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IV CONGRESO CUBANO DE MINERIA (MINERIA´2011) V Taller de zeolitas naturales, usos y aplicaciones MIN6-P1

CUARTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS´2011. Memorias en CD-Rom, La Habana, 4 al 8 de abril de 2011. ISBN 978-959-7117-30-8

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PRODUCTOS PERSPECTIVOS DESARROLLADOS A PARTIR DE MATERIALES POROSOS NATURALES CUBANOS EN TRATAMIENTO DE AGUA Y AGUAS RESIDUALES Martha Velázquez Garrido, Esteban Alfonso Olmos, Moisés Huertemendia Marín, Fátima Bugallo Davis, José A, Alonso, Maritza Cortes, Belkis Rodríguez y Dayana Puente Arias Centro de Investigaciones para la Industria Minero Metalúrgica (CIPIMM), Cuba, Zona postal: Habana – 8 Código Postal: 10 80,e-mail: [email protected] RESUMEN El presente articulo expone una síntesis de los trabajos realizados por especialistas del (CIPIMM) con vistas al uso de las zeolitas naturales cubanas y el carbón activado en función del tratamiento de agua y residuales con tecnologías y productos obtenidos a partir de las modificaciones físico-químicas a estos materiales. Los objetivos a lograr con esta investigación fueron: Obtener nuevos productos de mayor valor agregado, brindar alternativas sustentables orientadas hacia la sustitución de importaciones y la creación de rubros exportables para el desarrollo de la industria nacional de las Zeolitas y el carbón activado. A partir de muestras representativas de zeolitas naturales del yacimiento San Andrés , Tasajeras y de carbón activado de madera, se realizaron estudios a nivel de laboratorio y banco ,aplicando la metodología del tratamientos físico- químicos para lograr la impregnación de sales, adsorción de cationes y el intercambio de iones en los materiales porosos de acuerdo a sus características. Como resultados se lograron en tecnologías y productos los siguientes: • Desarrollar una tecnología para la obtención de adsorbente especial de manganeso base zeolita (ZMn0x)

que permitió su escalado semi industrial. • Caracterización física y química de los carbones activados obtenidos e impregnados con plata metálica

resultado novedoso que permitió la descontaminación por acción bactericida agua contaminada por elementos patógenos.

• Tecnología y producto para incorporar el carbón y la plata metálica a la zeolita, • Tecnología y producto medio filtrante especial base zeolita cargada con cinc.(ZCC), • Productos base zeolita natural modificada empleados como coagulantes-floculantes Los resultados de las tecnologías y los productos han permitido, la asesoria técnica para la complementación de la comercialización de las zeolitas en el mercado exterior. Y de frontera.

MEB de Productos especiales con Carbón activado, medio filtrante impregnado con plata metálica.



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ABSTRACT This article presents a summary of the work performed by specialists (CIPIMM) overlooking the use of Cuban natural Zeolites and activated carbon as a function of water and wastewater treatment technologies and products obtained from physical-chemical changes these materials. The main objectives in this research were: Get new products with higher added value, provide sustainable alternatives oriented import substitution and the creation of export items for developing the national Industry of the Zeolites and activated carbon. From representative samples of natural zeolites San Andre’s reservoir, Tasajeras and wood charcoal, studies were conducted at laboratory and bench, using the methodology of physical and chemical treatments to achieve impregnation of salts, adsorption of cations and ion exchange in porous materials according to their characteristics. As results were achieved in the following technologies and products: - Develop a technology for obtaining special adsorbent Zeolites base manganese (ZMn0x), which allowed its semi-industrial scale. - Physical and chemical characterization of activated carbons obtained impregnated with metallic silver novel result that allowed the bactericidal action decontamination water contaminated by pathogens. -Product to incorporate technology and coal and metallic silver zeolites. -Technology and product-special filter medium base zeolites with zinc. (ZCC). -Modified natural zeolites-based products used as coagulant-flocculants. The results of the technologies and products have allowed technical consultancy for the complementation of the marketing of zeolites in the foreign market and border. INTRODUCCIÓN Todas las formas de vida en la Tierra dependen del agua en igual medida. Así, por ejemplo, el cuerpo humano contiene un promedio casi 50 litros de agua y para sus funciones vitales debe reemplazar diariamente alrededor del 5% del total. El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino más bien nociva .El agua es propensa de manera excepcional a la contaminación por microorganismos vivos, incluidos los que producen enfermedades en el hombre y por contaminantes químicos, materia orgánica e inorgánica. Los contaminantes más frecuentes de las aguas son: materias orgánicas y bacterias, hidrocarburos, desperdicios industriales, pesticidas y otros utilizados en la agricultura, químicos y domésticos. Contaminantes físicos: Afectan el aspecto del agua y cuando flotan o se sedimentan interfieren con la flora y fauna acuáticas). Incalculables son las pérdidas humanas y recursos económicos ocasionados por la problemática generada por la contaminación que diariamente genera el hombre en su entorno con graves consecuencias hacia el medio ambiente. Ofrecer vías factibles que mitiguen estos graves daños es un reto que enfrentan las alternativas desarrolladas por los especialistas del CIPIMM. Se considera como un buen indicador de la calidad del agua para beber o nadar al número de colonias de bacterias coliformes presentes en una muestra de 100 ml de agua. La Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda cero colonias de bacterias coliformes por 100 ml de agua para beber y un máximo de 200 colonias por 100 ml de agua para nadar. Agentes patógenos. Son aquellos que causan enfermedades, como las bacterias, virus, protozoarios, parásitos que entran al agua, provenientes de desechos orgánicos. En los países subdesarrollados, los agentes patógenos son la causa mayor de enfermedad y muerte en niños menores de 5 años.



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A partir del desarrollo logrado con el estudio de los materiales porosos tales como zeolitas naturales y carbón activado, atendiendo a la disponibilidad en el país de grandes reservas del mineral zeolítico con un amplio grado de estudio geológico y tecnológico. Así como la disponibilidad de tecnologías y la existencia de una planta cubana productora de carbón activado de calidad, fundamentan el empleo de alternativas tecnológicas viables para dar solución a los apremiantes problemas de la contaminación. Las propiedades fundamentales que caracterizan a los materiales porosos (zeolitas y carbón activado) que permiten el uso de estas técnicas, están dado por las características de los mismos: Las zeolitas son minerales aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos, que al deshidratarse desarrollan en el cristal ideal una estructura porosa con diámetro de poro mínimo de 0,3 a 1,0 nm, formando cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua con gran libertad de movimiento que permiten el intercambio iónico, aspectos esenciales en su comportamiento.

Las rocas zeolíticas cubanas son tobas compuestas en su generalidad por dos tipos de zeolitas naturales Heulandita-Clinoptilolita y Mordenita. El contenido total de zeolita en las tobas extraídas representa la sumatoria de este tipo de mineral. Además las tobas contienen otros tipos de minerales como son: Feldespatos, Cuarzo, Montmorillonita y calcita. Atendiendo a la Capacidad de Intercambio Catiónico Total (CICT, meq/100g), el calor de inmersión (∆T, ºC) y el contenido de zeolita, las mismas se agruparon en tres tipos de Menas. TNM-I, TNM-IIy TNM-III.

El yacimiento Tasajeras (Clinoptilolita - Heulandita) y S. Andrés (Clinoptilolita- Mordenita), objeto de nuestro estudio, responden al tipo TNM-I, con un contenido de 82 % y CICT >120 meq/100g. Entre las características importantes para el uso de las rocas zeolíticas están sus propiedades físico-mecánicas y el contenido de cationes capaces de ser intercambiados, propiedad asociada a sus principales usos. Tabla I.- Propiedades de las zeolitas Tasajeras y San Andrés objeto de estudio.

