QUITOSANO COMO COAGULANTE DURANTE EL ......Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Resumen. El quitosano...

BOLETIacuteN DEL CENTRO DE INVESTIGACIONES BIOLOacuteGICAS VOLUMEN 43 NO 4 2009 PP 541-555

UNTVERSIDAD DEL ZULlA MARACAIBO VENEZUELA

QUITOSANO COMO COAGULANTE DURANTE EL TRATAMIENTO DE AGUAS DE PRODUCCIOacuteN DE PETROacuteLEO

y AXCELYS CALDERA 1 NIKCELI CLAVEL 1 DOuumlGLAS BRICENtildeO 1

ASDRUacuteBAL NAVA EDIXON GUTIEacuteRREZ2 y ZULAY MAacuteRMOL3

I Lahoratorio de investigaciones Amhientales del Nuacutecleo Costa Oriental del Lago (LlANCOL)

Universidad del 7ulia Cahimas Estado Zulia Venezuela yaxcelyschotmaicom

2Centro de Investigacioacuten del Agua (CiA) 3Laboratorio Tecnologiacutea de los Alimentos

Facultad de Ingenieriacutea Universidad del Zulia Maracaibo Estado Zulia Venezuela

Resumen El quitosano ha demostrado ser un buen coagulante durante la potabilizacioacuten de las aguas Sin embargo son pocas las investigaciones desarrolladas sobre su efectividad en aguas residuales complejas como las aguas de produccioacuten de petroacuteleo (APP) En esta investigacioacuten se evaluoacute la eficiencia del quitosano como coagulante durante el tratamiento de APP Las muestras de APP se recolectaron en el Patio de Tanque de Uleacute Costa Oriental del Lago de Maracaibo Venezuela El quitosano se obtuvo por desacetilacioacuten a 100 oC de la quitina presente en las conchas del camaroacuten blanco (Litopenaeus schmitti) Los coagulantes se prepararon con quitosano Comercial Sigma Chemical Co (quitosano comercial QC) y quitosano obtenido en laboratorio a 100 oC (quitosano laboratorio QL) evaluaacutendose las concentraciones de 24 30 36 42 Y 48 mgL respectivamente El QC fue maacutes eficiente para la remocioacuten de turbidez color demanda quiacutemica de oxiacutegeno (DQO) e hidrocarburos presentes en las APP obtenieacutendose remociones de 9071 9066 5068 Y 7012 respectivamente para la concentracioacuten de 36 mgL mientras que el QL removioacute para la misma concentracioacuten 7381 7708 5205 Y 6752 respectivamente El quitosano como coagulante podriacutea ser una alternativa de tratamiento para las APP Recihido 05 mayo 2009 aceptado 26 noviembre 2009

Palabras clave Quitosano coagulante aguas de produccioacuten de petroacuteleo quitina turbidez

541

542 Caldera et al [Bol Centro Invest Siol

CHITOSAN AS A COAGULANT DURING TREATMENT OF WATER FROM CRUDE OlL PRODUCTION

Abstraet Chitosan is a useful coagulant for water purificatiacuteon However little is still known about its effectiveness in complex wastewaters like water from crude oH production (WCP) We evaluated the effiacuteciency of chitosan as a coagulant for WCP treatment The WCP samples were col1ected at Uleacute Field on the eastern coast ofLake Maracaibo Venezuela Chitosan was obtained by deacetylation (at 100 oC) of chitin in white shrimp shells (Litopenaeus sehmitti) Coagulants were prepared with Sigma ChemicaJ Co commerciaJ chitosan (commerciaJ chitosan CC) and chitosan obtained in laboratory at 100 oC (laboratory chitosan LC) Concentrations of 24 30 36 42 and 48 mgL were evaluated The CC was more effiacutecient at removing turbidity color chemical oxygen demand (COD) and oi from WCP with removal of9071 9066 5068 and 7012 respectively for the 36 mgL concentration For the same concentratiacuteon LC removal was 7381 7708 5205 and 6752 respectiacutevely Chitosan as a coagulant could be an alternative for WCP treatment Received 05 May 2009 aeeepted 26 November 2009

Key words Chitosan coagulant water from crude oil productiacuteon chitin turbidity

INTRODUCCIOacuteN

Las aguas de produccioacuten petroacuteleo (APP) originadas durante la exploracioacuten y produccioacuten del crudo presentan una serie de compuestos que variacutean dependiendo de localizacioacuten geograacutefica de los yacimientos los meacutetodos de extraccioacuten los tratamientos quiacutemicos y del contacto entre el crudo y la formacioacuten Entre las caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de las APP se destacan la salinidad porcentaje de soacutelidos temperatura constituyentes orgaacutenicos e inorgaacutenicos incluyendo minerales pH oxiacutegeno disuelto conductividad emulsiones o dispersiones de crudo hidrocarburos y trazas de metales entre otros representado un problema cuando se intenta reutilizarlas o descargarlas debido a los dantildeos que pueden ocasionar (Gutieacuterrez el al 2002 Garciacutea el al

02004 Fariacutea 1999 Ma y Wang 2006 Sengupta el al 2002)

Se han realizado varias investigaciones para evaluar y demostrar que los tratamientos fisicoquiacutemicos con ozono y sistemas de flotacioacuten de aire disuelto (F AD) los humedales construidos y los procesos bioloacutegicos anaerobios mesofilicos y termofiacutelicos en reactores de manto de lodo de flujo ascendente (UASB) y por carga asiacute como los aerobios en reactores rotativos de contacto (RBC) entre otros son una alternativa de tratamiento viable para las APP (Rincoacuten el al 2002 Gutieacuterrez el al 2002 Behling el al 2003 Gutieacuterrez el al 2006 Rojas el al 2008 Blanco el al 2008) Sin embargo debido a las

