3. Ejecución (Limpieza del sitio, replanteo en el campo del sistema de tratamiento, construcción del sistema, siembra de caña brava en los humedales).

Etapa 4. Monitoreo del sistema (Total cobertura vegetal en los humedales, monitoreo mediante tomas de muestras durante un periodo de tres meses en el afluente y efluente del humedal artificial).

Etapa 5. Operación y mantenimiento (Manuales de operación y mantenimiento, seguimiento del sistema durante los siguientes meses)

A través de este proyecto se tuvo como principal función investigar el efecto de las aguas tratadas por el sistema de humedal artificial sobre la vegetación de estudio. A su vez, integrar la tecnología agrícola con las prácticas culturales de la zona. Se consideró las siguientes etapas: diagnóstico, diseño, instalación y monitoreo.

Durante el diagnostico se recabó la información medioambiental y agrícola necesaria para la ejecución del proyecto. Para identificar las principales necesidades, se recurrió __________________________________________________________________________________________________________




a la encuesta participativa, programada durante la apertura de la consulta ciudadana que buscaba principalmente identificar que tipos de cultivos desean ser incorporados al sistema de alimentación (humana y animal). Se encontró una mayoría poblacional que aceptaba la incorporación en la dieta nutricional, tipo de plantas: hortalizas y aromáticas.

Como complemento al proceso, el proyecto indicó generar productos de autoconsumo, siendo benéfica la incorporación de plantas con potencial ornamental, maderero y de reforestación. En cuanto a los aspectos ambientales, se recabó información sobre la clasificación textural del suelo y la disposición del terreno a la labranza. Se presentó una seria dificultad con el nivel freático encontrado a una profundidad de 50 cm en un 50% del total del área establecida. Este hecho, condujo al movimiento y labranza del suelo y posterior secado al sol durante largos períodos.

Otros factores ambientales que intervinieron fueron la pronunciada extensión de pastos naturales en el huerto y desechos inorgánicos y orgánicos presentes.

En la etapa de diseño, con la selección del área y considerados los factores ambientales que intervienen en el proceso, se realizó la distribución espacial de los lotes con su correlativo sistema de siembra y sistema de riego tecnificado.

La etapa de instalación lo constituyó el proceso de labranza que incluye: limpieza (retiro de escombros, material inorgánico), deshierbe (retiro de malezas y hongos), volteo y desterronamiento, nivelación, apertura de canales de drenaje, relleno, abonado y preparación de surcos. El proceso de instalación propiamente dicha consistió del montaje del SRLAF - goteo (con tres tipos de goteros: regulables, autocompensados y piquetas), y la siembra (previo a esta etapa y durante un promedio de tres a cuatro semanas se almacigaron las semillas de hortalizas y forestales. Los geranios y otras especies florales fueron transplantados directamente a campo). La etapa de monitoreo se ejecutó a partir de la instalación, a partir del mes de noviembre de 2005 hasta el primer semestre de 2006, período en el cual se recolectaron muestras de las plántulas transplantadas con 12 a 14 semanas de desarrollo vegetativo y características físicas recomendadas como tamaño óptimo.

Figura 2. Jóvenes Lacabambinos en Inicio del Proyecto

El proyecto también permitió al equipo multidisciplinario brindar una capacitación preactiva a los comuneros participantes sobre el cuidado del medio ambiente, el valor de los recursos naturales y recursos humanos, a través de coloquios y entrevistas en sus barrios ó las faenas comunales; a los alumnos en los temas de agricultura orgánica, cultivos hidropónicos, y en los temas mencionados anteriormente realizados en el aula y en campo durante la construcción del humedal y la instalación del biohuerto participando de manera conjunta con sus profesores.

3. RESULTADOS Y DISCUSION




Acerca de los resultados, el humedal artificial ha demostrado tener una buena capacidad para eliminar sólidos en suspensión (90,26%) por filtración por parte del suelo. Con respecto a la remoción de la DBO5 se obtuvo una remoción del 48%. La remoción del nitrógeno amoniacal en el humedal presenta un valor de -0,13%, lo que indica que el nitrógeno amoniacal se ha estado acumulando en el humedal durante el periodo de muestreo. La remoción del fósforo en el humedal construido en Lacabamba muestra un valor del 45,45%. Considerando el desarrollo vegetativo incompleta del carrizo durante el periodo de monitoreo, la eliminación del fósforo se debió principalmente por una buena capacidad de absorción del medio filtrante. El nivel de eficiencia en la remoción de coliformes fecales en el humedal no fue significativo alcanzando una remoción del 62,70%.

Acerca del biohuerto podemos destacar que el proyecto alcanza su objetivo al demostrar que el agua tratada tuvo unas características físico-químicas adecuadas para el riego de las plantas, el proyecto identifica que las plantas (lechuga, betarraga, espinaca) no pueden ser consumidas, por encontrar problemas de contaminación por metales pesados presentes en el suelo y por ende, en la planta. La remediación de éstos se hará amparado bajo la reglamentación general del equilibrio ecológico y protección al ambiente.

El proyecto identifica que el biohuerto puede continuar su producción en plantas ornamentales y madereras, ya que el agua es óptima para este uso. En el caso de plantas de consumo deberán plantearse recomendaciones y medidas de mitigación y control de metales pesados en el suelo.Al final de la capacitación se recordó y resumió conceptos mediante diseños aplicativos a estudiantes de nivel primario y evaluación escrita a los estudiantes de nivel secundario, como método de refuerzo al aprendizaje en estos temas.

De igual modo, se generó información escrita sobre agricultura para los docentes del colegio, quienes expresaron su deseo e interés por dicho tema. Es de resaltar que al final de la capacitación una docente de ciencias naturales estaba capacitando a las comuneras sobre los beneficios del humedal artificial y un manejo técnico de los huertos. La capacitación a las mujeres fue integral. Además de los temas mocionados se trataron temas de seguridad alimentaria y nutrición, importancia de la educación, valoración de sus conocimientos técnicos ancestrales; de manera practica hubo entusiasmo en la siembra de hortalizas, frutales y rosas en sus huertos caseros, encargándose de su manejo junto con sus hijos con el objetivo de mejorar la alimentación de la familia.

Figura 3. Capacitación in-situ sobre el BioHuerto




Las conclusiones y recomendaciones técnicas que se ha llegado a partir de esta experiencia son:

Considerando que el principal trabajo para operar el sistema de tratamiento tiene lugar en el pretratamiento, se recomendó a las autoridades del Municipio de Lacabamba instalar un sistema de rejas y desarenador para prevenir la entrada de sólidos gruesos y material inorgánico en el tanque receptor.

El desarrollo y propagación del carrizo en el humedal artificial fue lenta después de tres meses de sembrado, con un incompleto desarrollo radicular en el suelo, lo que contribuyó a un deficiente desarrollo de bacterias alrededor de las raíces de las plantas y por lo tanto no lograr un adecuado tratamiento aeróbico. Asimismo, esto contribuyó a no suministrar un efecto de insolación en el humedal a fin de mantener una cama libre de variaciones de temperatura (heladas). Se espera que cuando las plantas alcancen una cobertura total en el humedal artificial se obtengan mejores rendimiento en la remoción de la DBO5 y del nitrógeno amoniacal.

La remoción del fósforo en el humedal artificial se debió principalmente por una buena capacidad de absorción del medio filtrante, principalmente por su composición química.