Propiedades Yacimiento Tasajeras

Yacimiento San Andrés

Peso Volumétrico (t/m3) 201 1,78 Peso Específico(g/cm3) 2,15 2,39 Humedad Absoluta,% (NRIB. 162/1978) 8,0 10,40 Porosidad Absoluta, % 21,46 19,03 Calor de Inmersión ( ∆t.ºc) 11,5 12,1 Resist. A la Compresión seca, mPa 45,94 26,50 Resist a la compresión saturada, mPa 22,06 24,29 CICT, meq /100g Según NRIB 1135/91

Mínima 125 Mínima 120

Elementos Nocivos por NRIB 1133/91,ppm

F(<400) , As(<10), Pb(<20),Hg(<0,5) y Cd(<0,5)

F(<400),As(<10), Pb(<20),Hg(<0,,5) y Cd(<0,25)

Fuente: Programa de Desarrollo de los Minerales Industriales Montejo S. E ,2008 y el IT. de Caracterización y aplicaciones de yac. Zeo. Tasajeras y S. Andrés, Velázquez G. M. et al., 2007



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Un carbón activo o activado (CA) puede describirse como un material carbonoso, sometido a un proceso específico con el fin de dotarlo de una estructura porosa desarrollada, confiriéndole una elevada capacidad adsorbente debido a su alta superficie específica, distribución polimodal de tamaños de poros, presentar poros en forma de rendija y por su capacidad de presentar una química superficial variable. El proceso de adsorción por los carbones activos tiene lugar en los microporos, no obstante, los mesoporos y los macroporos juegan un papel muy importante, porque son los que facilitan el acceso de las especies que se van a adsorber al interior de los microporos. Las propiedades adsorbentes de un carbón activado no están dadas solamente por su estructura porosa, sino también por su naturaleza química. La mayor parte del proceso de adsorción de los carbones se desarrolla en dependencia del tamaño molecular de lo que se desea En el carbón activado hay además compuestos inorgánicos, que son los responsables de las cenizas. Tanto los grupos funcionales como los compuestos inorgánicos tienen un efecto importante en la adsorción. En particular los grupos funcionales le confieren reactividad química a la superficie del carbón y afectan por tanto sus propiedades adsorbentes, especialmente para moléculas de carácter polar. Debido a esto, es práctica común someter a los carbones activos a tratamientos para modificar la química de su superficie, por ejemplo, mediante oxidación. La variante de modificar la superficie de los carbones activos, es la de impregnación o lavado de los mismos con diferentes sustancias químicas. La impregnación con plata es uno de los métodos mejor evaluados en la actualidad para este propósito de modificar superficie. La acción bacteriostática de carbones activos impregnados con plata y su empleo en la potabilización de aguas minerales, logra la supresión del crecimiento de bacterias. El tratamiento del agua potable abarca aproximadamente el 20 % del uso del carbón activado (CA), tanto en polvo (CAP) como granular (CAG)a nivel mundial. Uno de los aspectos de mayor importancia en la Europa Occidental y en los Estados Unidos, ha sido la eliminación de trihalometanos y otros productos orgánicos sintéticos, siendo dignos de destacar el status tecnológico alcanzado en la eliminación de pesticidas y compuestos aromáticos no volátiles. La especificidad en la acción del CA y las zeolitas, es posiblemente la cualidad más buscada por las tecnologías de los procesos en los que estos productos se aplican, pues representan una mayor eficiencia y disminuye o elimina la interacción con otras sustancias cuya remoción no es de interés. Este fenómeno es patrimonio precisamente de los CA y zeolitas impregnados con sustancias químicas, confiriéndole a su superficie, propiedades que regulan su afinidad hacia uno u otro compuesto o actúan como catalizadores del proceso de adsorción por modificación del adsorbato. El centro de investigaciones para la Industria Minero Metalúrgica (CIPIMM), ha alcanzado resultados de interés científico-técnico, tanto en productos como tecnologías, que sintetizamos en: • Tecnología para modificar las zeolitas y los carbones activados y obtener productos especiales de

acción bacteriostáticos para el tratamiento de agua hasta su potabilización. • Tecnología para emplear la zeolita y el carbón activado en los procesos de filtración y tratamiento

de residuales para eliminar sustancias nocivas y alcanzar parámetros adecuados de uso y vertimiento.

El empleo de estos medios porosos se sustenta en su caracterización y en la modificación físico-química de sus propiedades.



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La caracterización de los materiales porosos incluye la determinación de propiedades tales como: la distribución del tamaño de poros, la existencia de heterogeneidades estructurales y energéticas y el análisis de los grupos funcionales presentes en su superficie, entre otras. Entre la variedad de técnicas de que pueden emplearse para esto, la adsorción física de gases resulta ser la más importante. Los datos de adsorción física de gases, tales como el N2 a 77K, es posible determinar el área superficial y la distribución de tamaños de poros de una amplia variedad de sólidos porosos (zeolitas, carbones activos, óxidos, cerámicas) y otros (adsorbentes industriales y catalizadores). La caracterización de un sólido micro poroso incluye la determinación de algunos parámetros que describen la estructura micro porosa. En particular, los relacionados con la capacidad de adsorción (volumen de microporos) y con el tamaño de los mismos y la energía correspondiente (tamaño medio de poros y energía característica), obtenidos a partir de los datos de adsorción. El método de Brunauer-Emmet-Teller (BET), método estándar para la determinación del área superficial de materiales finamente divididos y porosos. La ecuación de BET tiene la forma

( ) ( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+−

=

oo

m

ppCpp

pCVV

11 (1)

Donde: p0 es la presión de saturación del adsorbato ( Torr), V es el volumen de gas adsorbido a la presión p, Vm es el volumen correspondiente a la monocapa

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

TREEAC L1exp

(2) A es una constante que depende de las frecuencias de vibración y de los coeficientes de

condensación de las moléculas de adsorbato; E1: es el calor diferencial de adsorción en la primera capa, EL: es el calor de liquefacción del adsorbato, R: es la constante de los gases y T : es la temperatura de adsorción (K).

Para representaciones gráficas la ecuación de BET suele emplearse en la forma:

( )⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− 0

0

0 11

1pp

CVC

CVppV

pp

mm

(3)

Una representación gráfica de ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

0

0

1ppV

pp

frente a 0pp

en el intervalo de presiones relativas adecuado dará una línea recta de cuyas pendiente y ordenada sobre el origen de coordenadas se puede obtener Vm y C. Con el valor de Vm se calcula el área superficial de sólido bajo estudio. MATERIALES Y METODOS Los materiales empleados para estas investigaciones responden a muestras tecnológicas de zeolitas y carbón activado. Las primeras, del tipo clinoptilolita- heulandita- mordenita, procedentes del yacimiento Tasajeras y San Andrés, ubicados en San Juan de Las Yeras, Remedios Villa Clara y



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Holguín respectivamente. Mientras, que el carbón activado utilizado responde a una muestra tecnológica representativa procedente de la planta industrial de Baracoa de la Empresa Geominera Oriente, perteneciente al grupo Geominsal, siendo la granulometría utilizada de 0.3 – 3.0 mm. Los métodos de ensayos que se utilizarán para evaluar la calidad de las zeolitas son los establecidos en las normas siguientes: NC-625, 2008, NC 626, NC 631, NC 627, NC 628-1, NC 628-2, NC 628-3, NC- 629 y NC - 630, la caracterización granulométrica se realizó por la DIN 4188. Carbón activado de quiebrahacha (caguairán) se estudió en base a las especificaciones de la norma ramal NC-783-1,2010 Carbón activado para su aplicación en tratamiento de agua contaminada. La metodología de preparación del carbón activado consistió en la homogenización de la muestra, mediante Homogenizador rotatorio automático, con la aplicación de un diseñó experimental factorial para el tratamiento ácido a diferentes condiciones de tiempo y temperatura con agitación continua, se sometieron a lavado exhaustivo finalizado el tiempo de contacto previsto para una relación de lavado de 0,45 dm3 de agua .g-1 de carbón activado inicial. Los carbones de partida y los tratados químicamente fueron caracterizados por análisis de (materia volátil, cenizas, carbono fijo y contenido de humedad) realizados en una mufla con rango de temperatura entre 0-1200°C y el pH con un pH-metro con electrodo combinado de vidrio .Las determinaciones se realizaron de acuerdo con las normas europeas CEFIC. Los carbones activos fueron caracterizados mediante análisis por espectroscopia de plasma inductivamente acoplado (ICP) en un equipo provisto de 128 canales analíticos, 5 sistemas ópticos, montaje de Paschen-Runge, diámetro del círculo de Rowland de 750 mm, y red holográfica de Zerodur para determinar los metales. Las zeolitas objeto de estudio en el trabajo responden a la composición química siguiente: Tabla II.- Composición química y catiónica de la zeolita objeto de estudio tipo (Clinoptilolita).