543 Vol 43 2009] Quitosano como Coagulante

caracteriacutesticas de las APP aun se hace necesario seguir en la buacutesqueda de tratamientos que permitan disminuir su potencial contaminante de manera que puedan ser descargadas al Lago de Maracaibo cumpliendo asiacute la normativa vigente de disposicioacuten a cuerpos de agua Se ha demostrado que la coagulacioacuten empleando poliacutemeros catioacutenicos de alto peso molecular forma floacuteculos que tienden a sedimentar y dan buenos resultados en la clarificacioacuten de las APP (Rojas et al 2008)

En este sentido existe un biopoliacutemero con excelentes propiedades coagulantes y una amplia gama de aplicaciones el quitosano El quitosano se obtiene de la desacetilacioacuten de la quitina presente en el exoesqueleto de artroacutepodos y zooplancton marino formando parte de la pared celular de algunas familias de hongos y levaduras ademaacutes en alas de algunos insectos (Hernaacutendez 2004) La obtencioacuten requiere tratamiento de desmineralizacioacuten (Hel) desproteinizacioacuten (NaOH) y desacetilacioacuten (NaOH) empleando diferentes condiciones de temperatura tiempo de reaccioacuten y concentraciones de los aacutecidos y bases (Gaceacuten y Gaceacuten 1996)

El quitosano se ha descrito como un poliacutemero catioacutenico lineal biodegradable no toacutexico de alto peso molecular de faacutecil aplicacioacuten y ambientalmente amigable (Laacuterez 2006 Niquette et al 2004) Se ha demostrado que la presencia de los grupos amino en la estructura del quitosano confieren la capacidad para coagular sustancias coloidales ademaacutes su uso permite aumentar la accioacuten de coagulantes inorgaacutenicos convencionales (Gaceacuten y Gaceacuten 1996) Por esta razoacuten es muy atractivo su uso como coagulante en el tratamiento de aguas industriales (Emelko y Brown 2004) Entre sus aplicaciones se destacan la biomedicina biotecnologiacutea medicina tratamiento de aguas industriales alimenticias floculacioacuten y coagulacioacuten de proteiacutenas y aminoaacutecidos ademaacutes tiene propiedades antifuacutengica y antibacterial (Hernaacutendez 2004)

En cuanto al tratamiento de las aguas se ha empleado como coagulante primario en aguas residuales de alta turbidez y alcalinidad como floculante para remocioacuten de partiacuteculas coloidales soacutelidas y aceites y para la captura de metales pesados y pesticidas en soluciones acuosas (Larez 2006) Se ha demostrado su efectividad como coagulante en una variedad de aguas residuales industriales tales como las aviacutecolas laacutecteas industrias de alimentos y caacuternicas (No y Meyers 2000)middot asiacute como tambieacuten en aguas naturales con diferentes valores de turbidez (Divakaran y Pillai 2002) Sin embargo son pocas las investigaciones sobre su uso en aguas complejas como las APP En esta investigacioacuten se evaluacutea la eficiencia del quitosano como coagulante durante el tratamiento de aguas de produccioacuten de petroacuteleo

544 Caldera el al [Bol Centro Invest Biol

MATERIALES y MEacuteTODOS

Preparacioacuten de la solucioacuten coagulante Las conchas de camaroacuten se recolectaron en una planta procesadora de camarones ubicada en el estado Zulia Venezuela La obtencioacuten e identificacioacuten se realizoacute seguacuten la metodologiacutea descrita por Maacutermol et al (2004) Para la preparacioacuten de la soluciones coagulantes se trabajoacute quitos ano obtenido en el laboratorio mediante la desacetilacioacuten de la quitina a 100 oC (QL) y quitosano comercial Sigma Chemical CO (QC) Las muestras se disolvieron en aacutecido aceacutetico 010 M preparando soluciones al 06 para ambos coagulantes Se trabajoacute con concentraciones de 24 30 36 42 Y 48 mglL de solucioacuten de QL y QC respectivamente

Agua residual Las APP se obtuvieron en el Patio de Tanques de Uleacute ubicado en la Costa Oriental del Lago de Maracaibo estado Zulia Venezuela provenientes de la separacioacuten del agua asociada a la extraccioacuten de crudo pesado (lOdeg API-21 9degAPI) clasificacioacuten seguacuten el Instituto Americano del Petroacuteleo (API) Se realizaron tres muestreos simples Las muestras se almacenaron en recipientes plaacutesticos de 20 L se trasladaron al laboratorio y se refrigeraron a 4degC para su conservacioacuten

Proceso de coagulacioacuten La evaluacioacuten de la coagulacioacuten se llevoacute a cabo utilizando un aparato de Prueba de Jarro modelo JLT6 se agregoacute l L de APP a cada uno de los seis vasos de precipitado de 1000 mL tomando uno de estos como control Posteriormente se procedioacute a agregar el coagulante al iniciar el mezclado raacutepido (100 rpm 1 min) se agregaron en cinco de los vasos de precipitado las diferentes dosis de coagulante (4 5 6 7 Y 8 mL) usando una pipeta se procedioacute luego al mezclado lento (30 rpm 20 min) para finalizar con la fase de sedimentacioacuten (30 min) Los ensayos se realizaron por triplicado a una temperatura de 25 oC plusmn l oc Los paraacutemetros fisicoquiacutemicos de cada una de las muestras se midieron antes y despueacutes del tratamiento Despueacutes del proceso de sedimentacioacuten las muestras se filtraron (Whatmann No 1) Para determinar la concentracioacuten oacuteptima se consideroacute la menor concentracioacuten del coagulante que removioacute el mayor valor de turbidez