El nivel de eficiencia en la remoción de coliformes fecales en el humedal no fue significativo. Se espera un mejor rendimiento cuando exista un mayor desarrollo radicular de las plantas en el humedal. A pesar de no alcanzar los niveles recomendados por la Organización Mundial de la Salud para el riego de cultivos y para reuso en agua de estanques con peces, se recomienda usar el efluente para la irrigación de plantas ornamentales o forestales.

El humedal artificial en Lacabamba se trabajó con una alimentación continua. Se recomienda una alimentación de manera intermitente con periodos de reposo de dos o tres días, para favorecer las condiciones aeróbicas y por lo tanto la degradación de materia orgánica.

La eficiencia del tratamiento de aguas residuales por medio de humedales artificiales se determina realizando análisis periódicos de los parámetros de contaminantes. Se recomienda realizar otros monitoreos para analizar la efectividad del tratamiento del humedal en Lacabamba.

Se recomienda a las Autoridades Municipales mantener una adecuada operatividad y mantenimiento del sistema de tratamiento para garantizar un correcto funcionamiento en todo momento.

Monitoreas los Huertos familiares para potencializarlos Capacitación continua a los alumnos, profesores y pobladores sobre el manejo de estas

tecnologías y a su adaptación, asimilación y apropiación en su desarrollo local.

10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Plan Desarrollo de Lacabamba, 2003– 2011, IIGEO-Municipalidad de Lacabamba.2. Sociedad Quebequence de Saneamiento de Aguas. (1999). Estudios técnicos de

sustitución aplicables al saneamiento de aguas servidas de pequeñas comunidades. 2ª ed., Colombia.

3. Quipuzco, L. (2002). Evaluación del comportamiento de dos pantanos artificiales instalados en serie con Phragmites australis para el tratamiento de aguas residuales domésticas. Universidad Nacional Agraria La Molina.

4. Organización Mundial de la Salud. (1989). Directrices sanitarias sobre el uso de aguas residuales en agricultura y acuicultura. Ginebra.

5. Henk de Zeeuw & Karen Lock. (2000). «La agricultura urbana y peri-urbana, salud y medio ambiente urbano». En Documento de discusión para la Conferencia electrónica de FAO-ETC/ RUAF sobre la agricultura urbana y peri-urbana.




COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACION BAJO LAS DISTINTAS ETAPAS DE TIEMPO Y PERIODOS DE RETENCION

Autor: Ing. Juan Carlos Alarcón CondorAv. Túpac Amaru 1150 – Rímac, Pta. Nº 7 (Sector: T)

Teléfono: 01 4811070 anexo. 581 Fax: 01 4821585 anexo: 104Celular: 01993215917 - 01995472193

Email: [email protected]

Resumen

Esta investigación tuvo el objetivo de ampliar los conocimientos relacionados al comportamiento de las lagunas de estabilización de la Planta de tratamiento de aguas residuales – UNITRAR – UNI influenciados por los distintos microorganismos y las condiciones medioambientales. Se tuvieron tres etapas de las cuales la “primera etapa” consto del reconocimiento de los microorganismos involucrados en la degradación de la materia orgánica que van desde bacterias, algas y rotíferos con respecto a la profundidad y tiempo; distribuidos en distintos puntos de monitoreo dando un total de 432 muestras analizadas, donde se corrobora la variación en la cantidad de los distintos microorganismos. En la “segunda etapa” se busco investigar las fluctuaciones de los números y tipos de microorganismos según el tiempo de retención del sistema. En la “tercera etapa” se evalúo el comportamiento de la



mailto:[email protected]


biomasa bacteriana en la degradación de la materia orgánica en términos de DBO5; esta biomasa fue obtenida de las cepas que fueron aisladas en la “primera etapa”, para este estudio se utilizaron sistemas batch con dimensiones de manera que tengan las mismas condiciones ambientales de las lagunas de estabilización que son la temperatura y radiación; con esta ultima parte se llego a la conclusión que ciertas bacterias son las que degradan la materia orgánica con mayor rapidez.

Palabras ClaveMICROORGANISMOS, DBO, OXIGENO DISUELTO, ALGAS, ROTÍFEROS, BACTERIAS.

Summary

This research had the objective of expanding knowledge related to behavior to stabilization ponds the gaps in stabilizing at plant wastewater treatment – UNITRAR - UNI influenced by several microorganisms and environmental conditions. It took three phases which the "first stage" consists in the recognition of microorganisms involved in the degradation of organic matter as bacteria, algae and rotifers with regard to the depth and time; distributed at various monitoring points which were 432 samples analyzed, on the whole they corroborates the variation in the amount of several microorganisms. The "second stage" investigated to the fluctuations of numbers and kind of microorganisms depending on the retention time the system. Also the "third stage" performed to biomass behavior in the bacterial degradation of organic matter expressed in BOD5; it was obtained from strains that were isolated from the "first stage", in this part were used batch systems with dimensions so that they have the same environmental conditions of stabilization ponds that are temperature and radiation; finally we can say that certain bacteria degrade the organic matter in short time.

Key wordsMICROORGANISMS, BOD, DISSOLVED OXYGEN, ALGAE, ROTIFERS, BACTERIA

1. Introducción

Cuando las aguas residuales domesticas son descargadas en las lagunas de estabilización se realiza en ellas un proceso conocido con el nombre de auto depuración o estabilización natural, en el que ocurren fenómenos físicos, químicos, bioquímicos y biológicos, donde también existe una gran variedad de microorganismos y organismos que están presentes en la lagunas de estabilización cumpliendo de una manera u otra un papel importante en el proceso del tratamiento biológico, los cuales varían dependiendo de la profundidad ya que tenemos una laguna facultativa que se comporta aeróbicamente y anaeróbicamente. La presencia o ausencia de dichos microorganismos forman parte de un indicador de eficiencia – funcionamiento de la unidad de tratamiento con relación a la carga orgánica; siendo los microorganismos parte importante en el tratamiento de las aguas residuales mediante lagunas de estabilización y mas aun cuando estos no son reconocidos en su totalidad y que aparezcan en diferentes situaciones de tiempo no siguiendo una ley de desarrollo constante si no variable en el tiempo, se realiza la investigación para así obtener información de los diferentes microorganismos que pudiesen encontrarse y saber a detalle como se comportan bajo las diferentes condiciones ambientales.