Composición química promedio de las zeolitas del Yacimiento San Andrés y Tasajeras , %

SiO2 Al2O3 Fe2O3 Na2O K2O MgO CaO PPI

69.5 * 10.48 1.48 1.61 1.34 0.82 2.59 10.94 Composición catiónica , meq/100g Zeolitas CICT Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Clinoptilolita* 150.57 89.78 2.14 52.69 13.5

La metodología empleada en la preparación de los materiales para los desarrollos de los trabajos de modificación físico-químicas de las zeolitas y el carbón consistió generalmente en: Homogenización, caracterización y acondicionamiento granulométrico, a partir de lo cual, la muestra se somete al tratamiento para modificar sus propiedades físicas, atendiendo a parámetros fundamentales como: Temperatura, concentración de soluciones usadas en el tratamiento, relaciones L/S, tiempo de contacto, sistema de contacto(batch, dinámico), pH de trabajo, etc. , de acuerdo al esquema de preparación especifico que exija cada modificación físico-química , la cual tienen en



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común :la modificación química, separación de fases, lavado, secado, evaluación del efecto del tratamiento, caracterización final y la valoración del producto obtenido de acuerdo a su aplicación. DESARROLLO Y RESULTADOS Tanto las zeolitas naturales como el carbón activado y/o modificados químicamente mediante transformaciones especiales, juegan un rol determinante en la línea de tratamiento para cualquier contaminante presente en solución, sólidos o gases en diversas ramas industriales, mediante el mecanismo de adsorción e intercambio iónico. En línea con las exigencias ambientales actuales en la proyección de futuro de protección del planeta y dentro de ésta el cuidado del agua, elemento clave para la vida y el desarrollo industrial, especialistas del CIPIMM han alcanzado resultados de impacto técnico-económico que responden a estos intereses tanto en productos como tecnologías, las cuales se exponen de forma resumidas en su desarrollo y evaluación. Tecnología de preparación de medio filtrante base zeolita natural para uso en potabilizadora en sustitución de los medios tradicionales de arena y antracita: Los medios filtrantes convencionales para la filtración mecánica del agua en las potabilizadoras u otras instalaciones son las arenas sílice, cuarzo y la antracita entre otros, constituye un alternativa económica y estratégica la definición de la posibilidad de uso de las zeolitas como medio filtrante en las potabilizadoras en particular, como fuente de abasto a la población y la industria. Se evaluaron las zeolitas de ambos yacimientos en los ensayos físico-químicos que responden a la resistencia mecánica y química de estos materiales y poder certificarlos en comparación con la arena en condiciones similares de filtración, a partir de las normas: Gost 1986(tracción, trituración, resistencia química), Arboleda et al. , 1963, Ives et al. , 1965, Cox et al., 1979, Clearby et al., 1980, Degremont, 1965(Dureza, friabilidad y resistencia al ácido). En las tablas siguientes, se resumen los parámetros que se exigen para medios filtrantes, el valor admisible para ser aceptado como tal y los resultados alcanzados en los ensayos referidos, los cuales fueron realizados a un número de 25 muestras de cada uno de los yacimientos en estudio. Tabla III.- Parámetros físico-químicos principales a cumplir por los medios los filtrantes. Medios Filtrantes

Resistencia Mecánica Resistencia química Características del Material granular

Zeolita natural Arena Antracita

Dureza(Admisible inferior 4 % de pérdida) Friabilidad (Admisible a los 15 y 30 minutos: < 20-35 % de pérdida. Tracción (Admisible 2.5 %) Trituración (admisible 4.5 %)

Resistencia al Acido. Pérdida de peso del mineral en contacto con HCl 0,013M, durante 24 horas. (2.49-2.69) Admisible 5 % Oxidabilidad: mg/l No mayor 10 Aporte de Sílice: no mayor 10 Residuo Seco: mg/l no mayor 20

Distribución granulométrica Densidad de partículas (2,65 g/cm3). Densidad aparente(1.60 g/cm3) Porosidad ( ε) : (0.42) Factor de forma(φ): (0.75)



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Tabla IV.- Resultados de Parámetros físico-químicos de la zeolita como medio filtrante comparado con la arena.

Medios Filtrantes Parámetros

Zeolita Tasajeras

Zeolita San Andrés

Arena

Dureza , % 1.53 2.25 1.05 Friabilidad(15y30minutos) ,% 10.8 – 21.05 13.3 -23.1 10.01- 15.6

Tracción, % 0.41 0.45 % 0.35

Resistencia Mecánica

Trituración 1.35 % 2.46 % 1.12 % Resistencia al ácido 3.13 2.18 1.56

Oxidabilidad ,mg/l 3.69 4.37 2.37 Aporte de Sílice, mg / l 5.40 5.83 3.85

Resistencia Química

(Resíduo seco (H20), mg/l 12.54 13,12 10.15 Densidad especifica( ρ),g/cm3 2.13 2.21 2.7 Densidad aparente(ρ a),g/cm 1.05 1.1 1.57 Porosidad ( ε ) 0.54 0.52 0.37

Características material granular

Factor de forma(φ) 0.66 0.65 0.73 Se define que los medios filtrantes zeolíticos, cumplen con las exigencias planteadas en los parámetros de ensayos físico-químicos de acuerdo a los valores exigido por las normas para medios filtrantes convencionales, ambos yacimientos logran los valores permisibles, excepto el parámetro de residuo seco que sólo cumple en el medio agua y no en medio básico, no obstante este parámetro no le invalida a ser aceptado para sustituir a la antracita y a la arena por cumplir el resto de los parámetros de resistencia mecánica, química y características como material granular. Atendiendo a las posibilidades demostradas en la aplicación de las zeolitas naturales en el tratamiento de agua y residuales en Cuba, según estudios de Márquez C. E. et al., 2001, Fernández T. et al, 2000. y las experiencias en otros países Tarasevich V. et al., 1989, han permitido introducir de forma no generalizada, en algunas provincias del país, la sustitución del medio filtrante convencional por zeolita, por ejemplo, en cuatro potabilizadoras de la provincia de Holguín, evalúan la calidad de este medio con vista a su valoración. La imagen siguiente muestra la potabilizadora Ramón 2 de un caudal de 50 l/s, ubicada en el Municipio de Cueto en la Ciudad de Holguín, emplea medio filtrante zeolítico en sus 4 filtros con buenos resultados en la calidad del agua que oferta a la población, visitada a finales 2009 por un grupo técnico del CIPIMM y del INRH, dentro de un programa de evaluación de la factibilidad de sustitución y generalización del uso de la zeolita en sustitución de la arena y antracita en las potabilizadoras por el INRH.



