UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
TEMA:
ESTUDIO DE LA BIOADSORCIÓN DE METALES PESADOS (Pb Y Cu) EN LAS
AGUAS DEL RÍO PUYANGO, UTILIZANDO CÁSCARA DE NARANJA Y PLÁTANO
MANZANO.
AUTORES:
ELIZA YISABEL ORTIZ SANCHEZ
LADY GERMANIA VEGA CALERO
TUTOR:
ING. STEFANIE BONILLA BERMEO, MSC.
GUAYAQUIL, SEPTIEMBRE 2019
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
TEMA:
ESTUDIO DE LA BIOADSORCIÓN DE METALES PESADOS (Pb Y Cu) EN LAS
AGUAS DEL RÍO PUYANGO, UTILIZANDO CÁSCARA DE NARANJA Y PLÁTANO
MANZANO.
AUTORES:
ELIZA YISABEL ORTIZ SANCHEZ
LADY GERMANIA VEGA CALERO
TUTOR:
ING. STEFANIE BONILLA BERMEO, MSC.
GUAYAQUIL, SEPTIEMBRE 2019
iii
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN TÍTULO Y SUBTÍTULO: Estudio de la bioadsorción de metales pesados (Pb y Cu) en las aguas del
Río Puyango, utilizando cáscara de naranja y plátano manzano. AUTOR(ES)
(Apellidos/Nombres): Eliza Yisabel Ortiz Sanchez y Lady Germania Vega Calero
REVISOR(ES)/TUTOR(ES)
(Apellidos/Nombres) Tutor: Ing. Stefanie Bonilla Bermeo, MSC.
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil UNIDAD/FACULTAD: Ingeniería Química
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD: Ingeniería Química
GRADO OBTENIDO: Ingeniero(a) Químico (a)
FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE
PÁGINAS: 130
ÁREAS TEMÁTICAS: Hidrologías / Calidad de las aguas
PALABRAS CLAVES/
KEYWORDS: Bioadsorción, cáscara de naranja y plátano manzano, plomo, cobre
remoción.
RESUMEN/ABSTRACT: Los bioadsorbentes son una nueva alternativa para remover metales pesados,
de bajo coste en comparación con los métodos convencionales. En el presente trabajo de investigación se
evaluó la capacidad de adsorción con un tamaño de partícula de 0,3150 mm de polvo de cáscara de plátano
manzano y naranja en agua contaminada con plomo y cobre, realizados en condiciones normales de
temperatura ambiente y agitación constante a 100rpm. El procedimiento experimental se basó en dos
estudios, el primero se realizó con 5%, 10%, 15% de cada bioadsorbente en polvo de cáscara naranja y
plátano manzano con la muestra de 500ml de agua cruda. El segundo, se basó en la preparación de
soluciones patrón con distintas concentraciones partiendo con 5000ppm, 8000ppm y 10000 ppm, con cada
bioadsorbente de los cuales se tomó alícuotas de 10ppm, 20ppm y 30ppm. Los mejores resultados de
remoción se obtuvieron con la solución patrón de 8000ppm, tomando una alícuota de 30ppm. Con el polvo
de cáscara de naranja, se obtuvo un porcentaje de remoción del 91,60% de Plomo, y 78,11 % de Cobro,
con una capacidad máxima de adsorción (q mg/g) 0,075 de Cobre y 0.1284 de Plomo. Mientras que con el
plátano manzano, se obtuvo un porcentaje de remoción del 93,47% de Plomo, y 85,71 % de Cobre con una
capacidad máxima (q mg/g) 0,082 de Cobre y 0.1311 de Plomo. Además, con la mezcla de ambos
bioadsorbentes se obtuvo un porcentaje de remoción del 72,27% de Cobre, con una capacidad máxima (q
mg/g) 0,069 de Cobre.
ADJUNTO PDF: Si No
CONTACTO
CON AUTOR/ES: Teléfonos:
Lady Vega : 0967121723
Eliza Ortiz : 0962937976
E-mail:
[email protected] CONTACTO CON LA
INSTITUCIÓN: Nombre: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
Teléfono: (04) 228-7072, 228-7258, 222-8695, 228-4505
E-mail: [email protected]
vii
DEDICATORIA
A Dios por darme la vida, por guiarme en cada paso que doy y estar
siempre conmigo.
A mis Padres por el amor dado y la determinación para que logre y
alcance mis metas propuestas. Gracias a mis padres soy la persona que
soy hoy en día y agradezco grandemente a Jacinta Sánchez Montaño y a
Filemón Ortiz Perea como también a Euro Ávila quien se convirtió en mi
segundo padre por ser ese bastón que nunca me dejó caer y por su apoyo
brindado a Carmen Ortiz Sánchez más que mi hermana la considero mi
segunda madre por su dedicación amor gracias a ellos he logrado culminar
mi meta.
A Leodan, mi hermana Cristel y mi hermano Rubén que son mi mayor
motivación para seguir adelante y se han convertido en mi inspiración
para mis esfuerzos del presente y del futuro.
ELIZA YISABEL ORTIZ SANCHEZ
viii
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por ser mi guía, compañero y mi amigo fiel en momentos
buenos y malos por concederme salud, sabiduría y conocimiento logrando
de esta forma terminar con éxito mi carrera.
A mi madre Jacinta Sánchez Montaño, Euro Ávila, Carmen Ortiz,
Filemón Ortiz, por ser el mejor regalo que Dios me pudo dar y por colocar
su confianza en mí, por inculcarme buenos valores y darme buenos
consejos permitiéndome ser la persona que soy hoy y seré mañana.
A Leodan Mendoza a quien estimo mucho y por brindarme su apoyo
incondicional,
A mis hermanos y hermanas por llenar de alegría mi vida y estar ahí
para brindarme sus consejos que me permitieron seguir adelante.
A mis amigas Jesica quien más que una amiga es como mi hermana quien
agradezco por todo su apoyo brindado incondicionalmente.
Total, agradecimiento a cada una de las personas que han sido parte en el
trascurso de mi formación profesional.
ELIZA YISABEL ORTIZ SANCHEZ
ix
DEDICATORIA
El presente trabajo de titulación se la dedico en primer lugar a Dios, por
darme salud y vida por ser mi guía siempre para culminar con mi meta.
A mis Padres, Klever Vega y Nelly Calero por ser mí apoyo incondicional,
por demostrarme que en la vida hay que luchar y perseguir nuestros
sueños.
A mi Hija Desiree Morales, por ser mi inspiración mi motivación más
grande, a ella le dedico todas estas bendiciones que vendrán a nuestras
vidas que con tanto esfuerzo y con mucha fe así será.