2. Material y Métodos




Para la primera etapa el monitoreo se realizo en tres puntos guía distribuidos desde el ingreso hasta la salida, las profundidades de estos puntos serán superficie, 0.65m. y 1.3m. Para lograr el seguimiento de 24 horas; se opto el siguiente horario para la recolección de muestras: 6a.m, 12p.m, 6p.m, 12a.m. Los parámetros analizados fueron los siguientes: DBO5, tipo y variación de población de algas, rotíferos, bacterias heterotróficas y coliformes fecales. Se utilizaron medios de cultivo para su crecimiento en aerobiosis, haciendo diluciones y siembras en placas; se efectuaron recuentos directos usando láminas y cámaras de recuento para ser observados al microscopio de contraste de fases y epifluorescencia. También se guardaron muestras en preservantes adecuados para su estudio ulterior. Para la segunda ETAPA ubicamos 5 lugares los cuales representaban la zona de entrada, medio y salida de la laguna secundaria como también la entrada y salida de la laguna terciaria. Dentro de estas zonas, tomamos muestras en botellas estériles; todo el proceso fue repetido 3 veces (3 ‘ciclos’) para describir el comportamiento de 3 masas de agua diferentes pasando por las lagunas; los parámetros analizados fueron los mismos de la primera etapa. Para la tercera ETAPA el aislamiento de cepas bacterianas se hizo de cada monitoreo de la primera etapa; después de tener las placas con diferentes bacterias se procedió a cultivarlos en medios líquidos y después conservarlos a -70ºC durante el tiempo que demoraría la segunda etapa. Después de tener las cepas se utilizo tres sistemas batch calculando sus dimensiones de manera tal que tengan las mismas condiciones ambientales de las lagunas de estabilización que son la temperatura y la radiación solar, cuyas dimensiones fueron: 20x20x30cm, los cuales serian llenados con muestras de la laguna secundaria; en el cual el primero solo tenia muestra de laguna, el segundo tenia muestra de laguna mas una concentración de bacterias C1, el tercero tenia muestra de laguna mas una concentración de bacterias C2 que es el doble de C1 ósea C2=2C1. Cabe aclarar que para el ciclo 1 y ciclo 2 se utilizo las mismas cepas pero distintas para el ciclo 3 con la finalidad de obtener datos distintos de remoción de materia orgánica en términos de DBO5.

3. Resultados y discusión

Para la investigación se eligieron las lagunas de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la UNI – UNITRAR.

Foto 01 y 02: en la parte superior podemos observar otras bacterias mediante tinción Gram en el microscopio con aumento de 1000X y en la parte inferior tipos de algas de una muestra centrifugada comprando así el tamaño que tienen con las bacterias.

En la “PRIMERA ETAPA” se pudo demostrar que las bacterias que habitan en las lagunas de estabilización corresponden a especies diversas reconocidas como Alcalígenes, Acinetobacter, Flavobacterium, Citophaga, Pseudomonas sp. y Enterobacterias, todas ellas cultivables y pasibles de identificación bioquímica.




Según los gráficos obtenidos relacionan el comportamiento por horas, días, mes y en algunos casos por las diferentes profundidades de muestreo se pueden observar modelos del comportamiento para todos los parámetros analizados; en este caso mostramos uno de los tantos modelos; en el grafico 01 se puede observar el comportamiento del número de bacterias recolectadas a 0.65m

de profundidad en la laguna.

Grafico 01: variación horaria de bacterias heterotróficas

Según las graficas obtenidas que representan el comportamiento horario del oxigeno disuelto, indican que persigue un modelo constante durante las 24 horas. Los zooplancton que son los rotíferos observados, también tenían movimientos característicos de cada especie, algunos no podían ser fotografiados por la misma

movilidad que tenían.

Grafico 02: variación horaria del oxigeno disuelto

Dentro de los fitoplancton que son las algas existieron algunas que solo se observaron increíblemente en una sola muestra, otras solo en ese monitoreo y otras que si se repetían constantemente; entre las que se pudieron identificar tenemos: Chlorella, Euglena, Closterium, Ankistrodesmus, Actinastrum, Chlorococcum, Golenkinia Lepocinclis, Agnemellum, Ankistrodesmus falcatum, Anacystis, Anabaena Ankistrodesmus, Tetrastrum, Centritractus, Chroococcus, Nitzschia, Rhizolenia, Micractinium, Menismopedia, Gleocapsa, Oediganium, Schoederia, Oocystis, Coelastrum, Kirchreriella, Diplochloris, Protococcus, Chlamydomonas Trachelomonas, Coelosphaerium, Pleurochloris; de los 80 tipos de algas vistas solo 33 se pudo identificar de manera visual, ideal seria cultivar cada tipo de alga vista y corroborar de esa manera la identificación. Según los resultados obtenidos en la “SEGUNDA ETAPA” se pueden observar que en los gráficos, las curvas que reflejan de bacterias contadas por cada metodología son muy distintas; esto puede sugerir que en los métodos no se está contabilizando el mismo tipo de bacterias.

En los resultados obtenidos en el ciclo I de la “TERCERA ETAPA” en cuanto a remoción de DBOtotal

para un periodo de siete días, el mayor porcentaje lo tiene la



27723

44202

30352

44487

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

12:00 a.m. 06:00 a.m. 12:00 p.m. 06:00 p.m. 12:00 a.m.

N°/

1ml

3.7 3.7

10.3

9.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

12:00 a.m. 06:00 a.m. 12:00 p.m. 06:00 p.m. 12:00 a.m.

OD

(m

g/l

)

% de remocion de la D.B.O (5) total

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

Natural Concentracion 1 Concentracion 2


concentración 1con un valor de 34.71% en comparación del 15.55% que corresponde a la concentración 2, seguido por 10.46% de la muestra de laguna sin inoculación de bacterias (grafico N° 03).

Grafico 03: variación horaria del oxigeno disuelto

Estos resultados son importantes ya que de se demuestra de esta manera que existen tipos de bacterias que tienen mayor eficiencia en cuanto a degradación de DBO total. En el ciclo III solo obtuvimos resultados de la muestra natural y de la concentración 1 ya que el batch que contenía la concentración 2 se deterioró; los resultados de estos dos batch con respecto a la inoculación de bacterias es también en forma creciente, para este caso analizando la remoción de DBOtotal a los siete días de puesta a prueba se obtiene un 11.78% de remoción en comparación al batch con muestra de laguna que fue de -14.26%, este valor negativo obedece a que los valores de DBOtotal

obtenido fue de 48.18% al inicio y de 55.05% a los siete días de prueba.

4. Conclusiones

De la abundante masa fitoplactonica y zooplactonica que probablemente podrían estar presentes en estos procesos de tratamiento, solamente sean podido identificar totalmente cerca de 6% y parcialmente un 48% en el lapso de tiempo que corresponde a la presente información de reconocimiento. La identificación de bacterias capaces de crecer en medios de cultivo con agar ha sido posible utilizando los protocolos de identificación bioquímica tradicionales. Este resultado de los recuentos e identificación bacteriana solo está reflejando un porcentaje muy reducido (1% - 0.1% aproximadamente) de lo que en realidad existe en los sistemas de tratamiento lagunares. Con todos los datos presentados y la experiencia vivida se concluye que la presencia de estos organismos es variante. En el caso de bacterias no se tiene un comportamiento total debido a que no todas son identificadas. Las algas tampoco han sido identificadas en su totalidad, y lo que es mas interesante, aparecen nuevas especies en cada monitoreo de igual manera para los rotíferos y demás organismos. Lo que demuestra que el ecosistema lagunar es variante, indefinido y en función de las condiciones medio ambiéntales. A pesar de las limitaciones en microbiología molecular, pudimos utilizar la microbiología clásica para aislar determinadas bacterias que si logran crecer en los medios de cultivo tradicional amparándonos a esto se obtuvo resultados sorprendentes pues existen ciertas familias de bacterias que tiene un poder de remoción de materia orgánica; lo cual implica que en la basta e incalculable clases de bacterias, existe una “combinación” de estas que permite “acelerar” la degradación de la materia orgánica como se observa en los resultados obtenidos; pues de las 60cepas bacterianas aisladas solo hemos utilizado una parte.