Paraacutemetros analizados Para la caracterizacioacuten de las APP se determinoacute la turbidez color alcalinidad pH demanda quiacutemica de oxiacutegeno (DQO) demanda bioquiacutemica de oxiacutegeno (DBO) hidrocarburos foacutesforo nitroacutegeno total Kjeldahl (NTK) metales soacutelidos suspendidos totales (SST) soacutelidos suspendidos volaacutetiles (SSV) fenoles y cloruros seguacuten lo establecido en los meacutetodos estaacutendar (APHA et al 1998) Mientras que los paraacutemetros DQO hidrocarburos turbidez color y pH se analizaron antes y despueacutes del

545 Vol 43 2009J Quitosano como Coagulante

tratamiento de coagulacioacuten para evaluar la efectividad del quitosano siguiendo la misma metodologiacutea antes mencionada

Anaacutelisis estadiacutestico Los datos obtenidos se procesaron empleando el programa estadiacutestico SPSS (Statistical Package for the Social Sciences) Se compararon las concentraciones medias de los paraacutemetros turbidez color y DQO y las unidades de pH con respecto a cada tratamiento aplicando anaacutelisis de varianza (ANOVA) y prueba a posteriori de Tukey

RESULTADOS y DISCUSIOacuteN

Las caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de las APP se muestran en la Tabla l Se observa que las mismas son aguas diluidas con valores de DQO inferiores a 350 mglL mientras que los valores de hidrocarburos cloruros fenoles color SST superan los valores liacutemites permisibles establecidos en la Norma Venezolana vigente (Gaceta Oficial 1995)

El pH es uno de los factores de mayor importancia y efecto sobre el proceso de coagulacioacuten su rango oacuteptimo para la remocioacuten de coloides depende de la naturaleza del agua y puede variar entre 50 y 80 unidades (Romero 2005) En el caso de las APP el pH es baacutesico (841) Sin embargo Selmer et al (1996) concluyeron que el quitosano funciona efectivamente como coagulante a rangos de pH superiores a 525 unidades Por su parte Rojas et al (2008) reportaron valores de pH en el rango 76 a 79 para mezclas de APP provenientes de la extraccioacuten de crudo mediano y pesado indicaron que el pH no afectoacute el proceso de coagulacioacuten-floculacioacuten ya que los coagulantes empleados trabajaron en el rango de 4-10 unidades

En cuanto a los metales Cu Cd Pb y Zn las concentraciones fueron bajas menores a los liacutemites establecidos en la Normativa Venezolana de descarga a los cuerpos de aguas El quitosano tambieacuten tiene propiedades para remover metales de las aguas (Juang y Shao 2002)

En general las caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de las APP antes del tratamiento mostraron algunas diferencias al comparar1as con las reportadas por otros investigadores (Gutieacuterrez et al 2007 Rojas el al 2008) Estos resultados indicaron la variacioacuten en las APP debido quizaacutes a cambios ocurridos en la industria petrolera en cuanto a la produccioacuten de crudo Por lo anteriorshymente expuesto la caracterizacioacuten fisicoquiacutemica debe ser considerada antes de recomendar la aplicacioacuten de un tratamiento de coagulacioacuten puesto que paraacutemetros como pH cloruros turbidez e hidrocarburos podriacutean afectar la eficiencia del mismo

546 Caldera et al [Bol Centro Invest Biacuteo

Tabla 1 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemica de las aguas de produccioacuten de petroacuteleo antes del tratamiento con quitosano

Nonna Venezolana para APP descarga a cuerpos de

Paraacutemetros xplusmns agua (Gaceta Oficial

pH 841 plusmn 00 6-9

Alcalinidad (mg CaC03L)

80333 plusmn 3786 NR

DQO soluble (mgL) 25960 plusmn 3680 NR

DQO total (mgL) 3394 plusmn 4895 350

DBOs (mgL) 4055 plusmn 2278 60

Foacutesforo (mgL) 301 plusmn 076 10

Hidrocarburos totales (mgL)

12321 plusmn 179 20

NTK (mgL) 560 deg NR

Cloruros (mgL) 110121 plusmn 10011 1000

Fenoles (mgL) 083 plusmn 070 05

Color (UC) 71880 plusmn 468 500

Turbidez (NTU) 14000 plusmn 600 NR

SST (mgL) 57333 plusmn 9019 80

SSV (mgL) 22000 plusmn 9019 NR

DBOIDQO 012 NR

Cobre (mgL) 0] 8 plusmn 004 05

Cadmio (mgL) 001 plusmnO 01

Plomo (mgL) OIOplusmn O 2

Zinc (mgL) 030 plusmn 016

APP Aguas de produccioacuten de petroacuteleo x Promedio s Desviacioacuten estaacutendar NR No reportado 080 Demanda bioquiacutemica de oxiacutegeno DQO Demanda quiacutemica de oxiacutegeno SST Soacutelidos suspendidos totales SSV Soacutelidos suspendidos volaacutetiles NTK Nitroacutegeno total Kjeldahl


La fraccioacuten DBOIDQO es baja (012) indicando que los tratamientos bioloacutegicos no son la mejor opcioacuten puesto que se ha reportado que esta relacioacuten deberiacutea ser superior a 05 para la faacutecil degradacioacuten por los microorganismos (Crites y Tchobanoglous 2000) Esto justifica la alternativa del proceso fisicoquimico para remover los contaminantes presentes en las APP