A mi Esposo Edison Morales por apoyarme en cada momento, esa persona
que deposito en mí la confianza, su gratitud, gracias a ti hoy puedo con
alegría disfrutar de este triunfo.
A todas mis familiares, amigos(as), que de una u otra manera me
brindaron su motivación moral.
LADY GERMANIA VEGA CALERO
x
AGRADECIMIENTO
Agradecida infinitamente con mi Dios por bendecirme con salud y vida y
ser mi fortaleza.
Gracias a mis Padres por ser mis principales promotores en todo momento
por brindarme consejos, valores y principios que me inculcaron.
A mi Esposo por su apoyo, que a través de su amor, confianza, paciencia
me ayudo alcanzar mi meta.
A mi Tutora de Tesis Stefanie Bonilla por guiarme en esta investigación y
formar parte de mi objetivo alcanzado.
LADY GERMANIA VEGA CALERO
xi
TABLA DE CONTENIDO
CERTIFICADO DEL TUTOR .......................................................................................................... iv
CERTIFICADO DE PORCENTAJE DE SIMILITUD .......................................................................v
CERTIFICADO DEL REVISOR ...................................................................................................... vi
DEDICATORIA ............................................................................................................................... vii
AGRADECIMIENTO ..................................................................................................................... viii
DEDICATORIA ................................................................................................................................ ix
AGRADECIMIENTO .........................................................................................................................x
NOMENCLATURA ...................................................................................................................... xviii
RESUMEN ...................................................................................................................................... xix
INTRODUCCIÓN ...............................................................................................................................1
CAPÍTULO I .......................................................................................................................................3
1. Tema ............................................................................................................................................3
1.1. Planteamiento del problema .....................................................................................................3
1.2. Formulación y sistematización del problema. ..........................................................................5
1.3. Sistematización del problema ..................................................................................................5
1.4. Justificación de la investigación ..............................................................................................5
1.4.1. Justificación teórica..........................................................................................................5
1.4.2. Justificación metodológica. ..............................................................................................6
1.4.3. Justificación práctica ........................................................................................................6
1.5. Objetivo de la investigación .....................................................................................................7
1.5.1. Objetivo general ...............................................................................................................7
1.5.2. Objetivo especifico ..........................................................................................................7
1.6. Delimitación de la investigación. .............................................................................................8
1.6.1. Delimitación espacial .......................................................................................................8
1.6.2. Delimitación temporal ......................................................................................................9
1.6.3. Delimitación del contenido ..............................................................................................9
1.7. Hipótesis general o premisa. ..................................................................................................10
1.8. Variables del proyecto. ..........................................................................................................10
1.8.1. Variable dependiente ......................................................................................................10
1.8.2. Variable independiente ..................................................................................................10
1.9. Operacionalización de las variables. ......................................................................................11
CAPÍTULO II ....................................................................................................................................16
2. Marco referencial .......................................................................................................................16
xii
2.1. Marco teórico .........................................................................................................................16
2.1.1. Antecedentes del Río Puyango ......................................................................................16
2.1.2. Afectaciones por la actividad minera .............................................................................16
2.1.3. Minería ...........................................................................................................................17
2.2. Marco conceptual ...................................................................................................................18
2.2.1. Metales pesados .............................................................................................................18
2.2.2. Fuentes de contaminación de metales pesados en los alimentos ...................................19
2.2.3. Fuentes de emisión y generación de metales pesados ...................................................19
2.2.4. Efectos de los metales pesados a la salud y al ambiente ...............................................20
2.2.5. El Plomo .........................................................................................................................20
2.2.6. Fuentes naturales del plomo ...........................................................................................20
2.2.7. Efectos del plomo sobre la salud humana ......................................................................21
2.2.8. Efectos del plomo en el medio ambiente .......................................................................22
2.2.9. El Cobre ........................................................................................................................22
2.3.0. Riesgos de cobre en la salud humana y animal ..............................................................22
2.3.1. Los metales pesados en las aguas residuales ..................................................................23
2.3.2. Métodos convencionales para el tratamiento de aguas residuales .................................23
2.3.3. Métodos alternativos para el tratamiento de aguas residuales .......................................25
2.3.4. Bioadsorción ..................................................................................................................26
2.3.5. Bioadsorción para la eliminación de metales pesados ...................................................27
2.3.6. Parámetros que influyen en el proceso de bioadsorción ................................................28
2.3.7. Naranja ...........................................................................................................................30
2.3.8. Cáscara de naranja como bioadsorbente ........................................................................33
2.3.9. Capacidad de intercambio catiónico de la cáscara de naranja .......................................33
2.4.0. Cultivo de la naranja ......................................................................................................34
2.4.1. Características principales para el cultivo de naranja ....................................................34
2.4.2. Producción de la naranja en el Ecuador .........................................................................35
2.4.3. Plátano Manzano ............................................................................................................36
2.4.4. Polímeros Naturales .......................................................................................................37
2.4.5. Polímeros naturales que tienen propiedades bioadsorbentes .........................................38
2.4.6. Cáscara de plátano manzano como bioadsorbente .........................................................38
2.4.7. Cultivo de plátano manzano ...........................................................................................39
2.4.8. Producción de plátano manzano en el Ecuador ..............................................................41
xiii
2.4.9. Floculador ......................................................................................................................41
2.4.10. Interacción del bioadsorbente y el metal ........................................................................42
2.3. Marco contextual ...................................................................................................................43
2.4. Marco legal ............................................................................................................................43
2.4.1. Legislación sobre los metales pesados ...........................................................................43
CAPÍTULO III ...................................................................................................................................45