5. Agradecimientos

Ing. Otto Rosasco Gerkes. (UNI), MSc. Rosa Elena Yaya Beas. (UNI), Dr. Guy Carvajal Carranza. (UNI), Dra. Magdalena Pavlich (Univ. Cayetano Heredia), Ing. Arturo Zapata Payco. (UNI), Srta. Liz Milagro Vega Morales. (UNI), Srta. Pilar Amalia García Avelino. (UNFV), Srta. Diana Whellams (Univ. Trent - Canadá)

6. Referencias Bibliográficas

1. Microbiología de las Aguas, Dr. Gerhard Rheinheimer, Alemania, Cuarta Edición, Editorial VEB 1987.




2. Efecto de la biomasa algal en demanda bioquímica de Oxigeno de efluentes de Lagunas de estabilización; Sancho Fernández Ana, Chile, 1989.

3. Distribución del oxígeno disuelto, pH y temperatura, de la laguna facultativa de la planta Maracaibo sur; Kwong Ch., Elsa. Escuela de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia. Maracaibo Venezuela.

4. Condiciones de carga orgánica, temperatura, precipitación, radiación solar, sulfuros y sulfatos en la estratificación de la biomasa algal en lagunas de estabilización; Carlos Martínez Cruz, Carlos Quintal Franco - Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán.

5. Evaluation of the units that conform the wastewater treatment plant south Maracaibo; Carmen Cárdenas1, Cristina Jaeger1, Héctor Villasmil1, Tomás Perruolo1, Suher Yabroudi1, Franklin López2, Lenin Herrera1 y Olga Castejón2 - 1Centro de Investigación del Agua. Universidad del Zulia. Escuela de Ingeniería Química. 2Instituto para la Conservación de la Cuenca del Lago de Maracaibo (ICLAM), Venezuela 2004.

6. Lagunas facultativas, evaluación, cinética y modelos alternativos para su diseño; Violeta E. Escalante Estrada y Hugo César Noriega García Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Paseo Cuauhnáhuac No. 8532.

7. Comportameto de lagoas facultativas secundárias no tratamento de águas residuárias domésticas; Gilson Barbosa Athayde Júnior, Salena Tatiana Silva Ataide, Salomão Anselmo Silva (1) - 21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental.

8. Fitoplancton de un embalse tropical hipereutrófico (Pao-Cachinche, Venezuela): abundancia, biomasa y producción primaria Interciencia González, Ernesto J.; Ortaz, Mario; Peñaherrera, Carlos y Maria L. Matos. 29(10), 2004

DISEÑO DE UNA LAGUNA FACULTATIVA PARA LA CIUDAD UNIVERSITARIA DE LA UNCP

Ingº José Eduardo Pomalaya [email protected]

1. ResumenEl presente trabajo trata del Diseño de un Sistema de Tratamiento Facultativo de las aguas residuales de la Ciudad Universitaria de la Universidad Nacional del Centro del Perú. Previamente es necesario caracterizar los efluentes domésticos, de servicios higiénicos, de laboratorios, los efluentes peligrosos del Centro Médico, principalmente en lo concerniente a la Carga Orgánica, para lo cual es necesario realizar análisis de Demanda Bioquímica de Oxígeno para materia orgánica biodegradable, análisis de Demanda Química de Oxígeno, para material oxidable no biodegradable. Mediciones de caudal o flujo volumétrico, mediciones de pH y de temperatura, mediciones de orientación y velocidad de vientos, reportes sobre parámetros de precipitación pluvial, registros de días insolados y no insolados. Con la información señalada se podrá hacer a continuación el diseño con la finalidad de proponer un agua tipo III (apta para irrigación), de acuerdo con la Normativa Ambiental Vigente y con el objetivo de lograr un ecosistema equilibrado apto para la vegetación y fines recreativos evitando la contaminación del medio físico agua y suelo, logrando un ambiente saludable y por ende una mejor calidad de vida para su entorno.

Palabras clave




laguna facultativa, tratamiento, diseño.

SummaryThis present job is about of the design of a system of treatment facultative of the waste water of the University City aria of the Universidad National University of Center of Perú. Before it is necessary the characterization of the waste water of the bathrooms, laboratories, waste waters of the Medical Center mainly the Organic Charge and it is necessary the analysis of the DBO for the rusty mater biodegradable, the analysis of the DQO for the rusty mater non biodegradable, measurement of the flux, pH and temperature, winds orientation, rain registries, isolated and non insolated days. With these information it can be done the design and the target to obtain a water Class III (for irrigations), according to the Current Environmental Legislation, for the objective to get an equilibrated ecosystem suitable for the vegetation and recreational purposes avoiding the pollution of the physical, water and soil environment getting a healthy environment and as a result a better life quality.

Key Words

facultative pond, treatment, design

2. Descripción de proyecto

2.1 Planteamiento del problema.

El saneamiento ambiental, es el reto de la ingeniería para este siglo. La necesidad imperiosa de la participación de la comunidad en la solución de sus problemas son los elementos que ayudarán a alcanzar la meta de un ambiente sano en un tiempo menor.El manejo de las aguas residuales se ha convertido en una de las problemáticas de mayor complejidad y alto costo que tiene que resolver las comunidades para alcanzar una mejor calidad de vida. Las diferentes alternativas que se presentan, en ocasiones, no suelen tener el impacto deseado, muchas veces por no corresponder realmente a las características específicas de cada región o por diferencias en la operación y mantenimiento de los sistemas.De otro lado, el reuso de las aguas residuales se ha convertido en una estrategia a seguir para lograr, de cierto modo, una reducción de los costos y una verdadera cultura ambiental.Los sistemas dependientes de equipos, materiales y productos complejos, que demandan uso intenso de energía y recursos escasos, par ser producidos y operados pasarán a segundo orden en relación con los sistemas naturales, que permiten inversiones y costos operacionales relativa ente menores. En términos de efluentes líquidos, ya están bastante difundidos los humedales naturales y artificiales, los reactores anaerobios de flujo ascendentes, los filtros anaerobios y aerobios sumergidos y los tradicionales filtros biológicos, actualmente más económicos y eficientes en función de nuevos materiales de henchimiento.En este escenario ambientalista que estimula la utilización de la fuerzas de la naturaleza en beneficio de la humanidad, las lagunas de estabilización ocupan un lugar destacado. Ellas se sirven de la energía solar, de los vientos, de la temperatura, de la fotosíntesis y de la simbiosis benéfica entre las algas y bacterias para producir, sin la necesidad de la retención forzada de biomasa activa, efluentes líquidos de calidad adecuada para alcanzar los estándares de emisión establecidos en las reglamentaciones de la gran mayoría de los países.




Además de los beneficios ambientales proporcionados para la protección de los cuerpos receptores de efluentes, los sistemas de laguna de estabilización se utilizan con elevada eficiencia en el tratamiento de aguas residuales domésticas para irrigación en agricultura.La normativa legal, en base a estudios epidemiológicos, establece que aguas residuales tratadas que presentan NMP de Coliformes fecales iguales o inferiores a 1000 por 100 mililitros (media geométrica durante el período de irrigación) y concentración de helmintos (nematodos intestinales) igual o inferior a un huevo por litro (media aritmética durante el período de irrigación) pueden utilizarse para la práctica de irrigación irrestricta. Los sistemas convencionales de tratamiento, como lodos activados y filtros biológicos, que remueven apenas dos órdenes de magnitud de bacterias y helmintos, no producen efluentes para reutilización compatibles con las directrices establecidas por la Organización Mundial de la Salud, para irrigación irrestricta.Mientras tanto, los sistemas de lagunas de estabilización, adecuadamente diseñados y operados, permiten la remoción de seis órdenes de magnitud de bacterias y tres órdenes de magnitud de helmintos. Considerando aguas residuales domésticas crudas con 109 Coliformes fecales por 100 mililitros y 103

huevos de helmintos por litro, también pueden alcanzarse las directrices de la OMS para la irrigación irrestricta, sin necesidad de desinfección.