En la Tabla 2 se muestran los valores de turbidez despueacutes del tratamiento de las APP con quitosano comercial (QC) y quitosano laboratorio (QL) para las diferentes concentraciones evaluadas (24 30 36 42 Y 48 mglL) Para QC se obtuvieron valores de turbidez residual despueacutes del filtrado entre 1300 a 2400 NTU mientras que para QL los valores variaron entre 3667 y 4533 NTU Los valores menores de turbidez se obtuvieron para la concentracioacuten del coagulante de 36 mgL la cual resultoacute la mejor concentracioacuten en este estudio para ambos coagulantes (dosis oacuteptima) Los valores de turbidez para esta concentracioacuten disminuyeron desde 14000 NTU hasta 1300 NTU y 3667 NTU para QC y QL respectivamente obtenieacutendose remociones de 9071 y 7381 (Fig 1) Se observa ademaacutes en la Figura 1 que la remocioacuten de turbidez para QC disminuye al aumentar la concentracioacuten de 24 mgL hasta 36 mgL Sin embargo al continuar incrementando la concentracioacuten del coagulante (42 y 47 mglL) la turbidez aumentoacute efecto que podriacutea estar relacionado con la reestabilizacioacuten de coloides Se ha reportado que se requieren dosis bajas de quito s ano para desestabilizar los coloides y sedimentar las partiacuteculas en suspensioacuten (Roussy el

al 2005) puesto que la aplicacioacuten de dosis altas de quitosano reestabilizan los coloides (Divakaran y PilIai 2002) En el caso de QL no hubo una tendencia especiacutefica en el comportamiento de la turbidez con respecto a las concentraciones observaacutendose aumentos y disminuciones con la variacioacuten de las mismas Por otra parte la turbidez presentoacute diferencias significativas (P lt 005) para las concentraciones evaluadas (Tabla 2) resultados que indican que la concentracioacuten de quitosano tuvo efecto en la remocioacuten de turbidez de las APP

Los valores de remocioacuten de turbidez antes del filtrado variaron entre 1786 y 5643 para QC mientras que para QL el rango estuvo entre 905 y 1452 El proceso de filtracioacuten mejoroacute la remocioacuten de turbidez indicando estos resultados que la turbidez presente en las APP se debe a partiacuteculas que no sedimentan en el tiempo considerado en la investigacioacuten y que pueden ser removidas por filtracioacuten Resultados similares se han reportados para otros coagulantes naturales como Moringa oleifera Hylocerus lemaire y Aloe vera durante la potabilizacioacuten de las aguas (Caldera et al 2007 Diacuteaz y Diacuteaz 2007 Mendoza et al 2008)

548 Caldera et al [Bol Centro Tnvest Biol

Tabla 2 Paraacutemetros evaluados despueacutes del tratamiento de las aguas de produccioacuten de petroacuteleo con quitosano comercial (OC) y quitosano laboratorio (al)

Paraacutemetro Concentracioacuten de Coagulante (mglL)

24 30 36 42 48

Turbidez (NTU) QC 1500middot 13OOb 1300b 1900 2400d

Color (UC)

QL

QC

QL

3800middot

8376

19975

4533b

69nb

23303b

3667middot

6712b

16386

4500b

7752

22419d

4100d

9266d

21222c

pH QC

QL

817a

804

799ab

786b

800b

816

817b

794d 817b

795c

DQO(mgL) QC

QL

13623

21053

13940middot

16848b

14000

12420b 12165

21315a

13753

201 20

los valores que presentan letras diferentes en cada columna indican diferencias significativas (P lt 005) 000 Demanda quiacutemica de oxiacutegeno

Control 24 30 36 42 48

Concentracioacuten de coagulante (rnglL)

Figura 1 Remocioacuten de turbidez despueacutes del tratamiento de las aguas de produccioacuten de petroacuteleo (APP) con quitosano comercial (OC) y quitosano laboratorio (al)

110

100 middot mQc IIQL El Control

90 -shye 80lO

~ 70e El 60 ltlogt ~ 50e -e C 40e e ~ 30

20

10

O

middot middot s Imiddot ~

~ s

middot ~ ~ ~

549 Vol 43 2009] Quiacutetosano como Coagulante

Por otra parte en la Figura 1 se observa una remocioacuten de turbidez del 4310 en muestras APP sin coagulante (control) despueacutes del filtrado Al comparar los porcentajes de remocioacuten con los obtenidos durante el tratamiento de las APP con quitosano se evidencia la efectividad del mismo para remover turbidez Esta remocioacuten en el control podriacutea relacionarse a efectos residuales de compuestos quiacutemicos (demulsificantes y reductores de viscosidad entre otros) aplicados al crudo durante su tratamiento eacutestos causariacutean alguacuten efecto coagulante favorecido por la agitacioacuten durante el proceso de tratamiento de las APP Antes de someter las muestras al proceso de tratamiento se realizoacute un ensayo para observar la sedimentacioacuten natural de las APP sin adicioacuten de quitosano (Fig 2) se observoacute que el proceso de sedimentacioacuten fue lento con una tendencia a disminuir en funcioacuten del aumento del tiempo de sedimentacioacuten alcanzando valores de 111 NTU a las 3 horas con una remocioacuten de turbidez de 24 Estos resultados indican que para obtener mejor remocioacuten de turbidez se necesita un tiempo superior si la tendencia a disminuir se mantiene

150-----------------------------------~

140

~ 130

~ e 120 = E-shy

110

o 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Tiempo de sedimentacioacuten (minutos)

Figura 2 Sedimentacioacuten natural de las aguas de produccioacuten de petroacuteleo (APP) sin la adicioacuten de coagulante

La eficiencia de remocioacuten de turbidez obtenida en esta investigacioacuten despueacutes de agregar quitosano (poliacutemero catioacutenico) como coagulante a las APP estaacute relacionada a la desestabilizacioacuten de los coloides Rojas el al (2008) sefialan remociones de turbidez en APP de maacutes del 90 durante el tratamiento


con poliacutemeros catioacutenicos mientras que Selmer et al (1996) refieren 90 de remocioacuten de la turbidez presente en aguas residuales de industrias laacutecteas despueacutes del tratamiento con quitosano Es importante destacar que el paraacutemetro turbidez no se encuentra regulado en Venezuela para aguas residuales Por lo tanto se considera que los porcentajes removidos por el quitos ano contribuyen a la clarificacioacuten de las APP