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Figura 1.- Filtros en la potabilizadora Ramón 2 en Holguín con zeolita de San Andrés como medio filtrante. Desarrollo de Productos de acción coagulante base zeolitas naturales. A partir de la modificación físico–química de la zeolita tipo Clinoptilolita-Heulandita-mordenita (Tasajeras), para su uso como agente coagulante en la etapa de sedimentación de los sólidos, parte importante de la remoción de materia orgánica y otros componentes perjudiciales como parte del tratamiento primario, se han obtenido productos base zeolitas naturales y/o modificados que logran eliminar los sólidos disueltos en forma de coloides. Rodríguez F. T. et al. 2004 , Alfonso E. et al., 2008, desarrollaron productos a partir del empleo de granulometrías finas de las zeolitas naturales(<1.0 mm), tanto de forma individual como combinada con otros agentes coagulanes-floculantes como el Sulfato de Aluminio(SA), sales de hierro y los polímeros, obteniéndose los productos CLARIFLOC, CLARIFLOC- 2A y F , en la mejora continua del producto , se ha obtenido el coagulante ALFEZ que sustituye el 100 % del SA , el cual responde a una modificación con tratamiento ácido de las zeolitas naturales . El mismo se ha evaluado en comparación con el SA para tratar el agua en las potabilizadoras en pruebas a escala ampliada, reportando resultados excelentes en la eliminación de coloides, color y garantiza mejores propiedades organolépticas al agua tratada. Investigaciones realizadas para depurar residuales altamente agresivos como son los porcícolas en el tratamiento primario, reportaron valores apreciables de remociones en amonio, nitrato, fosfato y DQO, para diferentes dosis del coagulante-floculante aplicado tipo CLARIFLOC (CF- F, CF-2A) comparado con el Sulfato de aluminio. Ver Fig.2 y 3.

Figuras 2 y 3.- Remoción de contaminantes con Clarifloc-F, 2A y Sulfato Aluminio en residual porcícola y domésticos.



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Desarrollo de Medios Filtrantes de amplio espectro y acción bacteriostática En el caso de los procesos de intercambio iónico e impregnación de sales, las zeolitas se someten a contactos con la solución de dichas sales en las concentraciones previstas a partir de conocer el dato de la capacidad de intercambio catiónico total (CICT) de la zeolita y la eficiencia estimada de intercambio con el catión específico a incorporar en la misma para las condiciones que plantea el estudio a desarrollar. La modificación de la zeolita natural a la forma cinc, se desarrolló a través de diseños experimentales que evaluaron parámetros fundamentales tales como: fuente de cinc en concentraciones de 20-50 g/l de cinc, tiempo, R= L/S, temperatura, granulometría, sistema de contacto, para lograr el intercambio del cinc con los cationes intercambiables de las zeolitas de la forma más apropiada y se alcance el contenido de Zn en la zeolita máximo para estas condiciones. Las condiciones alcanzadas como óptimas en el estudio, responden a una relación L/S de 0.7, tiempo de contacto máximo 96 horas en batch, temperatura 25-30 oC, concentración de cinc en solución 30-50 g/l, obteniéndose contenido mínimo de cinc en el sólido de 1.5 %. Las etapas fundamentales de este proceso para la modificación química de carga del cinc, se muestran en el esquema del Anexo I y responden a un esquema tecnológico sencillo y limpio.

Figura 4.- Carga de cinc en la zeolita.

Figura 5.- Concentración de cinc en agua tratada



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La incorporación del cinc en la zeolita para similares condiciones, es superior con el uso del sulfato de cinc que con el empleo del cloruro de cinc, siendo el catión sodio el de mayor incidencia en el intercambio para ambas sales, superior con la sal de cinc como sulfato. En la Fig.5 podemos ver que los niveles que se eluyen del material cargado con cinc en el tratamiento de agua contaminada, están en los permisibles por la norma de agua potable, al filtrar un volumen de 60 litros de agua contaminada a flujo de 50 ml por minuto a través de un lecho de 100 g del producto. El tratamiento en batch a partir de las 100 horas es que el cinc alcanza 5 ppm, valor por encima de lo permisible por la norma de agua potable. Este material poroso impregnado en cinc (ZCC), ha sido evaluado en su acción bacteriostática frente a contaminantes presentes en el agua como: C.Totales, Coliformes Fecales, Escherichia coli, Shiguela, Salmonera y Stafilococcus aureus. Certificado por el Laboratorio de Controlbio de Sao Paulo, Brasil, por el Instituto Finlay de Cuba en condiciones dinámicas de filtración a flujo de 50 mililitros por minuto y actualmente se valida por Instituto de Higiene y epidemiologia para uso en filtros de uso doméstico. Demostrando ser capaz de eliminar dicha contaminación y tratar un volumen mínimo de 600 litros de agua de alto grado de contaminación por kg del producto a flujo mínimo de 50 ml por minuto. El tiempo de duración del filtro está dado por su capacidad de tratamiento. Tecnología para de impregnación de la zeolita natural con plata metálica. Se ha demostrado que el ión (Ag+) posee propiedades excelentes como bactericida. Manteniendo por un tiempo agua en recipientes de plata, ésta puede conservarse sin contaminarse por muchos meses ya que está suficientemente esterilizada por las concentraciones pequeñísimas de iones Ag+ originadas por el contacto con la plata metálica. Kim Dok Muk patentó el método de obtención de un adsorbente con plata, para su uso en esterilización, el cual consiste en la adsorción de iones plata (como nitrato de plata) sobre material poroso (carbón activado, zeolita y material filtrante), tratado con solución alcalina a 75-80 0C para formar una capa del óxido Ag2O, posteriormente lo sometió a un tratamiento superficial con un oxidante (K2S2O8) para oxidar el Ag2O superficial a AgO y finalmente redujo el AgO con MeOH o hidrazina formando una capa de Ag2O,Finalmente logra un recubrimiento fino de Ag2O AgO Ag2O. Alfonso O. E. et. al., 2003, reportaron el desarrollo de un procedimiento para la preparación de un adsorbente base plata para su uso como bactericida, donde utilizaron un mineral zeolítico como soporte para la sorción de los iones plata y su reducción posterior con soluciones de sulfato ferroso o sulfato ferroso amoniacal. Este procedimiento aunque mucho más sencillo y barato en comparación con los reportados hasta el momento, requiere de un agente reductor que genera sulfato férrico en solución como residual. El procedimiento novedoso desarrollado a partir del adsorbente de plata previo, consiste básicamente en la sustitución de las sustancias reductoras anteriormente utilizadas por el empleo de sustancias portadoras de carbono como la sacarosa, mediante un tratamiento térmico a temperaturas de (300 - 400 °C), caracterizado por la sencillez y limpieza de su obtención en comparación con las metodologías reportadas. La reducción de la plata en el proceso de carbonización se puede expresar por las siguientes reacciones: Ag2O + CO → 2 Ago + CO2 (4) Ag2O + H2 → 2 Ago + H2O (5)



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La cantidad de plata en cada prueba se obtenía a partir de una solución preparada de AgNO3 0,5 M en diferentes relaciones L/S. La solución de sacarosa al 50 % con densidad de 1.212 g/cm3. La impregnación de carbón en la zeolita se realizó en condiciones estáticas en dos etapas: Etapa de mezclado y posterior calcinación durante 1-2 horas. La incorporación del carbón en los poros de la zeolita puede estar fundamentada por afinidad química de grupos funcionales presentes en la superficie de la zeolita, al ser la sacarosa un polisacárido de mayor tamaño que no puede acceder a los microporos de la zeolita. La influencia de la concentración de sacarosa en zeolita en el proceso de calcinación para la metalización de la plata se puede observar en la siguiente figura, donde se demuestra la factibilidad de obtener plata reducida (Ag0) aumentando su contenido a medida que aumenta el % de sacarosa utilizado. El contenido de carbón logrado al impregnar la zeolita con la sacarosa fue de (14 % C)