2.2 Hipótesis de trabajo.Es posible lograr un diseño adecuado de sistema de tratamiento facultativo de aguas residuales para la Ciudad universitaria de la UNCP.

2.3Impacto esperado.Se tendrá un ambiente sano para la comunidad universitaria, con agua disponible tipo III para irrigación de especies vegetales contribuyendo a la mejora paisajística de la zona, evitando además sanciones legales a la Institución por vertimientos por encima de los límites máximo permisibles.

2.4Usuarios directos e indirectos potenciales de los resultados de la investigación.

Los usuarios directos e indirectos son alrededor de 10,000 miembros de la comunidad universitaria (UNCP) que comprenden alumnos, docentes, administrativos para que dispongan de un servicio de tratamiento de efluentes de aguas residuales, contribuyendo a la mejora de salubridad y por ende de calidad de vida.

2.5 Marco teórico y estado del arte. Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias, siendo recogidas por la red de alcantarillado que las conducirá hacia un destino apropiado.

Según su origen, las aguas residuales resultan de la combinación de líquidos y residuos sólidos transportados por el agua, que provienen de residencias, oficinas, edificios comerciales e instituciones junto con los residuos de las industrias y de actividades agrícolas, así como de las aguas subterráneas, superficiales o de precipitación que también pueden agregarse eventualmente al agua residual.

Así, de acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas como:

- Domésticas: son aquellas aguas utilizas con fines higiénicos (sanitarios, cocinas, lavanderías, etc.) Consisten básicamente en residuos humanos que




llegan a las redes de alcantarillado por medio delas descargas de las instalaciones hidráulicas de la edificación y también en residuos originados en establecimientos comerciales, públicos y similares.

- Industriales: son residuos líquidos generados en los procesos industriales. Poseen características específicas, dependiendo del tipo de industria.

- Infiltración y caudal adicionales: las aguas de infiltración penetran en el sistema de alcantarillado a través de los empalmes de las tuberías, paredes delas tuberías defectuosas, tuberías de inspección y limpieza, cajas de paso, estructuras de los pozos de registro, estaciones de bombeo, etc. Hay también aguas pluviales, que son descargados por medio de varias fuentes, como canales, drenajes y colectores de aguas de lluvias.

- Pluviales: son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades de agua sobre el suelo. Parte de estas aguas es drenada y ora escurre por la superficie, arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos que pueden estar sobre el suelo.

Según literatura, cada persona genera 1,8 litros de material fecal diariamente, correspondiendo 113,5 gramos de sólidos secos, incluidos 90 gramos de materia orgánica, 20 gramos de nitrógeno, más otros nutrientes, principalmente fósforo y potasio.

2.6 Objetivos del proyecto. Caracterizar las aguas residuales de la Ciudad Universitaria. Proponer un diseño facultativo de tratamiento de aguas residuales.

2.7 Metodología.2.7.1 Método de Investigación

La investigación será de tipo experimental

2.7.2 Diseño Metodológico

a) Población y Muestra

La población comprende los vertimientos de aguas residuales de 10,000 miembros de la comunidad universitariaLas muestras se tomarán en la salida de los cafetines, laboratorios, baños, y centro médico de la UNCP.

b) Técnicas y Procedimientos de Recolección de Datos

Método de Análisis de DBO5, DQO, Microbiológico y Bacteriológico.Método de Análisis Instrumental; mediante Equipo Absorción Atómica.Método de Análisis Estadístico; para la interpretación y discusión de

resultados.

c) Materiales y Equipos a utilizar

Colectores y recipientes de muestreo.Equipo de Análisis de Aguas: DBO5, DQO, Microbiológico.Cuba de incubación.pH metro.Medidores de flujo.Espectrómetro de absorción atómica.

3. Referencias Bibliográficas - Hess, J.L. y Ramos J.C. Mantenimiento de equipos en los sistemas de agua potable y alcantarillado, Manual DTIAPA N.C. 13, CEPIS, Lima; Perú 1985.




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4. Infraestructura y medios físicos a utilizar (laboratorios, talleres experimentales, equipos sofisticados, etc.).- Laboratorio de Análisis de Aguas de la Facultad de Ingeniería Química de la

UNCP.(Equipos para análisis de Demanda Bioquímica de Oxígeno, Demanda Química de Oxígeno, Análisis Microbiológico y Bacteriológico)

- Laboratorio de Análisis Instrumental de la UNCP (Análisis con Equipo de Absorción Atómica).




RECUPERACIÓN DE CROMO PRESENTE EN EFLUENTES LÍQUIDOS CONTAMINADOS GENERADOS EN EL CURTIDO DE PIELES MEDIANTE LA

INTERCALACIÓN DE BENTONITAS††

D. García-Jiménez(1), E. Oré-Núñez(1), W. Fuentes-López(1), M.A. Vicente(2), A. Gil(3)

(1)Laboratorio No Metálicos Facultad de Ingeniería Química, Universidad Nacional del Centro del Perú, Huancayo (Perú)

(2)Departamento de Química Inorgánica, Universidad de Salamanca, Plaza de la Merced, s/n, E-37008 Salamanca (España)

(3)Departamento de Química Aplicada, Universidad Pública de Navarra, Campus de Arrosadía, E-31006 Pamplona (España)

RESUMEN

Dos bentonitas naturales procedentes del Valle del Mantaro (Huancayo, Perú) han sido empleadas para disminuir y recuperar el contenido en cromo de un efluente residual generado en un proceso de curtido de pieles. El efluente fue tratado con NaOH y ácido fórmico, con el objetivo de que el Cr3+ polimerice formando un eficaz agente intercalante de las bentonitas. Las variables de intercalación estudiadas fueron la temperatura (20 y 60ºC) y el tiempo de intercalación (5 y 10 horas), respectivamente. El proceso de intercalación permitió disminuir el contenido en cromo del efluente residual de 635 ppm hasta 4,06 ppm, en el mejor de los casos. Las arcillas apilaradas resultantes presentaron superficies específicas en el rango de 92 a 134 m2/g y volúmenes microporosos en el rango de 0,039 a 0,059 cm3/g.

†† Publicado en la Revista Afinidad IQS, 62 (517), 190-196, España, 2005__________________________________________________________________________________________________________




Palabras clave: Arcillas intercaladas. Arcillas apilaradas. Recuperación efluentes líquidos contaminados. Cromo. Curtido de pieles.

SUMMARY

Two natural bentonites from Valle del Mantaro (Huancayo, Peru) have been used to diminish and to recover the chromium content of a residual effluent generated at a leather tanning process. The efluent was treated with NaOH and formic acid, with the objective that Cr3+ polimerizes forming an effective intercalant agent of the bentonites. The intercalation variables studied were the temperature (20 and 60 ºC) and the intercalation time (5 and 10 h). The intercalation process allowed to diminish the chromium content of the residual effluent from 635 ppm to 4.06 ppm, as the best result. The pillared clays show specific surface areas in the range of 92 to 134 m2/g and microporous volumes in the range of 0.039 to 0.059 cm3/g.