Las APP son aguas con color caracteriacutestico por el contacto con el crudo En esta investigacioacuten las APP presentaron unidades de color (VC) inicial de 71880 valores que fueron removidos eficientemente por el quitosano (Tabla 2) De esta manera el color mostroacute un comportamiento similar a la turbidez los menores valores se obtuvieron para la concentracioacuten oacuteptima (36 mglL) donde el color residual fue de 6712 ve y 16386 ve para el Qe y QL respectivamente representado 9066 y 7709 (Fig 3) Para el control se obtuvo una remocioacuten de color del 6653 Por otra parte se observoacute una correlacioacuten altamente significativa entre el color y la turbidez

110

100

90 -

ift 80-1 o 70

Q

~ 60 lI

sect 50

r o 40 e ~ 30

20

10

o

o

o

o

ID QC lID QL EI1 Control

~

~ ~ ~

I~ ~ ~ flB

lit ~ ~ ~

bull Control 24 30 36 42 48

Concentracioacuten de coagulante (mgIL)

Figura 3 Remocioacuten de color despueacutes del tratamiento de las aguas de produccioacuten de petroacuteleo (APP) con quitosano comercial (OC) y quitosano laboratorio (Ql)


El color residual de las APP despueacutes del tratamiento con los coagulantes cumple con el valor de color exigido en la Norma Venezolana para descarga a cuerpos de agua (500 UC) Se puede decir que aunque las APP presentaron altos contenidos de unidades de color pudieron ser removidos

Los valores de pH presentaron poca variacioacuten (Tabla 2) mantenieacutendose en el rango de 786-817 unidades durante el tratamiento para los coagulantes QC y QL encontraacutendose en el intervalo (6-9) establecido en las Normativas Venezolanas para descargas a cuerpos de agua (Gaceta Oficial 1995) Se ha reportado que la remocioacuten de turbidez variacutea en funcioacuten del pH de las aguas cuando se aplica quitosano como coagulante Al respecto Divakaran y Pillai (2002) obtuvieron las maacuteximas remociones de turbidez a valores de pH 700 mientras que Chi y Cheng (2006) obtuvieron resultados oacuteptimos para pH 700 en aguas con alto contenido de grasas desde una procesadora de leche Estos resultados indican que regulando el pH de las APP con la adicioacuten de aacutecidos se podriacutean encontrar mejores resultados Al respecto Contreras y Perozo (2007) durante la potabilizacioacuten de agua concluyeron que el pH no tuvo gran variacioacuten despueacutes del tratamiento con quitosano los valores reportados fueron menores a los encontrados en esta investigacioacuten (65 y 75 unidades de pH)

Los valores de DQO despueacutes del filtrado para el QC a las distintas concentraciones aplicadas no presentaron diferencias significativas (Pgt 005) Y variaron en un intervalo de 12165 mgL a 14000 mglL (Tabla 2) para remociones de 5715 y 5068 respectivamente (Fig 4) Se obtuvo una remocioacuten superior al 50 que indica la efectividad del coagulante para remover materia orgaacutenica en las APP

Resultados similares a los encontrados en esta investigacioacuten presentaron Selmer el al (1996) durante el tratamiento de efluentes laacutecteos con quitosano sefialaron remociones de DQO cercanas a 60 Otros investigadores reportan eficiencia del quitosano para remover entre 55 y 75 de la DQO presente en aguas residuales de industrias de alimentos (No y Meyer 2000) Tambieacuten se ha reportado que el quitosano contribuye al incremento del carbono orgaacutenico total presente en las soluciones que a su vez podriacutean afectar el mecanismo de coagulacioacuten Sin embargo las dosis empleadas en el proceso de coagulacioacuten son bajas para hacer una contribucioacuten importante de DQO a las aguas (Roussy et al 2005)

En el caso del QL la mayor remocioacuten de DQO se obtuvo para la dosis oacuteptima (36 mgL) con una remocioacuten del 5205 Para el resto de las concentraciones las remociones no superaron el 35 (Fig 4) obtenieacutendose diferencias significativas (Pgt 005) entre los valores Para las concentraciones

552 Caldera et al [Bol Centro Invest Biol

70~------------------------------ mQC IIQL raControl

60

-shy~ -

o g 40 ~

O

30 ~

lO

~ 20 =

50

10

Control 24 30 36 42 48

Concentracioacuten de coagulante (mgL)

Figura 4 Remocioacuten de demanda quiacutemica de oxiacutegeno (000) despueacutes del tratamiento de las aguas de produccioacuten de petroacuteleo (APP) con quitosano comercial (OC) y quiacutetosano laboratorio (Ol)

de 42 Y 48 mglL se obtuvieron remociones menores a la encontrada en el control (2339)

Los porcentajes de remocioacuten para los hidrocarburos para la dosis oacuteptima de QC y QL fueron 7012 y 6752 respectivamente y el hidrocarburo residual presente en las APP se ubicoacute en 3682 mglL y 4002 mglL respectivamente Seguacuten la Norma Venezolana para la descargas a cuerpos de agua (Gaceta Oficial 1995) los hidrocarburos no deben exceder 20 mgIL El quitosano es un producto que aunque no remueve el 100 de los hidrocarburos se puede utilizar para disminuir el iacutendice de contaminacioacuten presente en las APP Rojas el al (2008) refieren que los poliacutemeros catioacutenicos remueven aceites y grasas de las APP

Cuando se compara la efectividad de Jos dos coagulantes evaluados se observa que el QC supera al QL en cuanto a remocioacuten de turbidez color y