Figura 6.- Difractogramas de la Reducción de la plata iónica con diferentes concentraciones de sacarosa. En la fig.6. Los difractogramas Indican que el incremento del % de sacarosa incorporado a la estructura microporosa de la zeolita, incide en la reducción de la plata favorablemente apreciado en los picos característicos de la Ag0. La impregnación simultánea de plata metálica y el carbón en materiales inorgánicos de forma más sencilla que los procedimientos desarrollados con este objetivo, alternativa de alta perspectiva para el tratamiento de contaminantes en diferentes medios entre ellos el agua y los residuales, por lo que el mismo forma parte de los medios filtrantes bactericidas en proceso de certificación con Instituciones acreditadas en coordinación con el Órgano de Integración para la Salud en su programa de suministro a enfermos y población en general de un agua de óptima calidad Este producto ha sido certificado por el ENAST y el Finlay en la descontaminación de aguas con alto grado de contaminación y ha demostrado ser eficiente medio bactericida en la lisis de los contaminantes y tratar un volumen del orden de los 2000 litros de agua por kg de adsorbente de plata a flujo mínimo de 50 ml por minuto. Tecnología y producto de obtención de adsorbente de Manganeso (Z-Mn0x). Existen varias formas de depositar el oxido de manganeso en la superficie de la zeolita entre las más conocidas y que fueron aplicadas en este desarrollo están las siguientes variantes:



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• Variante 1(VI): Impregnación de la Zeolita con KMnO4 y obtención del recubrimiento superficial

con MnO2 por descomposición térmica. • Variante 2(V2): Impregnación de la Zeolita con (MnSO4 ó MnCl2) y oxidación del Mn2+ con

KMnO4. • Variante 3(V3): Impregnación de la Zeolita con MnCl2 y oxidación con NH4OH+ Aire. • Variante 4(V4): Impregnación con sales de Manganeso y oxidación del Mn+2 con sol. De

Hipoclorito. La Variante de menor complejidad técnica y económica es V4, atendiendo a que requiere bajos consumos de agua de lavado y reactivos menos agresivos al medio, no consumo de energía y generar un subproducto útil para la cerámica. La V4 se ha llevado a la escala ampliada y ha sido introducida en el mercado brasileño con la tecnología de Cuba y la zeolita cubana por empresas de tratamiento de agua, ver aval emitido por la empresa SABESP, Anexo.III El mecanismo de obtención del Z-Mn0x en la V4 es el siguiente: Intercambio Iónico: Z- Na+ +Mn+2 Z-Mn +2 +Na+ ( 6 ) Oxidación : Z-Mn +2 +HOCL+H20 ZMn02 +Cl- +3H+ ( 7 ) Z-MnO2 +Mn+2 + H2O Z-Mn2O3 +2H+ ( 8 ) Adsorción Z-Mn0x +Mn+ 2 + Fe+2 Remoción continua de Fe y Mn . El adsorbente Z-Mn0xtiene una acción eficiente en cuanto a la eliminación de sustancias patógenas con un efecto que exige tiempos de contactos muy superiores a los de cinc y plata metálica, permite con eficiencia la presencia del cloro en el tratamiento previo y posterior al empleo de carbón para retener y eliminar los compuestos que generan los trihalometanos en los procesos de acondicionamiento de agua con presencia de materia orgánica. El análisis de Rx para el producto obtenido por la V4, muestra el siguiente Difractograma Fig. 7, con el tipo de óxido de manganeso formado que corresponde al tipo de óxido registrado como R-Ramsdelita: G-Mn02, con características amorfas y picos típicos de este óxido.

Figura 7.- Difractograma del Mn0x formado en la superficie del grano de la zeolita por oxidación con Hipoclorito del Manganeso intercambiado según V4.



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En las imágenes siguientes mostramos la apariencia de este producto en distintas alternativas y una instalación industrial de tratamiento de agua de pozo con el uso del adsorbente Z-Mn0x en la instalación que suministra agua a un condominio en la Ciudad de Valinhos en Brasil.

Figura 8.- Productos V1 y V2 Figura 9.- Muestras de la V4 Figura 10. -Filtro con medio filtrante Z-Mn0x La remoción de Fe, Mn y Ni en concentraciones altas de 20 mg/l en el residual, mediante filtración de la solución en columna a un flujo de volumen de solución por volumen de adsorbente zeolítico de manganeso por hora igual a 25 (Vs/Vz.h=25), permitió determinar las curvas de ruptura para cada uno de los metales en diferentes Vs/vz (Vol. solución /vol. de adsorbente de manganeso). Observamos los resultados de la remoción de Fe, Mn y Ni de soluciones con altos niveles en el residual (20 mg/l) y el punto de corte para la eliminación de dichos elementos, mediante este adsorbente de manganeso, el cual presenta una alta capacidad de remoción en los tres metales para una relación: Vol. de solución/vol. de Adsorbente alrededor de 200 que comienza la tendencia a incrementarse en el efluente tratado. Ver fig.11.

Figura 11.- Remoción de metales Fe, Mn y Ni en solución con el adsorbente Z-Mn0x (V4) Tecnología para obtener carbón activado impregnado en plata.

Especialistas en carbón activado (CA) del CIPIMM, han logrado incorporar la plata metálica al carbón activado con propiedades especiales para el tratamiento de agua. Constituye este producto y su tecnología resultados de alto impacto tecnológico, atendiendo a que se convierte el carbón primario de madera en carbón activado y este es modificado químicamente hasta su impregnación con plata metálica. El carbón objeto de estudio se caracterizó por adsorción física de gases (N2 a 77K) y distribución de poros por técnica funcional de densidad (DFT), además de su composición química.



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Tabla V.- Resultados del Análisis por ICP del carbón activado de quiebra hacha.

Elemento (%)

Muestra Al Ca Fe Mg Na K P Cu Pb Zn Ni Quiebra Hacha

0,0804 1,4720

0,6660

0,2800

0,1260

0,6960

0,0514

3,14.10-3

-

9,76.10-4

0,0538

Desv. Est. ±0,0141

± ,0965

±0,0050

±0,0071

± 0,0291

± 0,0934

± 0,0032

±1.10-4

-

±9,8.10-5

±1,6.10-3

Coef. Var. (%)

± 17,6

± 6,56

± 0,751

± 2,52

± 23,1

± 13,4

± 6,15

± 3,18

-

± 10,0

± 2,93

Tabla V I.- Parámetros de la ecuación de Langmuir y áreas superficiales para CA sin tratar y el tratado.

Muestras Capacidad de la monocapa, Xm (mmol.g-1)

Constante de Langmuir, b (mmol. l-1)

Area Superficial S (m2.g-1)

L-143 4,37 0,985 350,84 QHA1 8,16 0,982 657,06

El aumento en el valor del área superficial es consecuente con los datos de adsorción física de nitrógeno a 77K (ver figura 13). Por otra parte el parámetro de Langmuir permanece prácticamente invariable, lo que es indicativo de que el tipo de microporos en ambas muestras no ha cambiado, es decir, se mantiene la interacción entre el soluto y el mismo tipo de microporos. Los valores de este parámetro son similares a los obtenidos por otros autores para la adsorción de I2 por carbones semejantes. Caracterización del carbón activado por adsorción en disolución. Para la impregnación de los carbones con plata, se hizo un estudio previo de la cinética de adsorción del ion Ag + por los carbones activos, Se emplearon concentraciones de AgNO3 0,01 y 0,001 M. La concentración del ion Ag (+) remanente se determinó mediante espectroscopia de absorción atómica. La impregnación final de los carbones se realizó poniendo en contacto el carbón activado (dp: -3,2; +2,35 mm) con solución de plata para una R= L/S mínima de 50 Vol sol/ g de CA, con diferentes tiempos y en sistema de contacto con agitación. Las isotermas de adsorción de yodo en disolución para el carbón activado sin tratar (L-143) y para una de las muestras tratadas (QHA1). Ambas isotermas pertenecen al tipo L de la clasificación de Giles. Es notorio el aumento en la intensidad de la adsorción de yodo de la muestra tratada con respecto a la muestra sin tratar, lo que está en correspondencia con el mayor volumen de microporos de la muestra tratada en comparación con la no tratada (ver figura 12).