Key words: Intercalated clays. Pillared clays. Waste liquid efluents recovery. Chromium. Leather tanning.

INTRODUCCIÓN

La preocupación por el medio ambiente ha generado innumerables investigaciones a fin de proteger nuestro planeta de agentes contaminantes en la atmósfera, en las corrientes de aguas superficiales y subterráneas y en el suelo. Algunas de las soluciones que pueden aplicarse para resolver el problema de la contaminación ambiental de efluentes industriales son (1): a.- Modificación de operaciones y procesos en las plantas industriales, compatibles con la producción y calidad de los productos a obtener, con el objeto de minimizar los volúmenes de los efluentes o la concentración de contaminantes en las descargas. b.- Tratamiento de los efluentes por métodos físicos, químicos y biológicos, con el fin de reducir contaminantes de los mismos hasta los límites fijados por las normativas vigentes. c.- Aprovechamiento integral o parcial de los efluentes para recuperar y/o generar productos con valor añadido, que ofrezcan alguna rentabilidad interesante.

Los efluentes industriales provenientes de las curtidurías son uno de los más complejos en lo que se refiere a su tratamiento debido a la composición y origen de los contaminantes. Los principales vertidos se generan en la zona de adobar y en la tenería (2). En la zona de adobar se realizan las operaciones de curado, descarnado, lavado, remojo, eliminación del pelo, corte a la cal, maceración, piclaje y desengrasado. En la tenería se prepara la piel fina mediante varios procesos. Entre ellos se incluyen el curtido vegetal o con cromo, el raspado y el acabado. El proceso global de curtiduría genera de media 100 m3 de vertidos por 1.000 kg de piel salada y húmeda tratada. Los vertidos se caracterizan por estar calientes, desprender un olor desagradable, presentar un color oscuro, así como elevadas cantidades de materia orgánica (típicamente 1.000 ppm de DBO), sólidos totales (típicamente 8.000 ppm) y restos de sulfuro y cromo (2). El tratamiento de estos efluentes líquidos es difícil, aceptándose como procedimiento general operaciones de homogeneización, sedimentación y tratamiento mediante fangos activos. El cromo es uno de los componentes más importantes de estos efluentes, ya que casi un tercio del cromo usado en el proceso no se fija durante el curtido. Debido a las propiedades tóxicas del cromo (3), las medidas para la depuración de estos efluentes son cada vez más estrictas y exigentes. Uno de los métodos convencionales sería la precipitación del cromo como hidróxido. Se generaría una corriente de fangos que provocaría problemas ecológicos a la hora de su tratamiento y disposición final. Otra posible ruta




alternativa sería intentar recuperar este metal, pudiendo sintetizar nuevos materiales de valor añadido.

Las arcillas laminares intercaladas con polihidroxicationes metálicos constituyen un grupo muy importante de materiales con una estructura microporosa de dimensiones moleculares. Estos materiales se preparan mediante un proceso de síntesis de varias etapas, la primera de las cuales consiste en el intercambio de los cationes interlaminares que compensan la carga neta negativa de las láminas de las arcillas esmectíticas por polihidroxicationes metálicos, y posterior calcinación a una temperatura relativamente alta. La intercalación con los policationes inorgánicos provoca un considerable aumento del espaciado interlaminar de los sólidos intercalados, pudiéndose considerar como precursores de las arcillas apilaradas. Durante el proceso de calcinación, los policationes son transformados en pilares, los cuales mantienen separadas las láminas arcillosas de manera permanente (Figura 1). De esta forma se origina un entramado microporoso que presenta una elevada superficie específica, pudiéndose emplear estos sólidos como adsorbentes, catalizadores y soportes de catalizadores. Las características de estos materiales pueden ser modificadas y controladas mediante las condiciones de preparación y más concretamente a través de la naturaleza y del número de policationes intercalados (4). Los polihidroxicationes metálicos frecuentemente empleados en la síntesis de arcillas intercaladas son los procedentes de la hidrólisis parcial en disolución acuosa de sales de Al3+, Cr3+, Fe3+, Ga3+, Ti4+ y Zr4+ (5-15).

El Cr3+ es uno de los pocos cationes, juntamente con el Al3+, que puede hidrolizarse fácilmente dando lugar a una amplia variedad de polioxocationes. Los polioxocationes de cromo pueden prepararse por hidrólisis básica de manera muy parecida a como se lleva a cabo la del aluminio (16,17). Las disoluciones acuosas de nitrato de cromo presentan un color azul, que evoluciona hacia tonalidades verdes al provocar la hidrólisis parcial del Cr3+ por adición de iones OH-. Los productos de esta hidrólisis parcial son numerosos y dependen de las condiciones de reacción utilizadas. Se ha descrito la existencia de especies estables en forma de monómero, dímero, trímero y tetrámeros (18-23), e incluso en forma de hexámero (24). Son varios los grupos de investigadores que han descrito la intercalación de materiales arcillosos con disoluciones de cromo hidrolizadas siguiendo varios métodos. Brindley y Yamanaka (25) fueron los primeros investigadores en intentar la síntesis de arcillas intercaladas con disoluciones de nitrato de cromo parcialmente hidrolizadas empleando NaOH a temperatura ambiente. Los autores observaron un aumento del espaciado basal hasta 16,8 Å, con un colapso de la estructura intercalada generada a una temperatura de 300 ºC. En estas mismas condiciones, Carr (26) y Dubbin y col. (27) han intentado explicar las características de los sólidos sintetizados a partir de las especies de cromo que pueden generarse en disolución. Volzone y col. (28-30) en una serie de trabajos han estudiado la influencia de variables como el tiempo y la temperatura de hidrólisis, la razón OH-/Cr3+ y la naturaleza de la arcilla en las propiedades del material intercalado sintetizado. Vicente y col. (31,32) han encontrado que es posible realizar la polimerización conjunta de Al(III) y Cr(III), y que los sólidos pilareados resultantes combinan las propiedades conferidas por ambos elementos, principalmente la buena estabilidad térmica aportada por el Al y la buena actividad catalítica aportada por el Cr, siendo activos en la oxidación de compuestos orgánicos volátiles. Pinnavaia y col. (33) y Tzou y Pinnavaia (34) propusieron otro método empleando Na2CO3 como agente hidrolizante para generar la especie de cromo de intercalación. Estos autores observaron que al aumentar la temperatura de hidrólisis de 25 a 95 ºC, aumentaba también el espaciado basal y la estabilidad de las arcillas apilaradas, explicándose debido a la formación de polímeros de mayor tamaño. Los oligómeros de cromo generados en estas disoluciones han sido identificados mediante estudios empleando EXAFS (35). Este método de síntesis de arcillas apilaradas con cromo ha sido __________________________________________________________________________________________________________




empleado también por otros autores (36-38). Otros investigadores (39-41) han descrito la formación de especies poliméricas de este elemento que contienen ligandos orgánicos, en concreto acetatos, actuando como puentes entre los cationes de cromo. Recientemente, Yoon y col. (42) han propuesto un nuevo método de intercalación de montmorillonita con cromo, basado en la utilización del cation trimérico 3-oxo, tris (di-2-formiato aquo cromo(III)), [Cr3(3-O)(2-HCO2)6(H2O)3]+, abreviado TCF (Figura 2), formado por redisolución en disoluciones de ácido fórmico de hidróxido de Cr(III) recién precipitado. Los sólidos obtenidos son caracterizados por una gran variedad de técnicas, observándose que la estructura laminar se mantiene hasta una temperatura de 550 ºC.