3. Marco metodológico ..................................................................................................................45
3.1. Diseño de la investigación .....................................................................................................45
3.2. Materiales, reactivos y equipos .............................................................................................46
3.3. Procedimiento experimental ..................................................................................................47
3.3.1. Procedimiento para la obtención del bioadsorbente de cáscara de naranja y plátano manzano
en polvo. .....................................................................................................................................47
3.3.2. Caracterización fisicoquímica de los bioadsorbentes ....................................................48
3.3.3. Toma de muestra ............................................................................................................51
3.3.4. Preparación de la solución con los bioadsorbentes ........................................................52
3.4. Diseño experimental ..............................................................................................................52
3.4.1. Prueba de test de jarras ...................................................................................................58
CAPÍTULO IV...................................................................................................................................61
4. Resultados y análisis ..................................................................................................................61
4.1. Caracterización fisicoquímica de la materia prima ................................................................61
4.1.1. Caracterización de la cáscara de naranja (Citrus Sinensis L) .........................................61
4.1.2. Caracterización de la cáscara del plátano manzano .......................................................61
4.2. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de naranja para el cobre ..................63
4.3. Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de la cáscara plátano manzano para el cobre ......64
4.4. Bioadsorción de cobre con el polvo de la cáscara de naranja y plátano manzano .................65
4.5. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara naranja para el cobre .......................66
4.6. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de plátano manzano para el cobre ..67
4.7. Bioadsorción de cobre con el polvo de la cáscara de naranja y plátano manzano. ................69
4.8. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara naranja para el cobre ......................70
4.9. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara de plátano manzano para el cobre ......71
4.10. Bioadsorción de cobre con polvo de cáscara de naranja y plátano manzano .................72
4.11. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo cáscara naranja para el cobre .......................73
4.12. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara plátano manzano el cobre ...........74
xiv
4.13. Bioadsorción de cobre con el polvo de cáscara de naranja y plátano manzano .............76
4.14. Bioadsorción de cobre con el polvo de cáscara de naranja ............................................77
4.15. Bioadsorción de cobre con el polvo de cáscara plátano manzano .................................78
4.16. Dosis óptima del bioadsorbente de mezcla de polvo de cáscara plátano manzano y naranja
para el cobre ...................................................................................................................................79
4.17. Bioadsorción de cobre con la mezcla de polvo de cáscara de naranja y plátano manzano
81
4.18. Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de naranja para el Pb ...................................82
4.19. Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de plátano manzano para el Pb.....................83
4.20. Bioadsorción de plomo con el polvo de cáscara de naranja y plátano manzano ............84
4.21. Resumen de las tablas con la dosis óptima de los bioadsorbentes para la adsorción Cu y Pb
85
4.22. Resumen comparativa de los límites máximos permisibles de Cu y Pb en agua dulce .87
Tabla 28 : Comparativa de los límites máximos permisibles de Cu y Pb en agua y dosis ...........87
CAPÍTULO V ....................................................................................................................................88
5. Conclusiones y recomendaciones ..............................................................................................88
5.1. Conclusiones ..........................................................................................................................88
5.2. Recomendaciones ..................................................................................................................89
BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................................90
ANEXOS ...........................................................................................................................................97
Anexo 1: Materiales utilizados en proceso de adsorción de iones plomo y cobre .............................97
Anexo 2: Resultados de caracterización inicial del agua del Río Puyango .....................................103
Anexo: 3 Resultado final de bioadsorción con el bioadsorbente de polvo de cáscara plátano manzano
para el plomo y cobre. ......................................................................................................................106
Anexo: 4 Resultado final de bioadsorción con el bioadsorbente de polvo de cáscara naranja para el
plomo. ..............................................................................................................................................109
Anexo: 5 Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2 169:98 “agua. Calidad del agua. Muestreo. Manejo y
conservación de muestras. ...............................................................................................................111
Anexo: 6 Normativa Ecuatoriana de Acuerdo al Anexo N°097-A, “Norma de Calidad Ambiental y
de Descarga de Efluentes: Recurso AGUA” ....................................................................................112
xv
Índice de tablas
Tabla 1: Operacionalización de las variables .............................................................................................. 11
Tabla 2: Fuentes de contaminación de metales pesados en los alimentos .................................................. 19
Tabla 3: Composición química de la cáscara de naranja ........................................................................... 32
Tabla 4: Cantidad de C, H, N ...................................................................................................................... 33
Tabla 5: Polímeros naturales que tienen propiedades bioadsorbentes ........................................................ 38
Tabla 6: Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce ............................................................................ 44
Tabla 7: Límites de descarga al sistema de alcantarillado público ............................................................. 44
Tabla 8: Materiales, reactivos y equipos ..................................................................................................... 46
Tabla 9: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando el polvo de cáscaras de
plátano manzano y naranja. ......................................................................................................................... 53
Tabla 10: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando polvo de la cáscara de
naranja y plátano manzano. ......................................................................................................................... 54
Tabla 11: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando polvo de la cáscara de
naranja y plátano manzano. ......................................................................................................................... 55
Tabla 12: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando polvo de la cáscara de
naranja y plátano manzano. ......................................................................................................................... 56
Tabla 13: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando la mezcla del polvo de
cáscaras naranja y plátano manzano. .......................................................................................................... 57
Tabla 14: Caracterización de la cáscara de naranja (Citrus Sinensis L) ..................................................... 61
Tabla 15: Caracterización de la cáscara de plátano manzano ..................................................................... 61
Tabla 16: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de naranja ........................................... 63
Tabla 17: Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de la cáscara de plátano manzano para el cobre ...... 64
Tabla 18: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de naranja para el cobre ....................... 66
Tabla 19: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de plátano manzano para el cobre ..... 67
Tabla 20: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de naranja para el cobre ...................... 70
Tabla 21: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara de plátano manzano para el cobre .......... 71
Tabla 22: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara de naranja para el cobre........................... 73
Tabla 23: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara de plátano manzano para el cobre ........... 74
Tabla 24: Dosis óptima del bioadsorbente de mezcla de polvo de cáscara de plátano manzano y naranja
para el cobre ................................................................................................................................................ 79
Tabla 25: Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de cáscara naranja para el Pb .................................. 82