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Figura 12.- Isoterma de adsorción de yodo en disolución.

Figura 13.- Isoterma. de adsorción. de N2 a 77K de Carbones de quiebrahacha CA ( L143 y C. Tratados Como se aprecia en la figura 13, tanto la muestra sin tratar como las tratadas presentan isotermas que corresponden al tipo I de la clasificación de lUPAC, Sing, K. S.W., 1989 .Con lazos de histéresis tipo H4 de la misma clasificación, lo cual se corresponde con la existencia de mesoporos en forma de rendijas, además de la microporosidad propia de los carbones activos. Es notable la diferencia de los volúmenes de microporos entre la muestra sin tratar (L-143) y las muestras tratadas con ácido nítrico. En la figura 14 se muestran las distribuciones diferenciales de poros correspondientes a las isotermas anteriores obtenidas por el método del funcional de la densidad (DFT).



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Figura14.- Distribuciones diferenciales de poros del CA L143 y de los carbones tratados con ácido. En general todas las muestras presentan una mayor homogeneidad en la región de los microporos que el carbón activado de partida (L -143). En todas las modificaciones realizadas a los carbones de partida hubo variación de los parámetros texturales de los carbones activos de madera de quiebrahacha con tratamiento ácido en diferentes condiciones de temperatura y tiempo, siendo notorios los aumentos en los volúmenes de poros para todas las presiones relativas en todas las muestras tratadas con relación al carbón de partida, lográndose en casi todos los casos valores superiores al 30 % o muy cercanos a este valor. Impregnación de los carbones activos con plata y pruebas de actividad bactericida. Para la impregnación de los carbones con plata, se hizo un estudio previo de la cinética de adsorción del ion Ag + por los carbones activos a diferentes relaciones de carbón y solución de nitrato de plata en concentraciones de 10-2 M. La concentración del ion Ag+ remanente se determinó mediante espectroscopia de absorción atómica para determinar la plata incorporada al carbón.



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Figura 15.- Cinética de adsorción de los Figura16.- Cinética de adsorción de los iones Ag +0,001M iones Ag + 0,001M por el carbón activado por el carbón activado con tratamiento ácido (oxidado) sin tratamiento ácido El carbón activado impregnado con plata sin tratamiento previo, así como el carbón de partida fueron caracterizados por análisis inmediato. Los resultados, en base seca, Tabla VII.- Resultados del Análisis inmediato de los carbones impregnados con plata metálica.

Muestra Materia Volátil (%)

Cenizas (%)

CF (%)

L143 17,6 7,53 74,9 L-143/Ag 17,8 5,40 76,8

La disminución en el contenido de cenizas del carbón impregnado con relación al crudo puede explicarse por la solubilización parcial de los componentes solubles de las cenizas en la disolución de AgNO3 durante el proceso de impregnación.



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Figura 17.- Difractograma CA sin tratar impreg. con plata

Figura 18 a.- Difractograma de CA tratado e impreg. Con Ago De los análisis de los picos de difracción se establece la presencia de cloruro de plata en el carbón activado oxidado, después de la impregnación con nitrato de plata. Como es de esperar, no están presentes algunas de las fases extraíbles con el tratamiento ácido. En el carbón activado impregnado con plata sin tratamiento ácido previo aparecen muchas señales correspondientes a las fases inorgánicas constituyentes de la materia mineral que acompaña al carbón y algunas señales indicativas de la presencia de plata metálica. Las pruebas de la actividad de los carbones en el tratamiento de aguas para consumo humano se efectuaron en columnas a nivel de laboratorio inicialmente. Con pruebas funcionales del carbón crudo sin tratamiento y de éste impregnado con plata (1,6 % en peso del metal). El volumen de lecho



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utilizado fue de 7.5 cm3 en la columna, se garantizó un flujo de 16 ml /minuto y un tiempo de residencia de 0.5 minutos, tratándose un volumen de agua de 5.28 litros en 5.5 horas. Los análisis bactericidas se efectuaron en el laboratorio ENAST, acreditado al efecto, según la norma SMWW9221B.E mediante la técnica de los tubos múltiples. Los análisis de los metales presentes se efectuaron mediante espectroscopia de absorción atómica. El estudio contempló la caracterización química y bacteriológica del agua de pozo del CIPIMM contaminada, en la siguiente tabla se exponen los resultados logrados en el tratamiento por filtración. Tabla VIII.- Resultados del análisis de coliformes obtenidos en el agua contaminada tratada

Muestras CTi (NMP/ 100ml)

CFi (NMP/100ml)

CTf (NMP/100ml)

CFf (NMP/100ml)

�CT (%)

�CF (%)

Agua de pozo

210

15

-

-

-

-

L143/Ag - - <2 <2 100 100 L143 crudo - - 23 3 89,05 80

CT(Coliformes totales), CF(Coliformes fecales ), i, f (inicial y final)

De los resultados de la tabla VIII, podemos apreciar la efectividad del carbón activado impregnado en la eliminación de los contaminantes fecales, no así en esas condiciones el carbón activado sin plata que incrementa el valor de los CT que se incrementan, aspecto que ocurre en los carbones activados en contacto con contaminantes si no se mantienen el flujo constante de filtración. A partir de los resultados satisfactorios logrados en la evaluación individual de cada uno de los medios filtrantes de efecto bactericida , se conformó un lecho mixto con zeolita de cinc, zeolita impregnada con carbón y plata metálica y carbón activado impregnado con plata, el mismo fue sometido a una evaluación rigurosa en el Instituto Finlay(Ver Anexo III) , a partir de una carga contaminante en el agua a filtrar que contenía un nivel de 107ufc/ml en los siguientes microorganismos: Estreptococos fecales, Pseudomona aeruginosa, Escherichia Coli, Salmonera Typha , Staphilococcus aureus y Conteo total de aerobios, se filtraron en un lecho activo de 35 g de los tres productos un volumen de 70 litros de agua(20 l/diariamente), detectándose solo la presencia de estreptococos fecales , incidiendo en ello, la presencia del carbón activado como parte del lecho para la filtración mecánica e interrumpirse el filtrado de un día a otro lo cual multiplica la presencia de este microorganismo soportado en el carbón activado sin impregnación de plata metálica cuyo efecto favorable exige un flujo continuo a través de él. Es destacable la efectividad en remoción de ese nivel de contaminación individual de los microorganismos a un flujo de 50 ml /min. De ahí que la eficiencia de un lecho filtrante mixto para eliminar microorganismos estará en la conformación de un lecho activo que responda a un tiempo de residencia apropiado en correspondencia con el nivel de contaminación presente en el agua.

DISCUSION Y ANALISIS DE RESULTADOS Los productos desarrollados base zeolita, demostraron que tienen efecto positivo sobre la remoción de los metales y compuestos que afectan las propiedades organolépticas del agua como son; pH, hierro, manganeso, aluminio, sólidos totales disueltos, compuestos fenólicos, dureza, sodio, cinc, cloruros, cobre, sulfatos, etc.