En este trabajo se presenta una ruta para reducir la cantidad de cromo presente en efluentes residuales industriales procedentes de una empresa dedicada al curtido de pieles. Para ello, se tratan los efluentes mencionados con disoluciones que contienen hidróxido sódico y ácido fórmico, y se ponen en contacto con dos bentonitas naturales procedentes del Valle del Mantaro (Huancayo, Perú). Se consigue que el Cr3+ trimerice formando el catión TCF y que éste se intercale entre las láminas de las arcillas. De esta manera, se consigue reducir notablemente el contenido en cromo del efluente, al tiempo que se obtienen materiales arcillosos con valor añadido, útiles en procesos de adsorción y en reacciones catalizadas.

EXPERIMENTAL

Las aguas residuales estudiadas fueron obtenidas de la etapa de curtido al cromo de pieles. Se tomaron muestras a diferentes profundidades de los depósitos conteniendo el licor residual que fueron conservadas a bajas temperaturas. La cantidad de cromo total presente se analizó mediante un espectrofotómetro Shimadzu UV-1203 a una longitud de onda de 542 nm.Para el presente estudio se utilizaron dos muestras de bentonitas naturales del Valle del Mantaro. Las bentonitas Jarpa (J) y Mitopampa (M) fueron proporcionadas por los yacimientos ubicados en los distritos de San Juan de Jarpa y de Chongos Alto, provincia de Chupaca, Perú, respectivamente. Las arcillas fueron sometidas a la operación de molienda en un molino de bolas de laboratorio, separándose la fracción fina de la más gruesa empleando un tamiz de malla nº 325 ASTM. La disolución de cromo intercalante se preparó a partir del agua residual del curtido al cromo, teniendo en cuenta la concentración inicial de cromo total. El cromo se precipitó como hidróxido de cromo mediante la adición de una disolución de NaOH 1 M hasta obtener una relación OH-/Cr3+ de 3, agitando continua y vigorosamente. El hidróxido de cromo precipitado se hizo reaccionar con una disolución de ácido fórmico 1 M hasta lograr una relación de 0,05 moles de cromo por cada 8 ml de ácido fórmico añadido (42). Esta disolución se maduró a temperatura ambiente por un periodo de 15 h con constante agitación. Una suspensión acuosa previamente preparada de las arcillas (2 % en peso) se agregó gota a gota y bajo intensa agitación sobre las disoluciones intercalantes. Se realizaron ocho experimentos denominados como X-Y-Z, donde X es la bentonita empleada (J o M), Y es la temperatura de intercalación en ºC y Z es el tiempo de intercalación en horas. Así, por ejemplo, M-20-5 quiere indicar que el proceso de intercalación se llevó a cabo empleando la bentonita Mitopampa, a una temperatura de 20 ºC y con un tiempo de contacto de 5 h. Las nuevas suspensiones, tras el periodo de intercalación, se centrifugaron y lavaron con agua desionizada. Los sólidos se secaron en aire durante 3 h a 90 ºC, y a continuación se calcinaron durante 4 h a 400 ºC, con una velocidad de calentamiento desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de calcinación de 5 ºC/min. El líquido separado de cada experimento tras el proceso de intercalación fue analizado espectrofotométricamente,




como se ha descrito anteriormente, determinando la concentración de cromo total final y el porcentaje de recuperación.

La caracterización de los materiales se llevó a cabo por diversas técnicas. La composición química de ambas bentonitas se determinó por análisis químico clásico (43). Una determinada cantidad de bentonita se dividió en dos partes. Una de ellas fue requerida para la determinación de Na2O y K2O mediante el método gravimétrico. La otra cantidad de muestra sirvió para la determinación de SiO2, R2O3 (Al2O3 + Fe2O3), MgO y también por gravimetría. Para completar el análisis, se determinaron las pérdidas por ignición (PPI) y el grado de humedad de la muestra. La capacidad de intercambio catiónico (CIC) se determinó mediante el método basado en la adsorción de azul de metileno (44,45). El estudio mineralógico se realizó a través de los difractogramas de rayos X obtenidos mediante el método de polvo en un difractómetro Siemens D-500 a una velocidad de 1º/min desde 2 hasta 60º de 2. Los experimentos de adsorción de N2 se llevaron a cabo a – 196 ºC en un equipo volumétrico estático (Micromeritics ASAP 2010). Las muestras se desgasificaron (p < 10-3 mmHg) previamente a 100 ºC durante 12 h. Las superficies específicas (SBET) se calcularon a partir de la ecuación de B.E.T. en el intervalo 0,05 < p/p0 < 0,3 (46-48). Los volúmenes específicos de microporos (Vp) se estimaron mediante la aplicación de la ecuación propuesta por Dubinin y Radushkevich (DR) (49). Los volúmenes específicos de poros totales (VpTotal) se estimaron a una presión relativa de 0,99. Los análisis de espectroscopía IR realizados a las dos bentonitas naturales y a dos de las muestras intercaladas que presentaron los mejores resultados de recuperación de cromo se llevaron a cabo en un espectrofotómetro IR Buck Modelo 500, mediante la técnica de la pastilla de bromuro potásico. La región explorada fue la comprendida entre 4000 y 600 cm-1.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Algunas de las características más importantes de las arcillas de partida se presentan en las tablas I y II y en la figura 3. Las bentonitas utilizadas presentaron un alto contenido en partículas inferiores a 2 μm.

Los porcentajes de depuración se determinaron comparando la concentración inicial de cromo en el efluente residual y las concentraciones finales de cromo en las disoluciones resultantes tras el proceso de intercalación. Estos resultados se han incluido en la tabla III. Como puede observarse, se obtuvo una disminución de la concentración de Cr de 635 ppm (valor en el efluente residual inicial) hasta 4,06 ppm en el proceso más eficaz (muestra M-60-10) y hasta 47,56 ppm en el proceso menos eficaz (muestra M-20-5). En cualquier caso, los porcentajes de depuración fueron siempre superiores al 90%. Las diferencias observadas entre las dos arcillas empleando las mismas condiciones de intercalación pueden explicarse por la diferente cantidad de montmorillonita en cada una de ellas, claramente superior en la arcilla de Mitopampa, lo que a su vez se traduce en una mayor capacidad de intercambio catiónico (tabla I). No obstante, debe tenerse en cuenta que éste no es el único factor que condiciona la intercalación de una arcilla esmectítica, de hecho, siempre se intercala una cantidad de policationes inferior a la necesaria para compensar la CIC. Al aumentar la temperatura de intercalación se incrementa la retención de las especies de cromo, en todos los experimentos aumenta el porcentaje de depuración al emplear 60ºC como temperatura de intercalación. Tomando como ejemplo los experimentos M-20-10 y M-60-10 se observa un incremento del 6 % (de 93,35 % a 99,36 %). Este hecho puede venir determinado porque al aumentar la temperatura de la disolución aumente el grado de polimerización del cromo, como ha sido descrito por Pinnavaia y col. (33,34), y al aumentar el grado de polimerización se requiere una mayor cantidad de cromo para compensar la carga de la arcilla. El comportamiento __________________________________________________________________________________________________________




observado también puede estar relacionado con un aumento de la velocidad de difusión de los policationes de cromo presentes en la disolución en el espaciado interlaminar del material arcilloso.