Tabla 26: Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de cáscara de plátano manzano para el Pb ............... 83
Tabla 27: Resumen con dosis óptima del bioadsorbente para la adsorción de Cu y Pb ............................ 85
Tabla 28 : Comparativa de los límites máximos permisibles de Cu y Pb en agua y dosis ........................ 87
xvi
Índice de figuras
Figura 1: Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química ........................................................................... 8
Figura 2: Procedimiento de precipitación Química ................................................................................... 24
Figura 3: Parte de la naranja ....................................................................................................................... 30
Figura 4: Plátano manzano .......................................................................................................................... 36
Figura 5: Porción de la estructura química de la pectina ............................................................................ 42
Figura 6: Mecanismo de bioadsorción biosorbente/metal .......................................................................... 42
Figura 7: Ubicación del Río Puyango ......................................................................................................... 52
Figura 8: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración g/ml ...................................................... 65
Figura 9: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm ...................................................... 69
Figura 10: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm .................................................... 72
Figura 11: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm .................................................... 76
Figura 12: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm .................................................... 77
Figura 13: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm .................................................... 78
Figura 14: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm .................................................... 81
Figura 15: Bioadsorción de plomo con respecto a la concentración ppm ................................................... 84
Figura 16: Cáscara de naranja ..................................................................................................................... 97
Figura 17: Cáscara de plátano manzano ..................................................................................................... 97
Figura 18: Secado de las cáscaras a la estufa .............................................................................................. 97
Figura 19: Cáscaras secas de naranja naranja y plátano manzano ............................................................. 98
Figura 20 :Molienda de la cáscara naranja ................................................................................................ 98
Figura 21 : Tamizaje de las cáscara ........................................................................................................... 98
Figura 22: Bioadsorbente tamizado ............................................................................................................ 99
Figura 23: Determinación del pH............................................................................................................... 99
Figura 24: Determinación del pH................................................................................................................ 99
Figura 25: Determinación de porcentaje de humedad naranja ................................................................. 100
Figura 26: Determinación de porcentaje humedad plátano manzano ..................................................... 100
Figura 27: Secado en la mufla .................................................................................................................. 100
Figura 28: Desecador de las muestras ....................................................................................................... 101
Figura 29: Solución patrón ........................................................................................................................ 101
Figura 30: Floculador ................................................................................................................................ 101
Figura 31: Filtración con papel filtro ........................................................................................................ 102
Figura 32: Filtración con papel filtro ........................................................................................................ 102
Figura 33: Determinación de mg/L de Cu ................................................................................................ 102
xvii
Índice de ecuaciones
Ecuación 1: Cálculo del porcentaje de humedad ........................................................................................ 48
Ecuación 2: Determinación de la humedad del bioadsorbente .................................................................. 49
Ecuación 3: Porcentaje de cenizas totales ................................................................................................... 50
Ecuación 4: Capacidad máxima de adsorción de cobre, Cu y plomo, Pb ................................................... 59
Ecuación 5: Cálculo del porcentaje de remoción de cobre, Cu ................................................................... 59
xviii
NOMENCLATURA
Simbología Descripción
INEN Servicio Ecuatoriano de Normalización
NTU Unidad Nefelométrica de Turbidez
mg/L Miligramos por litros
ppm Parte por millón
rpm Revoluciones por minutos
q Capacidad máxima de adsorción
pH Potencial de Hidrogeno
g Gramos
ml Mililitros
Co Concentración inicial
Cf Concentración final
mm Milímetros
xix
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENEIRÍA QUÍMICA
UNDAD DE TITULACÓN
RESUMEN
Los bioadsorbentes son una nueva alternativa para remover metales pesados, de bajo coste
en comparación con los métodos convencionales. En el presente trabajo de investigación se
evaluó la capacidad de adsorción con un tamaño de partícula de 0,3150 mm de polvo de cáscara
de plátano manzano y naranja en agua contaminada con plomo y cobre, realizados en
condiciones normales de temperatura ambiente y agitación constante a 100rpm. El
procedimiento experimental se basó en dos estudios, el primero se realizó con 5%, 10%, 15%
de cada bioadsorbente en polvo de cáscara naranja y plátano manzano con la muestra de 500ml
de agua cruda. El segundo, se basó en la preparación de soluciones patrón con distintas
concentraciones partiendo con 5000ppm, 8000ppm y 10000ppm, con cada bioadsorbente de los
cuales se tomó alícuotas de 10ppm, 20ppm y 30ppm.
Los mejores resultados de remoción se obtuvieron con la solución patrón de 8000ppm,
tomando una alícuota de 30ppm. Con el polvo de cáscara de naranja, se obtuvo un porcentaje
de remoción del 91,60% de Plomo, y 78,11 % de Cobro, con una capacidad máxima de
adsorción (q mg/g) 0,075 de Cobre y 0.1284 de Plomo. Mientras que con el plátano manzano,
se obtuvo un porcentaje de remoción del 93,47% de Plomo, y 85,71 % de Cobre con una
capacidad máxima (q mg/g) 0,082 de Cobre y 0.1311 de Plomo. Además, con la mezcla de
ambos bioadsorbentes se obtuvo un porcentaje de remoción del 72,27% de Cobre, con una
capacidad máxima (q mg/g) 0,069 de Cobre.
Palabras claves: Bioadsorción, cáscara de naranja y plátano manzano, plomo, cobre
remoción.
xx
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FACULTAD DE INGENEIRÍA QUÍMICA
UNDAD DE TITULACÓN
ABSTRACT
Bioadsorbents are a new alternative to remove heavy metals, low cost compared to conventional
methods. In this research work, the adsorption capacity was evaluated with a particle size of 0.3150
mm of apple and orange banana peel powder in water contaminated with lead and copper, carried
out under normal conditions of ambient temperature and constant agitation at 100rpm The
experimental procedure was based on two studies, the first one was carried out with 5%, 10%,
15% of each bioadsorbent powder of orange peel and apple banana with the 500ml sample of raw
water. The second was based on the preparation of standard solutions with different concentrations
starting with 5000ppm, 8000ppm and 10,000 ppm, with each bioadsorbent from which aliquots of
10ppm, 20ppm y 30ppm.
The best removal results were obtained with the standard solution of 8000ppm, taking an
aliquot of 30ppm. With the orange peel powder, a removal percentage of 91.60% of Lead and
78.11% of Collection was obtained, with a maximum adsorption capacity (q mg / g) 0.075 of
Copper and 0.1284 of Lead. While with the apple tree banana, a removal percentage of 93.47% of
Lead, and 85.71% of Copper with a maximum capacity (q mg / g) 0.082 of Copper and 0.1311 of
Lead was obtained. In addition, with the mixture of both bioadsorbents, a removal percentage of
72.27% Copper was obtained, with a maximum capacity (q mg / g) 0.069 Copper.
Keywords: Bioadsorption, orange peel and apple tree, lead, copper removal.
1
INTRODUCCIÓN
El agua es un líquido vital para la vida con el paso de los años se ha generado un aumento de su
contaminación por actividades antropogénicas imposibilitando muchos de sus usos generando
gran preocupación por este motivo se ha promovido la realización de investigaciones y el
desarrollo de nuevas tecnologías amigable con el medio ambiente (Mendoza, 2018) .
Los metales pesados en la actualidad son considerado uno de los contaminantes principales del
cuerpo hídrico en lugares con mayor explotación minera perjudicando al medio ambiente y a la
salud de quien lo consuma causando daños severos e irreversible (Quimí , Barcos, & Naranjo,
2017).
El contacto de plomo a largo plazo en pequeñas cantidades puede provocar daños irreversibles en
niños, se ha descubierto que en concentraciones de 7 microgramos de plomo por decilitro de sangre
causa daños irreversibles en el sistema nervioso de los niños (Telisman, Colak, Pizent, Jurasović,
& Cvitko, 2007).