Vol 43 2009] Quitosano como Coagulante 553

DQO mostrando su comportamiento diferencias significativas entre las medias (Pgt 005) El pH presentoacute el mismo comportamiento para los dos coagulantes Al respecto algunos autores trabajando con quitos anos comerciales preparados a diferentes condiciones reportando que no existen diferencias significativas entre las propiedades de los mismos (Cervera el al 2004) Tambieacuten se ha indicado que factores como la temperatura soluciones empleadas grado de desacetilacioacuten tiempo de reaccioacuten agitacioacuten tamantildeo de partiacutecula entre otros influyen en las propiedades del quitosano (Maacutermol el al 2004 Contreras y Perozo 2007 Hernaacutendez 2004) La diferencia en la preparacioacuten de los quitosanos aplicados a las APP podriacutea ser la causa de las variaciones encontradas al comparar la efectividad de QC y Qt Sin embargo ambos coagulantes mostraron su efectividad para clarificar las APP

CONCLUSIONES

El quitosano como coagulante durante el tratamiento de las aguas de produccioacuten de petroacuteleo (APP) con turbidez inicial de 140 NTU es eficiente para remover la turbidez color DQO e hidrocarburos presentaacutendose como una alternativa de tratamiento para las APP

De las concentraciones de los coagulante evaluadas para el quitosano comercial (QC) y quitosano obtenido en laboratorio (QL) 24 30 36 42 Y 48 mgL la concentracioacuten de 36 mgL resultoacute ser la oacuteptima

El quitosano comercial fue maacutes eficiente para la remocioacuten de turbidez color DQO e hidrocarburos presentes en las APP obtenieacutendose remociones de 9071 9066 5068 Y 7012 respectivamente para la concentracioacuten de 36 mglL mientras que el quitosano laboratorio removioacute para la misma concentracioacuten 7381 77085205 Y 6752 respectivamente

LITERATURA CITADA

APRA AWWA WEF 1998 Standard methods for the examination of water and wastewater (20 ed) American Public Realth AssociationlAmerican Water Works AssociationWater Environmental Federation Washington D e USA 1207 pp

BEHLING E J MARIacuteN E GUTIEacuteRREZ y N FERNAacuteNDEZ 2003 Tratamiento aeroacutebico de dos efluentes industriales utilizando reactores bioloacutegicos rotativos de contacto Multiciencias 3 126-135

BLANCO E E GUTIEacuteRREZ Y CALDERA M NIacuteJNtildeEZ y N PAZ 2008 Tratamiento de aguas de produccioacuten a traveacutes de humedales construidos de flujo subsuperficial a escala piloto Memorias del 31 Congr Interamericano de Ingenieriacutea Sanitaria y Ambiental AIDIS 12 al 15 de octubre Santiago de Chile Chile pp 1-4


CALDERA Y 1 MENDOZA L BruCENtildeO 1 GARCIacuteA y L FUENTES 2007 Eficiencia de las semillas de Moringa oleifera como coagulante alternativo en la potabilizacioacuten del agua Bol Centro Invest Biol 41 244-254

CERVERA M 1 HErNAacuteMAKI M RASANEN S MAuumlNU M KARJALArNEN O NIETO A lRAIZOZ y 1 YLIRUUSI 2004 Solid-state characterization of chitosans denved from lobster chitin Carbohydrate Polymers 58 401-408

CHI F y W CHENG 2006 Use of chitosan as coagualant to treat wastewater fron milk processing plant J Polyrn Environ 14 411-417

CONTRERAS W y R PEROZO 2007 Eficiencia del quitosano obtenido del Litopenaeus schmitti como coagulante en la potabilizacioacuten de agua Trabajo Especial de Grado Programa de Ingenieriacutea Nuacutecleo Costa Oriental del Lago Universidad del Zulia Maracaibo Venezuela 67 pp

CruTEs R y G TCHOBANOGLOUS 2000 Tratamiento de aguas residuales a pequentildeas poblaciones McGraw-Hill Bogotaacute Colombia 776 pp

DIacuteAZ D y A DIacuteAZ 2007 Potabilizacioacuten de las aguas utilizando el Aloe vera como coagulante natural Trabajo Especial de Grado Programa de Ingenieriacutea Nuacutecleo Costa Oriental del Lago Universidad del Zulia Maracaibo Venezuela 55 pp

DIVAKARAN R y S PILLAI 2002 Floculation of river silt using chitosan Water Research 36 2412-2418

EMELKO M y T BROWN 2004 Chitosan coagulation at low cost-effective doses Impacts on filtration of particles and pathogens Chemical Water and Wastewater Treatment 8 183-189

FARIacuteA E 1999 Caracterizacioacuten de aguas de formacioacuten e inyeccioacuten en la segregacioacuten Rosa Mediano de PDVSA Trabajo Especial de Grado Programa de Ingenieriacutea Nuacutecleo Costa Oriental del Lago Univ del Zulia Maracaibo Venezuela 150 pp

GACEacuteN J y I GACEacuteN 1996 Quitina y quitosano Nuevos materiales textiles Boletiacuten Intexter UPC 110 67-71

GACETA OFICIAL 1995 De las descargas a cuerpos de agua Gaceta Oficial de la Repuacuteblica de Venezuela No 5021 Seccioacuten 3 Artiacuteculo 10 7 pp

GARCIacuteA A F ARREGuumlIacuteN S HERNAacuteNDEZ y D LLuumlCH 2004 Impacto ecoloacutegico de la industria petrolera en sonda de Campeche Meacutexico tras tres deacutecadas de actividad Una revisioacuten InterciencIacutea29 311-319