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Se ratifican los resultados alcanzados por Márquez E. et al., 2000, en la determinación de los parámetros físico-químicos de dos tipos de yacimientos de zeolitas naturales cubanas, alcanzando valores apropiados y similares independientemente del tipo de yacimiento para medio filtrante en sustitución de los convencionales arena y antracita. Los valores promedios alcanzados que caracterizan a las 25 muestras procesadas por yacimiento son: Densidad = 2.23 g/cm3; densidad aparente (ρ a) = 1.05 g/cm3, Porosidad = 0.54; Factor de forma = 0.65 De acuerdo a la norma rusa Tarasevich, R. et al., 1983.Los ensayos de la resistencia química y mecánica para mineral granular de zeolitas fueron admisibles, ambos yacimientos, cumplen los valores recomendados sin grandes diferencias. En el caso de la resistencia química se cumple para lo planteado como valor aceptado de la oxidabilidad y la sílice, no así para el residuo seco que sólo se cumple para el agua como medio. Las ventajas que ofrecen los medios filtrantes zeolíticos sobre la arena sílice y la antracita está dado por presentar mayor capacidad de retención de partículas finas hasta tamaño de 5 micrones con eficaz remoción de coloides, su capacidad de filtración es de 1.6 veces mayor que la arena, el tiempo de filtrado es muy superior y el consumo de agua para el retro lavado es muy inferior, aspectos que se traducen en beneficios económicos sin dejar de tener en cuenta los ambientales por la extracción de la arena y ser medios activos en la remoción de metales pesados. Ha sido comprobado de forma rigurosa el efecto como coagulante de los productos CLARIFLOC y ALFEZ a partir de las zeolitas naturales con remociones de elementos perjudiciales a la calidad del agua y los residuales como son los sólidos disueltos, nitratos, fosfatos ,color, olor ,etc. El producto representa un renglón exportable y de alto valor agregado que sustituye importación y de amplio espectro de uso, con incidencia en el mejoramiento de la calidad de los lodos generados. La tecnología de obtención de los adsorbentes de manganeso base zeolita, es una alternativa viable, donde se logra un producto que compite con similares comerciales como green sand y Catalox, entre otros, productos de alto precio en el mercado. El dióxido de Manganeso formado en la superficie del grano de zeolita ha sido caracterizado por los difractogramas y corroborados sus efectos en la remoción de Fe, Mn, Pb, Ni, Cu , mínimas de 95%. Este producto, está siendo evaluado a gran escala por empresas brasileñas de tratamientos de aguas. La tecnología no genera residuales son reusados la solución y el fino obtenido como sedimento, ofrece la posibilidad de ser aglomerado para usarse en la filtración, además es usable como pigmentos cerámicos de lozas sanitarias u otros. Esta tecnología es usada en diferentes países poseedores de las zeolitas naturales, en los sistemas de tratamiento de aguas superficiales y subterráneas para remover hierro y manganeso selectivamente, ambos metales perjudiciales en niveles superiores a 0.3 y 0.15 mg/l respectivamente, causantes de daños agresivos a instalaciones sanitarias, tuberías y aguas para usos industriales especiales que consumen aguas con exigencias de alta purezas para fines farmacéuticos y electrónicos. El adsorbente especial base zeolita impregnado con el catión cinc (ZZC), responde a un esquema cerrado de recirculación del licor residual y el agua de lavado al proceso de modificación química por impregnación, el residuo fino generado en el lavado y proceso de carga es útil con aplicación en el combate de plagas para proteger los cultivos y uso medicinal, resultando un esquema sencillo y limpio.



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EL ZCC ha sido evaluado en la descontaminación de altas cargas contaminantes a un nivel de 10 7 UFC/ml, en agua contaminada. El mismo ha reportado acción bacteriostática efectiva frente a los siguientes microorganismos testados: Escherichia Coli, Pseudomonas aeruginosas; Klebsiella pneumoniae e Staphylococcus aureus, en laboratorios acreditados como: Controlbio de Brasil, ENAST e Instituto Finlay. Los parámetros fundamentales definidos para este producto son: Granulometría óptima: 0.3 – 3.0 mm, Concentración de cinc en el producto: 1,5 %, Flujo de agua contaminada: 50 ml /min, Vol de H20 tratada / kg en condiciones dinámicas: mínimo 800 litros, tiempo de vida útil mínimo del filtro es de cuatro-seis meses. El producto puede ser empleado con efectividad en lecho mixto y en tratamiento en batch. Se definió un procedimiento novedoso objeto de patente para la impregnación de carbón y plata metálica en zeolitas naturales con el empleo de soluciones de sacarosa .El contenido de carbón impregnado en la zeolita es de 14% y la Ago impregnada oscila entre 1-3 %. La explicación del mecanismo que explica el resultado de incorporar carbón en la superficie de la zeolita a partir de la sacarosa en este caso está siendo objeto de estudio en la continuidad de este trabajo investigativo.

El producto obtenido base zeolita impregnada con carbón y plata metálica, es un adsorbente novedoso, logra un 14 % de carbón en la zeolita y contenido de Ago (1-3 %), responde a una tecnología limpia con una acción efectiva ante contaminación causada por virus y bacterias causantes de graves enfermedades, el mismo ha sido certificado tanto de forma individual como en lecho mixto conjuntamente con la zeolita de cinc y el carbón con plata por el Instituto Finlay y el ENAST del INRH. Los parámetros óptimos para el mismo son: Granulometría 0.3- 2.0 mm, Contenido de Ag0 mínimo 1 %, la capacidad mínima de tratamiento del filtro es de 2000 litros de H0 / kg producto en condiciones dinámicas

El carbón activado impregnado en plata responde a un producto de apropiado poder de adsorción y con efecto positivo en el tratamiento de agua, la complejidad de su tecnología se compensa con la eficiencia en su trabajo en el tratamiento de agua contaminada con excelente efecto en la remoción de olor, color, materia orgánica y contaminación causadas por los microorganismos patógenos.

La tecnología de impregnación de la plata en el carbón por el costo alto de la plata requiere un grado alto de optimización, así como lograr una relación L/S en el tratamiento para incorporar la plata en la concentración mínima de 1 % en carbón activado. El esquema de su obtención contempla: Homogenización, caracterización, acondicionamiento granulométrico, humectación, desagregación, impregnación, filtración y secado. Los parámetros fundamentales definidos en la obtención del producto son: Granulometría (0.5 -1.6 mm), contenido de plata en el carbón 1-3 %, concentración del nitrato de plata diluidas, tiempo contacto 5-15 horas.

El uso de los productos especiales desarrollados base zeolita y carbón activado están siendo certificados como medio filtrantes bactericidas en diferentes prototipos de sistema filtrante en trabajos conjuntos con el órgano de integración para la salud encargado de viabilizar los resultados logrados en la temática de potabilización de agua. Ver Anexo II, a partir de la efectividad lograda en la evaluación de los mismos en un lecho mixto por el Instituto Finlay frente a un agua de un nivel extremo de contaminación no propio de las aguas contaminadas en Cuba y donde se eliminó esa alta contaminación en 3000 ml de agua /g de lecho activo a flujo de cincuenta ml por minuto un lecho conformado por 35 g activo de zeolita de plata, cinc y carbón activado sin plata descontaminaron un volumen de 70 litros de agua de un nivel 107 UFC/ml

Valoración económica.



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Vital es el agua y el cumplimiento de lo trazado por las tecnologías + limpias, donde el principio de las 3R (Reusar, Reducir y Reciclar) cada día juega un papel mas importante al valorar aspectos esenciales tales como: Para producir 910 kg de papel se requieren 295 000 litros de agua; producir 910 kg de acero, alrededor de 86 300 litros; fabricar un litro de gasolina se necesitan 10 litros; y para cultivar un kg de patatas,1 000 litros de agua.(Environment Canadá).