Los contaminantes con alta peligrosidad para el medio acuático son los metales pesado ya que
poseen baja biodegradabilidad y gran habilidad para acumularse en distintos organismos. Los
procesos para tratar aguas contaminadas por metales son generalmente carbón activado, extracción
con disolventes tecnología con membranas, intercambio iónico entre otros, pero la mayor parte de
estos procesos llegan a ser muy costoso provocando que estoy sean evacuados a los ríos sin ningún
tratamiento (Valerio, Burelo, Melgoza, & Valladares, 2016).
La bioadsorción es una nueva alternativa para remover metales pesados del agua una de sus
ventajas principales es que son de bajos costo debido a que su materia prima son desechos agrícolas
2
como cáscara de naranja, plátano manzano, guineo cáscara de toronja etc., y tienen gran eficiencia
(Tejada, Villabona, & Garcés, 2015).
La cáscara de naranja y plátano manzano tienen propiedades de bioadsorción porque presentan
grupos funcionales denominados (carbonil, carboxil, sulfidril hidroxil alquilo, fosfatos) en su
composición permitiendo que allá un intercambio iónico (Aguilar & Flores, 2018).
Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación es determinar la capacidad de adsorción de la
cáscara naranja y plátano manzano para tratamientos de aguas contaminadas por metales pesados
(Pb y Cu) presente en el Río.
3
CAPÍTULO I
1. Tema
Estudio de la bioadsorción de metales pesados (Pb y Cu) en las aguas del Río Puyango,
utilizando cáscara de naranja y plátano manzano.
1.1.Planteamiento del problema
El agua es un líquido vital esta denominado como unos de los patrimonios naturales más
importante tanto para el aumento e incremento los seres vivos y para las diferentes actividades
que realizan todos los habitantes y es esencial para el ciclo del hidrogeno (González, 2017).
Las organizaciones mundiales de la salud (OMS) describe que el agua se encuentra
contaminada cuando presenta una alteración en la composición del agua cambiando sus
propiedades naturales llegando a provocar grandes riesgo a la salud por causa de la acumulación
de contaminantes en el cuerpo provocando envenenamiento (OMS, 2018).
Las aguas afectadas por contaminantes como son los metales pesados dan origen a
intoxicaciones y envenenamiento lento ocasionando de modo significativo la salud de un
individuo o ser vivo (animal y también cultivos, etc.) que lo consuma (Molina, 2015).
En la actualidad hay numerosas clases de contaminantes de origen antrópico entre los más
comunes encontramos el plomo (Pb), cobre (Cu), zinc (Zn), manganeso (Mn) estos son
componentes tóxicos que se acumulan en el organismo de los seres vivos por medio de
inhalación, al alimentarse y al consumir agua. El origen del plomo es muy antiguo y en la
actualidad todavía se sigue empleando en la elaboración de herramientas, hubo gran conmoción
4
por el organismo de la salud al descubrir plomo en cañerías alterando así sus propiedades
correspondientes a su estado natural (Londoño, Londoño, & Muñoz, 2016).
Las formas de contaminación que se dan en este cuerpo hídrico son por la explotación
minería a cielo abierto o subterránea por el mal cierre de minerías que al ingresa en contacto
con factores climático como la lluvia se origina drenaje denominado acido roca, en el
tratamiento para la obtención del oro y la plata y se debe de lavar con una solución cianurada
alcalinas la cual se necesita 50g de cianuro en 1000lt de agua luego este pasa agregarles cal
que tiene la función de mantener la alcalinidad y el carbón activo se utiliza para precipitar el
oro y la plata y este líquido es vertido en los cauces naturales sin ningún tratamiento previo
alterando la calidad del agua (Mora, Jumbo, Gonzales, & Bermeo, 2016).
El inconveniente más significativo del Río Puyango ubicado en Zaruma Provincia del Oro
son los metales pesados (Pb, Cu, Fe, Ni, Hg), pH, turbidez, color y distintos microorganismos
que tienen en, mayoría cargas negativas en su área formando de esta forma un obstáculo entre
si impidiendo que se junten. De esta manera se promueve la utilización de un bioadsorbente
natural para tratar el agua, dando paso a las otras etapas que determinaran el triunfo del
bioadsorbente (Mora, Jumbo, Gonzales, & Bermeo, 2016).
La bioadsorción es un mecanismo utilizado para eliminar contaminantes, orgánico e
inorgánico que contenga el agua empleándose mediante materiales vivos como son las bacterias
o inertes. La bioadsorción cumple el papel de enlazar sustancias químicas que contengan cargas
eléctricas opuestas atrayéndola mediante una disolución y cumpliendo el papel de ligarlas a los
restos lignocelulósicos (Custillas, 2017).
5
1.2.Formulación y sistematización del problema.
¿Es posible la captación de iones Pb y Cu en las aguas del Río Puyango utilizando el polvo
de la cáscara de naranja y plátano manzano?
1.3.Sistematización del problema
¿En qué medidas el bioadsorbente del polvo de la cáscara de naranja y plátano manzano
puede captar los iones de Pb y Cu presentes en las aguas del Río Puyango?
¿Será posible que en el tiempo de 12 horas se pueda captar la mayor cantidad de iones de
metales pesados?
¿Cuál será el tamaño del bioadsorbente para obtener una mayor adsorción de iones de
metales de Pb y Cu?
1.4.Justificación de la investigación
1.4.1. Justificación teórica.
El presente proyecto depende de procesos tantos físicos, químicos y biológicos que tiene por
objetivo la eliminación de contaminantes con metales pesado en agua.
Oficialmente el país no posee un bioadsorbente natural a partir de “Citrus Sinensis y Musa
Sapientum”. De esta forma se promueve llevar a cabo el proyecto investigativo que trata de
obtener un bioadsorbente a partir de la naranja (Citrus Sinensis) y plátano manzano (Musa
Sapientum) para tratamientos de aguas contaminadas con metales pesados (Pb y Cu) en el Rio
Puyango, y de esta manera dar a conocer un bioadsorbente para metales pesados natural (Mora,
Jumbo, Gonzales, & Bermeo, 2016).
6
El trabajo de titulación tiene como propósito determinar la eficiencia del bioadsorbente
natural a de“Citrus Sinensis y Musa Sapientum”mediante el estudio de sus características físicas
y químicas que reaccionan el tratamiento de agua debido a la presencia de presencia de
hidroxilo y carboxilo de pectina a la que se le atribuye el poder de absorción como resultado
positivo para el tratamiento de agua contaminada con metales (Pastor, 2015).
1.4.2. Justificación metodológica.
La bioadsorción en un método que se emplea para la remoción de metales pesados como el
plomo y cromo presente en el agua a través de un mecanismo de captación de los iones
metálicos por medio de una biomasa viva o muerta (Garcés, Villabona, & Tejada , 2015).