GUTIEacuteRREZ E N FERNAacuteNDEZ L HERRERA Y SEPUacuteLVEDA y Z MAacuteRMOL 2002 Efecto de la aplicacioacuten de ozono sobre la biodegradabilidad de aguas de formacioacuten Multiciencias 2 50-54

GUTIEacuteRREZ E Y CALDERA K CONTRERAS E BLANCO y N PAZ 2006 Anaerobic mesophilic and thermophilic degradation of waters from light crude oH production Bol Centro Invest Biol 40 242-256

GUTIEacuteRREZ E Y CALDERA N FERNAacuteNDEZ E BLANCO N PAZ y Z MAacuteRMOL 2007 Biodegradabilidad anaerobia termofilica de aguas de produccioacuten de petroacuteleo en reactores por carga Rev Teacutec Ing Univ Zulia 30 111-117

HERNAacuteNDEZ I 2004 La quitosana un producto bioactivo de diversas aplicaciones Revisioacuten bibliograacutefica Cultivos Tropicales 25 97-110


JUANG R y H SHAO 2002 A simplified equilibrium model for sorption of heavy metal ion s from aqueous solutions on chitosan Water Research 36 2999-3008

LAacuteREZ C 2006 Quitina y quitosano Materiales del pasado para el presente y el futuro Avances de Quiacutemica 1 15-21

MA H y B WANG 2006 Electrochemical pilot-scale plant for oil field produced wastewater by MClFe electrodes for injection J Hazardous Materials 132 237shy243

MAacuteRMOL Z E GUTIEacuteRREZ G PAacuteEZ 1 FERRER y M RINCOacuteN 2004 Desacetilacioacuten termoalcalina de quitina de conchas de camaroacuten Multiciencias 4 91-95

MENDOZA J L FUENTES Y CALDERA F PERDOMO A SUAacuteREZ N MOSQUERA y H ARISMENDI 2008 Eficiencia de Hylocerus lemairei como coagulante floculante en aguas para consumo humano Impacto Cientiacutefico 3 55-59

NIQUETTE P F MONETTE A Azzouz y R HAUSLER 2004 Impacts of substituting aluminium-based coagulants in drinking water treatment Review article Water Qua Res J Canada 39 303-310

No H y S MEYERS 2000 Application of chitosan for treatment of wastewaters Rev Environm Contam Toxico 163 1-28

RINCOacuteN N E CHACIacuteN 1 MARIacuteN L Moscoso L FERNAacuteNDEZ M TORRIJOS R MOLETTA YN FERNAacuteNDEZ 2002 Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico oacuteptimo para el tratamiento anaerobio de aguas de produccioacuten de petroacuteleo liviano Rev Teacutec Ing Univ Zulia 25 90-99

ROJAS c N RINCOacuteN A DIacuteAZ G COLINA E BEHLlNG E CHACIacuteN y N FERNAacuteNDEZ 2008 Evaluacioacuten de una unidad de flotacioacuten con aire disuelto para el tratamiento de aguas aceitosas Rev Teacutec Ing Univ Zulia 3 50-57

ROMERO 1 2005 Calidad del agua (2 ed) Editorial Escuela Colombiana de Ingenieriacutea Bogotaacute Colombia 468 pp

Roussy J M VAN B DEMPSEY y E GUlBAL 2005 Influence of chitosan characterists on the coagualation and floculation of bentonite suspensioacuten Water Research 39 3247-3258

SELMER E C RATNAWEERA YR PEHRSON 1996 A novel treatment process for dairy wastewater with chitosan produced from shrimp-shelI waste Wat Sci Tech 34 33-40

SENGUPTA P N SAIKIA y P BORTHAKUR 2002 Bricks trom petroleum effluent treatment plant sludge properties and environmental characteristics J Environmental Engineering 128 090-1094

542 Caldera et al [Bol Centro Invest Siol

CHITOSAN AS A COAGULANT DURING TREATMENT OF WATER FROM CRUDE OlL PRODUCTION

Abstraet Chitosan is a useful coagulant for water purificatiacuteon However little is still known about its effectiveness in complex wastewaters like water from crude oH production (WCP) We evaluated the effiacuteciency of chitosan as a coagulant for WCP treatment The WCP samples were col1ected at Uleacute Field on the eastern coast ofLake Maracaibo Venezuela Chitosan was obtained by deacetylation (at 100 oC) of chitin in white shrimp shells (Litopenaeus sehmitti) Coagulants were prepared with Sigma ChemicaJ Co commerciaJ chitosan (commerciaJ chitosan CC) and chitosan obtained in laboratory at 100 oC (laboratory chitosan LC) Concentrations of 24 30 36 42 and 48 mgL were evaluated The CC was more effiacutecient at removing turbidity color chemical oxygen demand (COD) and oi from WCP with removal of9071 9066 5068 and 7012 respectively for the 36 mgL concentration For the same concentratiacuteon LC removal was 7381 7708 5205 and 6752 respectiacutevely Chitosan as a coagulant could be an alternative for WCP treatment Received 05 May 2009 aeeepted 26 November 2009

Key words Chitosan coagulant water from crude oil productiacuteon chitin turbidity

INTRODUCCIOacuteN

Las aguas de produccioacuten petroacuteleo (APP) originadas durante la exploracioacuten y produccioacuten del crudo presentan una serie de compuestos que variacutean dependiendo de localizacioacuten geograacutefica de los yacimientos los meacutetodos de extraccioacuten los tratamientos quiacutemicos y del contacto entre el crudo y la formacioacuten Entre las caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de las APP se destacan la salinidad porcentaje de soacutelidos temperatura constituyentes orgaacutenicos e inorgaacutenicos incluyendo minerales pH oxiacutegeno disuelto conductividad emulsiones o dispersiones de crudo hidrocarburos y trazas de metales entre otros representado un problema cuando se intenta reutilizarlas o descargarlas debido a los dantildeos que pueden ocasionar (Gutieacuterrez el al 2002 Garciacutea el al