Por cada m3 de aguas residuales contaminadas que se descarga en acuíferos y cursos de agua se vuelven no aptos para el consumo entre 8 y 10 metros cúbicos de agua pura. (UNESCO). Las alternativas que brindan las tecnologías y los productos desarrollados con las zeolitas son de baja complejidad tecnológica, permiten favorecer el desarrollo económico de la industria cubana de las zeolitas con productos especiales de alto valor agregado. La utilización de la zeolita natural como floculante tanto a escala de laboratorio como de planta han reportado resultados satisfactorios con ahorro de un 30 % del coagulante sulfato de aluminio hidratado producido a partir del Al(OH)3, el cual se importa en el orden de 4000 t/a por el INRH para uso en las potabilizadoras del país. En cuanto al carbón activado y sus productos especiales con gran incidencia en el tratamiento de agua y la descontaminación en el campo de la industria en general, se brinda la alternativa de alta tecnología del empleo de los productos del país en la sustitución de importaciones de elevado precio en el mercado internacional y a su vez disponer de productos para la exportación. Las empresas de tratamiento de agua en el mundo ofertan paquetes compactos de tratamiento, el CIPIMM dispone de las tecnologías y los productos que permiten ofertar esos servicios a precios competitivos a partir de la zeolita, carbón activado y sus productos especiales. El valor agregado de los productos obtenidos base zeolita se incrementa un mínimo de 10 comparado con la comercialización del producto natural como materia prima. Impacto social. Según las estimaciones, la población mundial llegará a 8 300 millones en 2025 y a 10 000 o 12 000 millones en 2050. (UNESCO), (1200 millones, el 20% de la población mundial) carecen actualmente de agua apta para el consumo. (UNESCO). Cada año, alrededor de 3,4 millones de personas, niños en su mayoría, mueren víctimas de enfermedades relacionadas con el agua, y aproximadamente 2,2 millones de personas mueren por enfermedades diarreicas vinculadas a servicios insuficientes de abastecimiento de agua, saneamiento e higiene. (OMS). El trabajo brinda seis alternativas en tecnologías y productos destinados al tratamiento de las aguas y los residuales, además de otros efectos hacia el cuidado del medio ambiente y la calidad de vida, las cuales generan fuentes de empleo y mayor desarrollo económico al país.

CONCLUSIONES Los resultados logrados en el desarrollo de tecnologías y productos especiales con los materiales porosos zeolitas naturales y carbón activado, ofrecen alternativas sostenibles para: • Tratamiento de agua y residuales por filtración para mejoramiento de propiedades organolépticas,

turbidez, remoción de metales pesados, ablandamiento, etc.



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• Tratamiento del agua con alto grado de contaminación biológica mediante productos base zeolita y carbón activado impregnados con plata metálica.

• Tratamiento de agua y residuales con niveles no aceptados por las normas de potabilización y vertimiento para el hierro y el manganeso.

• Tratamiento de descontaminación de agua hasta potabilización con zeolita modificada con cinc (ZCC).

• Productos especiales base zeolitas finas, en su acción como coagulantes-floculantes de aplicación efectiva en el tratamiento primario de aguas y residuales para remover: materia orgánica, turbidez, color, olor, nitratos, sulfatos, DBO , etc.

• Medio filtrante con propiedades especiales superiores a la arena y la antracita para las potabilizadoras.

Se establecieron los métodos estandarizados para evaluar los parámetros de resistencia química y mecánica exigidos como medio filtrante en la comercialización de la zeolita natural cubana para su uso en el tratamiento de agua y residuales. Se dispone de la Tecnología para impregnar el carbón activado y la zeolita con plata metálica para diversos usos. Los resultados tienen impacto en las potabilizadoras cubanas y las industrias en general que usan los procesos de filtración en sus esquemas tecnológicos para tratar agua de calidad y residuales. Los productos desarrollados elevan el valor agregado de la zeolita y el carbón activado y sustituyen productos de importación. RECOMENDACIONES Recomendamos el análisis de un programa de implementación paulatino de estas alternativas como resultados factibles de ser aplicados a nivel de país y ampliar su labor promocional como productos y tecnologías exportables de alto valor agregado.

BIBLIOGRAFÍA Aiello R., Colella, C. And Nastro, A. 1980. “Natural Chabazite for iron and manganeso removal from water: in

The Properties and Applications of Zeolites, R. P. Townsend, ed. The Chemical Society, Burlington House, London, 258 – 268.

Bish, D.L., Ming D.W. (2001). Natural Zeolites: Occurrence, Properties, Applications. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, volume 45, 654.

Collela C. and F. Mumpton, Natural Zeolite for the third Millennium. eds. pp 381-385,2000. Da Luz, A. B., Damasceno, E. C. (1998). Zeólitas: propriedades e usos industriais. Revista Brasil Mineral – no

134, (48-50). Garcia, J.E., Gonzales, M.M., Notario, J.S., Arbelo, C.D. (1992b). Treatment of wastewater effluents with

phillipsite-rich tufos. Environmental Pollution 76:219-223. Instituto Nacional de Higiene y Epidemiología y Microbiología., Agua y Salud, Cuba, 1992,Tomo 1 Kalló, D. (2001). Applications of Natural Zeolites in Water and Wastewater Treatment Metcalf & Eddy, Inc. (1995). Ingeniería de Aguas Residuales. Tratamiento, Vertido y Reutilización. McGraw–Hill/

Interamericana de España, S. A. (3ra Edición) ISBN: 0-07-0141690–7). Morgan, J. And Stumm, W. Colloid-chemical properties of manganese dioxide: J. Colloid Sci. 19, 347 – 359.

(1993. NC-93-02:1997. Anteproyecto de Norma Cubana. Agua Potable. Requisitos sanitarios. NC-783-1,2010. Carbón Activado granular. Requisitos NC-625, 2008 d e Zeolitas Naturales. Requisitos.



25

OPS/OMS Guías para la calidad del agua potable. Vol. 1. Recomendaciones. Publicación Científica No. 481,1985.

Pólyak, K.; J. Hlavay and J. Maixner: “Surface properties of MnO2 adsorbent prepared from Clinoptilolite-rich tuff from Tokaj, Hungary” Natural Zeolites’ 93, D.W. Ming and F. A. Mumpton, eds, pp 385 – 395. (1993

Polyakov, V.E Yu. I. Tarasevich et al, 1995. Demanganation of Artesian water using Modified Clinoptilolite. Natural Zeolites. Sofia. pp 65-66.

Sawyer C y McCarty P. (1978). Chemistry for Environmental Engineering. McGraw–Hill 2da Edición. (ISBN: 0-07-054971-0).

Tarasevich Y.I, Valery E. Pólyak anfd Irine Polyakova.Modified Clinoptilolite for the removal of Manganese and Iron from Artesian drinking water.

Tarasevich, R. y otros. 1983 “Tratamiento de Aguas superficiales con filtros de zeolitas”. Tecnología, Vody). Tarasevich V. et al., 1989. “Uso de la Clinoptilolita para la filtración de aguas del rio Ush” Jimia Tecnología Vody

V(4). Anexos Esquema de obtención del producto especial bactericida zcc

Zeolita granulometría 0,3-3.0 mm

1

Solución Sales de zinc (12 g Zn/kg de producto cargado) R:Sol carga / zeolita = 0,6 -1.0

Ciclos de carga del cinc, durante 72 horas en batch.

Solución residual de carga se ajusta concentración de cinc para tratar la segunda carga de zeolita y a partir de la segunda

2Lavado del producto cargado con cinc con agua cruda R= 0.6-1 y Decantación Para eliminar cinc residual y finos

3

Licor residual del lavado a la etapa de preparación de sol inicial de carga

Etapa de secado por Oreo Hasta 14 % humedad y envasado del producto ZCC

LEYENDA 1.- Reactor para cargar el producto ZCC 2.- Tanque para lavado. 3.- Área de secado por oreo 4.- Reactor para tratamiento residual

4

Etapa de recuperación del cinc residual con la elaboración otro producto de uso



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Prototipos de filtros que emplean los medios filtrantes desarrollados

Figura 19.- Estuche filtrante de la jarra Filtro tipo vaso y filtro rústico Prototipo de Jarra Filtro con carbón

activado Certificado de la empresa de tratamiento de agua sabesp de conformidad en medio filtrante zf(zmn02)para remover fe y mn. Constancia de la certificación en el Instituto Finlay.

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