Estos metales pesados traen consigo grandes enfermedades por su acumulación entre las más
conocidas envenenamiento tanto en seres humanos como animales y la perdida de la
biodiversidad. Se la logrado la eliminación de metales pesados a partir de limón y toronja en lo
cual se ha llegado a eliminar un 70% de los metales presente en el agua (Bermejo, 2016).
La intención de realizar la presente investigación es puntualizar la eficiencia de (Citrus
Sinensis y Musa Sapientum) como bioadsorbente para el tratamiento de agua realizando el
respectivo control de la dosificación adecuada para definir la eficacia como bioadsorción
natural (Custillas, 2017).
1.4.3. Justificación práctica
La presente investigación se ejecuta con la finalidad de reducir la contaminación de aguas
con metales pesados siendo uno de los mayores contaminantes como son el plomo y el cobre.
Con la finalidad de determinar la eficacia del bioadsorbente natural a partir de (Citrus Sinensis
7
y Musa Sapientum) teniendo en conocimiento que este producto se encuentra en la costa del
país.
Se deberá ejecutar pruebas de test de jarra para así lograr una correcta dosificación del
bioadsorbente y posteriormente la realización de las demás pruebas físico química como tamaño
de partícula , pH , color , turbidez, respaldándola con las normativas existente que puedan
certificar su eficacia logrando de esta manera ayudar a la implementación de nuevas tecnologías
que ayuden al medio ambiente y al progreso de la ingeniería ,empleando un producto natural
como es el (Citrus Sinensis y Musa Sapientum) como una técnica nueva de tratamiento (Pastor,
2015).
1.5.Objetivo de la investigación
1.5.1. Objetivo general
Determinar la capacidad de adsorción del polvo de la cáscara naranja y plátano
manzano para tratamientos de aguas contaminadas por metales pesados (Pb y Cu)
presente en el Río.
1.5.2. Objetivo especifico
Caracterizar físico-químico del agua proveniente del Río Puyango.
Caracterizar el polvo obtenido de la cáscara de naranja y plátano manzano.
Determinar la cantidad máxima de plomo y cobre absorbidos por el polvo de cáscara de
naranja y plátano manzano.
Caracterizar el agua posterior a la utilización del polvo.
8
1.6.Delimitación de la investigación.
1.6.1. Delimitación espacial
El presente proyecto se llevará a cabo en la Universidad de Guayaquil, en el Laboratorio de
Aguas de la Facultad de Ingeniería Química donde se realizó la experimentación para
determinar la eficiencia del bioadsorbente a partir del polvo de la cáscara de Naranja(Citrus
Sinensis ) y Plátano manzano (Musa Sapientum) para el tratamiento de agua contaminada por
metales pesado Pb y Cu en el Río Puyango.
Figura 1: Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química
GD: -2.1819. - 79.8987
Fuente: (Google Maps, 2019).
9
1.6.2. Delimitación temporal
Después de la fecha de haber aprobado el anteproyecto, se calculará un periodo de cuatro
meses más o menos, para mostrar la obtención y el resultado de la eficacia de bioadsorbente a
partir de “Citrus Sinensis y Musa Sapientum” para la aplicación de tratamiento de aguas
contaminadas con metales pesados en el Río Puyango.
1.6.3. Delimitación del contenido
El presente proyecto de titulación está basado en el estudio para la obtención de
bioadsorbente a base de las cascaras “Citrus Sinensis y Musa Sapientum” la eficacia de este
para aplicación de tratamiento de aguas, que es una recolección de lo aprendido en materias
como, en tratamiento de residuos sólidos e ingeniería de aguas y medio ambiente. En conjuntos
con libros e investigaciones realizadas que ayudan a un mayor entendimiento del tema
estipulado.
Área: Química
Campo: Ingeniería Química
Aspecto: Determinación de la eficacia de la cáscara de “Citrus Sinensis y Musa Sapientum”
como bioadsorbente para el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados.
10
1.7.Hipótesis general o premisa.
Si el polvo de las cáscaras naranja y plátano manzano tendrán la capacidad de absorber
metales pesados (Pb y Cu) en aguas contaminadas Río Puyango.
1.8.Variables del proyecto.
1.8.1. Variable dependiente
Estudio de la bioadsorción de metales pesados (Pb y Cu) en las aguas del Río Puyango.
1.8.2. Variable independiente
Utilizando cáscara de naranja y plátano manzano
11
1.9.Operacionalización de las variables.
Tabla 1: Operacionalización de las variables
Operacionalización de las variables
Variables Correspondencia Temas Subtemas Indicadores Unidades
Dependiente
1.9.1. Estudio de la
bioadsorción
de metales
pesados (Pb
y Cu) en las
aguas del
Río Puyango
1.9.1.1.Metales
pesados
1.9.1.1.1. Fuentes de
contaminación
de metales
pesados en los
alimentos
1.9.1.1.2. Fuentes de
emisión y
generación de
metales
pesados
1.9.1.1.3. Efectos de los
metales
pesados a la
salud y al
ambiente
1.9.1.1.4. Plomo
1.9.1.1.5. Fuentes
naturales de
Plomo
1.9.1.1.6. Efectos del
plomo sobre la
salud humana
1.9.1.1.7. Efectos del
plomo en el
medio
ambiente
1.9.1.1.8. Cobre
pH
Turbidez
Dimensionales
NTU
12
1.9.1.1.9. Riesgos de
cobre en la
salud humana
y animal
1.9.1.1.10. Los metales
pesados en las
aguas
residuales
1.9.1.1.11. Métodos
convencionale
s para el
tratamiento de
aguas
residuales
1.9.1.1.12. Métodos
alternativos
para el
tratamiento de
aguas
residuales
1.9.1.2.Minería
1.9.1.2.1. Antecedentes del
Río Puyango.
1.9.1.2.2. Afectaciones por
la actividad minera
13
1.9.1.3.Bioadsorción
1.9.1.3.1. Bioadsorción para
la eliminación de
metales pesados
1.9.1.3.2. Parámetros que
influyen en la
capacidad de
bioadsorción
Independiente
1.9.2. Utilizando
cáscara de
naranja y
plátano
manzano
1.9.2.1. Naranja
1.9.2.1.1. Definición
de cascara
de naranja
característi
cas
generales
1.9.2.1.2.
Composici
ón física de
la naranja.
1.9.2.1.3. Composici
ón química
de la
naranja.