02004 Fariacutea 1999 Ma y Wang 2006 Sengupta el al 2002)

Se han realizado varias investigaciones para evaluar y demostrar que los tratamientos fisicoquiacutemicos con ozono y sistemas de flotacioacuten de aire disuelto (F AD) los humedales construidos y los procesos bioloacutegicos anaerobios mesofilicos y termofiacutelicos en reactores de manto de lodo de flujo ascendente (UASB) y por carga asiacute como los aerobios en reactores rotativos de contacto (RBC) entre otros son una alternativa de tratamiento viable para las APP (Rincoacuten el al 2002 Gutieacuterrez el al 2002 Behling el al 2003 Gutieacuterrez el al 2006 Rojas el al 2008 Blanco el al 2008) Sin embargo debido a las
































12321 plusmn 179 20








DBOIDQO 012 NR














24 30 36 42 48


Color (UC)

QL

QC

QL

3800middot

8376

19975

4533b

69nb

23303b

3667middot

6712b

16386

4500b

7752

22419d

4100d

9266d

21222c

pH QC

QL

817a

804

799ab

786b

800b

816

817b

794d 817b

795c

DQO(mgL) QC

QL

13623

21053

13940middot

16848b

14000

12420b 12165

21315a

13753

201 20


Control 24 30 36 42 48



110


90 -shye 80lO

~ 70e El 60 ltlogt ~ 50e -e C 40e e ~ 30

20

10

O


~ s

middot ~ ~ ~



150-----------------------------------~

140

~ 130

~ e 120 = E-shy

110

o 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180







110

100

90 -

ift 80-1 o 70

Q

~ 60 lI

sect 50

r o 40 e ~ 30

20

10

o

o

o

o


~

~ ~ ~

I~ ~ ~ flB

lit ~ ~ ~












60

-shy~ -

o g 40 ~

O

30 ~

lO

~ 20 =

50

10

Control 24 30 36 42 48








CONCLUSIONES




LITERATURA CITADA


































































12321 plusmn 179 20








DBOIDQO 012 NR














24 30 36 42 48


Color (UC)

QL

QC

QL

3800middot

8376

19975

4533b

69nb

23303b

3667middot

6712b

16386

4500b

7752

22419d

4100d

9266d

21222c

pH QC

QL

817a

804

799ab

786b

800b

816

817b

794d 817b

795c

DQO(mgL) QC

QL

13623

21053

13940middot

16848b

14000

12420b 12165

21315a

13753

201 20


Control 24 30 36 42 48



110


90 -shye 80lO

~ 70e El 60 ltlogt ~ 50e -e C 40e e ~ 30

20

10

O


~ s

middot ~ ~ ~



150-----------------------------------~

140

~ 130

~ e 120 = E-shy

110

o 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180







110

100

90 -

ift 80-1 o 70

Q

~ 60 lI

sect 50

r o 40 e ~ 30

20

10

o

o

o

o


~

~ ~ ~

I~ ~ ~ flB

lit ~ ~ ~












60

-shy~ -

o g 40 ~

O

30 ~

lO

~ 20 =

50

10

Control 24 30 36 42 48








CONCLUSIONES




LITERATURA CITADA











































24 30 36 42 48


Color (UC)

QL

QC

QL

3800middot

8376

19975

4533b

69nb

23303b

3667middot

6712b

16386

4500b

7752

22419d

4100d

9266d

21222c

pH QC

QL

817a

804

799ab

786b

800b

816

817b

794d 817b

795c

DQO(mgL) QC

QL

13623

21053

13940middot

16848b

14000

12420b 12165

21315a

13753

201 20


Control 24 30 36 42 48



110


90 -shye 80lO

~ 70e El 60 ltlogt ~ 50e -e C 40e e ~ 30

20

10

O


~ s

middot ~ ~ ~



150-----------------------------------~

140

~ 130

~ e 120 = E-shy

110

o 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180







110

100

90 -

ift 80-1 o 70

Q

~ 60 lI

sect 50

r o 40 e ~ 30

20

10

o

o

o

o


~

~ ~ ~

I~ ~ ~ flB

lit ~ ~ ~












60

-shy~ -

o g 40 ~

O

30 ~

lO

~ 20 =

50

10

Control 24 30 36 42 48








CONCLUSIONES




LITERATURA CITADA





































150-----------------------------------~

140

~ 130

~ e 120 = E-shy

110

o 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180







110

100

90 -

ift 80-1 o 70

Q

~ 60 lI

sect 50

r o 40 e ~ 30

20

10

o

o

o

o


~

~ ~ ~

I~ ~ ~ flB

lit ~ ~ ~












60

-shy~ -

o g 40 ~

O

30 ~

lO

~ 20 =

50

10

Control 24 30 36 42 48








CONCLUSIONES




LITERATURA CITADA






































110

100

90 -

ift 80-1 o 70

Q

~ 60 lI

sect 50

r o 40 e ~ 30

20

10

o

o

o

o


~

~ ~ ~

I~ ~ ~ flB

lit ~ ~ ~












60

-shy~ -

o g 40 ~

O

30 ~

lO

~ 20 =

50

10

Control 24 30 36 42 48








CONCLUSIONES




LITERATURA CITADA











































60

-shy~ -

o g 40 ~

O

30 ~

lO

~ 20 =

50

10

Control 24 30 36 42 48








CONCLUSIONES




LITERATURA CITADA





































CONCLUSIONES




LITERATURA CITADA



































QUITOSANO COMO COAGULANTE DURANTE EL ......Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Resumen. El quitosano...

Documents

Transcript of QUITOSANO COMO COAGULANTE DURANTE EL ......Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Resumen. El quitosano...