Por otro lado, el tiempo de intercalación favoreció la depuración del efluente cuando se empleó como material de intercalación la bentonita Mitopampa, pero en el caso de la bentonita Jarpa se observó el efecto contrario, y comparando, por ejemplo, las muestras J-20-5 y J-20-10, los porcentajes de depuración disminuyeron casi un 3 % (de 98,18 % hasta 95,68 %). Este hecho, que según los resultados obtenidos, no debe estar causado por la disolución sino por las arcillas, puede estar relacionado con la composición mineralógica de cada arcilla, antes comentada. En el caso de la arcilla Mitopampa, que contiene un elevado porcentaje de montmorillonita, el tiempo de intercalación puede suponer un mejor hinchamiento de las láminas arcillosas, mientras que en la muestra de Jarpa, el tiempo de contacto puede suponer la disolución de alguna impureza de la arcilla por el medio ácido aportado por la disolución intercalante. Habitualmente, la presencia de impurezas mineralógicas, particularmente de las que puedan solubilizarse en el medio intercalante, suele influir de forma negativa en la intercalación, efecto atribuido a que provocan la floculación de la arcilla dificultando el hinchamiento de las láminas arcillosas, la difusión de los policationes al interior de la región interlaminar, etc., más que por competencia catiónica. No obstante, debe indicarse que no se detectaron impurezas solubles en medio ácido, como pueden ser calcita y dolomita, en las composiciones mineralógicas de las dos arcillas usadas.

La forma de las isotermas permite clasificarlas como del tipo II según la clasificación propuesta por Brunauer, Deming, Deming y Teller (BDDT) (50). Los valores de las superficies específicas y de los volúmenes microporosos de las muestras se han incluido en la tabla IV, siendo característicos de arcillas laminares intercaladas con hidroxicationes de cromo (31). En primer lugar, la intercalación de las arcillas de partida con el catión TCF provoca un aumento de las propiedades texturales, en concordancia con el proceso que se está llevando a cabo. En segundo lugar, la tendencia de los valores calculados para las dos arcillas en función de las variables estudiadas, tiempo y temperatura de hidrólisis, concuerda con los resultados de cromo retenido (tabla III). Para tiempos pequeños de intercalación, la serie de muestras sintetizadas a partir de la arcilla Mitopampa presenta unas características texturales más bajas que las que presentan las muestras sintetizadas con la arcilla Jarpa. Al aumentar el tiempo y la temperatura, las diferencias se reducen claramente.

Los espectros IR de las muestras M-60-10 y J-60-5 se recogen en las figuras 4 y 5, respectivamente. El espectro correspondiente a la muestra M-60-10 presenta una banda de absorción débil a 690 cm-1, siendo más pronunciada la banda a 680 cm-1

que presenta el especto de la muestra J-60-5. Estas bandas se pueden atribuir a la presencia de pilares de cromo en la estructura del material (42), no observándose en los espectros de las muestras de partida. En torno a 1630 cm-1 aparece la banda de deformación de las moléculas de agua, (H2O), que forman parte de la estructura del sólido, bien agua adsorbida, unida a los cationes de cambio de la montmorillonita, o coordinada en los policationes TFC. También aparecen en esta región, como dos bandas situadas en torno a 1650 y 1550 cm-1, las vibraciones de tensión (C=O) y (C-O) correspondientes al grupo COO- del anión formiato. La aparición de estas bandas separadas unos 100 cm-1 es típica de la presencia de grupos carboxilato unidos a cationes metálicos actuando como ligandos puentes, y ha sido descrita en diversas especies catiónicas que contienen ligandos carboxilato intercaladas en esmectitas (51,52).

CONCLUSIONES__________________________________________________________________________________________________________




En este trabajo se ha recuperado el cromo presente en efluentes líquidos contaminados procedentes del curtido de pieles como agentes de intercalación de arcillas, consiguiendo una purificación muy significativa de los mismos. La retención se ha realizado mediante el uso de dos arcillas naturales, las cuales se intercalan con las especies poliméricas de cromo formadas en el efluente. Las arcillas intercaladas así generadas pueden tener aplicabilidad potencial como adsorbentes y catalizadores, permitiendo ampliar y revalorizar el espectro de aplicaciones de estos materiales.

AGRADECIMIENTOS

Por la ayuda prestada al Centro de Investigación de Minerales Arcillosos, Universidad de Comahue (Argentina); Centro de Investigación y Desarrollo de Ciencias Aplicadas, La Plata (Argentina); Instituto de Investigación en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México (México); J. Seaman, Savannah River Ecology Laboratory, The University National of Georgia (EE.UU.).

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TABLA ICaracterísticas de las bentonitas naturales

Mitopampa JarpaMineralogíaMontmorillonita 89,8 % 62,71 %Microclina -- 5,91 %

Cuarzo 10,2 % --

Cristobalita -- 31,38 %

CIC (meq/100g) 100 83SBET (m2/g) 65 63Vp (cm3/g) 0,033 0,031

TABLA IIComposición química de las bentonitas naturales




Componente (%) Mitopampa JarpaSiO2 51,76 66,60Al2O3 23,15 12,10Fe2O3 1,93 2,38CaO 2,67 2,19MgO 0,77 1,02Na2O 0,26 0,12K2O 0,08 0,18Otros 4,6 3,87Humedad 14,78 11,54PPI1 5,48 3,70

1Pérdida por ignición.

TABLA IIIPorcentajes de depuración y concentraciones de Cr finales obtenidos en los ensayos de

apilaraciónMuestra Depuración (%) Crfinal (ppm)

MitopampaM-20-5 92,51 47,56

M-20-10 93,35 42,23

M-60-5 98,90 6,99

M-60-10 99,36 4,06

Jarpa

J-20-5 98,18 11,56

J-20-10 95,68 27,43

J-60-5 99,02 6,22

J-60-10 98,84 7,37

TABLA IVSuperficies específicas y volúmenes porosos, totales y microporosos, de las muestras

naturales y apilaradasMuestra SBET (m2/g) Vp (cm3/g) VpTotal (cm3/g)

Mitopampa 65 0,033M-20-5 92 0,039 0,130

M-20-10 98 0,042 0,146

M-60-5 110 0,047 0,163

M-60-10 134 0,059 0,162

Jarpa 63 0,031

J-20-5 105 0,045 0,159

J-20-10 100 0,043 0,151

J-60-5 121 0,052 0,152

J-60-10 134 0,059 0,161



Cr

Cr

O

CH

H2O

0

5

10

15

20

25

30

2 7 11 21 30 84

MitopampaJarpa

(%)

Tamaño de partícula (m)


Figura 1. Esquema de una arcilla apilarada

Figura 2. Representación esquemática del catión de cromo trimérico (adaptado de la referencia 42)

Figura 3. Tamaños de partícula de las bentonitas Mitopampa y Jarpa




Figura 4 Espectros IR de la bentonita Mitopampa y de la muestra M-60-10

Figura 5. Espectros IR de la bentonita Jarpa y de la muestra J-60-5



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