1.9.2.1.4. Cáscara de
naranja
14
como
adsorbente
1.9.2.1.5. Capacidad
de
intercambi
o catiónico
de la
cáscara de
naranja
1.9.2.2. Cultivo de
la naranja
1.9.2.2.1. Características
principales para el cultivo
1.9.2.2.2.Cosecha y
acondicionamiento
Velocidad de
agitación
Concentración
Tiempo
Tamaño de
partícula
rpm
ppm
horas
mm
1.9.2.3. Producción
de la naranja en el
Ecuador
1.9.2.3.1. Descripción de la
situación de la naranja en
Ecuador
1.9.2.3.2. Ubicación de
producción de la naranja
1.9.2.4.Plátano
manzano
1.9.2.4.1. Definición de
cáscara de plátano manzano
características generales
1.9.2.4.2. Propiedades
funcionales de la cascara de
plátano
1.9.2.4.3. Polímeros naturales
1.9.2.4.4. cáscara de plátano
manzano como bioadsorbente
1.9.2.5. Cultivo del
plátano manzano
1.9.2.5.1.Caracteristicas
principales para el cultivo
1.9.1.5.2. Principales plagas y
enfermedades
1.9.1.5.3. Cosecha y
acondicionamiento
15
1.9.2.6. Producción
del plátano manzano
en el Ecuador
1.9.2.6.1.Descripción de la
situación del plátano
manzano en Ecuador
1.9.2.6.2. Ubicación de
producción del plátano
manzano
16
CAPÍTULO II
2. Marco referencial
2.1.Marco teórico
2.1.1. Antecedentes del Río Puyango
El Río Puyango, ubicado entre las Provincias de EL Oro y Loja, sigue permanentemente
contaminado, debido a la presencia de residuos de metales pesados de la producción minera del
tramo alto de la Provincia de El Oro, cuyas aguas están inválidas para el uso humano, la
ganadería y la agricultura. Su cuenca abarca 4.700 kilómetros cuadrados y es donde se ejecutara
el plan binacional Puyango- Tumbes, que habilitara 40.000 hectáreas. Algunas especies de
peces han desvanecido y otras han migrado a otros lugares con menos contaminación. Es
irremediable que a través de un reglamento el Gobierno prohíba que los mineros arrojen al
afluente los desperdicios, sino que preliminarmente se purifiquen con procesos químicos para
que se desemboque a la cuenca del río agua purificada y limpia libre de contaminates.es
lamentable que hasta la actualidad el Ministerio del Ambiente no haga absolutamente nada por
descontaminar este gran río (Ortega, 2017).
2.1.2. Afectaciones por la actividad minera
Los principales problemas de acidificación en la Provincia de El Oro, se dan en los ríos y en
las aguas subterráneas, debido a los drenajes de cunetas, corredores subterráneos, relaves,
escorias, disolvente oxidativa y lixiviación de sulfuros metálicos, en especial pirita. Los ríos
que presenta, disolvente oxidativa y lixiviación de sulfuros metálicos, en especial pirita. Los
ríos que presenta con mayor generación de profanación son el rio Pindo, y Puyango. La
17
disertación realizada por el Ministerio del Ambiente del Ecuador (MAE), determinó que en
verano la probabilidad de retribución de metales pesados en solidos suspendidos al organismo
humano y peces, es crecidamente mayor que en invierno. Una visible muestra se da en Puyango,
las concentraciones de Pb en verano van entre 3972 y 5080ug/g y en el tiempo lluviosa el pb
disminuye a 269 y 345ug/g (Quimí , Barcos, & Naranjo, 2017).
En los ríos de la Provincia de El Oro, las descargas de los contaminantes resultantes de la
acción minera afectan negativamente a toda forma de vida, provocando severos impactos
ambientales y estragos en la salud humana. Los Cantones Portovelo y Zaruma son los
principales sectores perjudicados debido a la ingesta de agua y alimentos contaminados.
Actualmente, son muy escasos los estudios en relación a las consecuencias qué provoca la
actividad minera en la salud humana (Quimí , Barcos, & Naranjo, 2017).
2.1.3. Minería
La minería en los últimos años tiene una crecida a grande escala en América Latina, es un
recurso elemental para el crecimiento económico a pesar de ello la explotación minera están
provocando grandes efectos ambientales que se ven también influenciadas personas que viven
cercas de las zonas, lo que atribuye al daño de áreas verdes protegidas que viven cercas de las
zonas, lo que atribuye a una pérdida de áreas verdes protegidas deforestación, la degradación
de los suelos, el exterminio de especies animales y vegetales, tenemos que concientizar para
una mejora sostenible y sustentable para esta actividad (Castro F. , 2017).
En las actividades de expoliación se generan cuatro fases: desprendimiento, molienda,
trituración, mezcla y homogenización, lavado y las concentraciones q a que se somete el pétreo
extraído para su consecuente modificación y uso (Moya, 2018).
18
Para las descargas de efluentes a un cuerpo de agua o receptor: Agua dulce y agua de
alcantarillado en Ecuador tenemos la Normativa del Anexo N°097-A, el valor límite máximo
permisible para el Cu 1,0mg/lt y Pb 0,2mg/lt en agua dulce, para un cuerpo de agua
alcantarillado de Cu 1,0mg/lt y para el Pb 0,5 (Tapia, 2015).
2.2.Marco conceptual
2.2.1. Metales pesados
Esta terminación abarca a cualquiera de los elementos químico metálico que posean una
correspondiente densidad alta, y tener propiedades tóxicas o venenosas en bajas
concentraciones. A continuación se dará a conocer diferentes metales pesados en los que se
encuentran los siguientes: mercurio (Hg), cadmio (Cd), arsénico (As), cromo (Cr), talio (Tl), y
plomo Pb, cobre (Cu). Estos metales pesados son constituyentes de la corteza terrestre. No
pueden ser descompuestos o destruidos ,la existencia de los metales pesado encontrados en la
corteza terrestre , existen por las diferentes actividades del ser humano como son la minería,
agricultura, ganadería actividades industriales y trafico automovilístico, que se consideran,
fuentes de metales pesados (Pastor, 2015).
19
2.2.2. Fuentes de contaminación de metales pesados en los alimentos
Tabla 2: Fuentes de contaminación de metales pesados en los alimentos
Origen contaminación Metal pesado involucrado
Natural ,proveniente del suelo Cadmio, bromo, flúor, cobre
Uso de insecticidas, desinfectantes y
medicamentos.
Arsénico, cobre, plomo, mercurio
Del suelo arenoso y envase de vidrio Silicio
Por el equipo de procesamiento Cobre, hierro, níquel, estaño, plomo, cadmio
Debido al almacenamiento Hierro, níquel, estaño, plomo, cadmio,
estroncio
Por oxidaciòn en el envase Hierro y cobre
Debido al procesamiento Cobre, cadmio, arsénico
Suplementos alimenticios en dietas de
animales
Cobre, cadmio, hierro, zinc, arsénico.
Fuente: (Londoño, Londoño, & Muñoz, 2016).
2.2.3. Fuentes de emisión y generación de metales pesados
Los metales son pertenecientes a la corteza terrestre. Estos contaminantes de gran proporción
los cuales se manifiestan al medio de las actividades humanas provocando daño al ambiente.
La minería es una de las principales causas de contaminación de metales pesados a causa de la
extracción de grandes cantidades de material, por medio de la refinación de metales precioso o
también por el descargo de efluentes industriales al medio ambiente y emisiones vehiculares.
El inapropiado distribución de los residuos metálicos ha ocasionado de esta forma contaminar
el suelo, agua superficial y subterránea y los ambientes acuáticos (Pastor, 2015).
20
2.2.4. Efectos de los metales pesados a la salud y al ambiente
La profanación por metales causa efectos a la salud humana y al entorno natural dependiendo
del tipo de contaminante a que se encuentre expuesto, se detalla a continuación:
2.2.5. El Plomo
El plomo es aquel metal pesado que debido a su resistencia a la corrosión se ha utilizado a
través de muchos años, posee buena ductibilidad, maleabilidad y una gran facilidad para crear
aleaciones. El plomo es un contaminante que se lo absorbe por medio de la inhalación ingestión
y por la piel.
Las vías de manifestación son:
Aspiración de partículas de plomo provocadas por medio de la combustión de ciertos
materiales.
La ingesta de polvo, agua o alimentos contaminados. Pueden distribuirse en distintos
órganos, tejidos huesos y dientes, provocando de esta forma un acumulamiento con el
avance de los años.
La intoxicación por plomo puede variar dependiendo su grado de exposición y la edad que tenga
la persona (Reyes, Vergara, Torres, Díaz, & González, 2016).
2.2.6. Fuentes naturales del plomo
El plomo se encuentra en la corteza terrestre y en grandes cantidades de minerales por medio
de los cuales son extraídos y transformados para sus diferentes usos. Una de las fundamentales
causas de contaminación ambiental sobresale el aprovechamiento de la minera la metalurgia,
en el empleo de fabricación y reciclaje y, en algunos países, todavía se utiliza pintura y gasolina
21
que contiene plomo. Las tres cuartas partes del uso del plomo mundialmente son para la
fabricación de baterías y también para ácidos para vehículos de motor (Bermejo, 2016).
2.2.7. Efectos del plomo sobre la salud humana
El plomo se encuentra entre uno de los cuatro metales con mayor efecto dañino en la salud
humana. Se incorpora en el cuerpo humano por alimentos (65 %), a través del agua (20 %) y
en el aire (15 %). Los alimentos que contienen cantidades representativas de plomo son las
siguientes hortalizas, cereales, frutas, vegetales, carnes, granos, mariscos, refrescos y vino
(Reyes, Vergara, Torres, Díaz, & González, 2016).
A continuación se dará a conocer los efectos no deseados en la salud humana producida por
este metal:
Cambio en su presión sanguínea.
Deterioro renal.
Causa aborto.
Perturbación en el sistema nervioso.
Daño al cerebro.
Infertilidad del hombre a través del daño en el esperma.
Disminuye la capacidad de aprendizaje en los niños.
Cambio en el comportamiento de los niños, por ejemplo se vuelve agresivo,
comportamiento impulsivo e hipersensibilidad (Reyes, Vergara, Torres, Díaz, &
González, 2016).
22
2.2.8. Efectos del plomo en el medio ambiente
El plomo se estima un contaminante toxicológico, su utilización causa efectos contaminantes
al ambiente y a los seres vivos .El fundamental medio de disponibilidad son el sedimento, el
polvo, donde hay mayor concentración provocando su ingesta por el organismo. En la tierra es
donde se acumula la mayor concentración de la contaminación ambiental con un 90% y el 9%
en suelos acuáticos, manteniéndose así por mucho tiempo el plomo en el suelo logrando
alcanzar grandes afectaciones al medio biótico y abiótico y al ser humano (Ronda, 2016) .
2.2.9. El Cobre
Según el Servicio Mineral de los Estados Unidos, reservas de cobre explotable en el planeta,
e inclusive ahora identificadas, se calculan en 630 millones de toneladas, una cifra que cada año
aumenta (sin dificultad, se calcula que hay por lo menos 5 veces crecidamente “recursos”).Se
presenta principalmente en forma de sulfatos, carbonatos y sulfuros de Fe y Cu. Un 90% del
cobre en un medio marino se encuentra formado complejos con la división húmeda en
disolución. El 83% de las emisiones de este mineral se depositan a la atmosfera posteriormente
en zonas continentales y el restante en los océanos (Aguilar & Flores, 2018).
2.3.0. Riesgos de cobre en la salud humana y animal
El peligro por adsorción del sulfato de metal puede producir necrosis hepática y
fallecimiento. La exposición crónica de alimentos conservados en recipientes de metal genera
dislocación hepática en niños. Algunos efectos de envenenamiento forma: hemolisis mortal en
vacas lecheras a dosis de 38mgkg/, PV.El ganado ovino es la especie crecidamente blanda a la
intoxicación, tolera apenas 25mgkg/, PV.Tanto en los casos agudos como en crónicos la muerte
23
se acerca al 100%.En bovinos consumos de 220 a 880mgkg/de peso corporal pueden producir
el fallecimiento (Aguilar & Flores, 2018).
2.3.1. Los metales pesados en las aguas residuales
El aumento de concentración en las aguas residuales de estos compuestos se debe
principalmente a profanación industrial o minero. Los lixiviados de vertederos o vertidos de
aguas residuales son sustancias de fuente de contagio (Facsa, 2017) .
Estás fuentes también son emanadas por aguas domesticas comerciales e industriales:
Productos químicos
Actividad minera
Combustión de petróleo
Aguas residuales
Residuos urbanos e industriales (Verdugo, 2017).
2.3.2. Métodos convencionales para el tratamiento de aguas residuales
Los tratamientos de aguas residuales se fundamenta en descartar los metales pesados, y
composición orgánica aplicando procesos con tecnología para obtener un efluente con
parámetros por debajo de los límites máximos permisibles entre estos tenemos; oxido-
reducción, precipitación química, intercambio iónico, tratamiento electroquímico, tecnologías
de membranas, osmosis inversa y micro/ultra/nano filtración (Marshall & Espinoza, 2016).
24
2.3.2.1.Óxido –reducción
Añadido de un compuesto que actúa como generador oxidante o reductor. Estas reacciones
son dependientes del pH, de modo que el intervalo de trabajo depende de la substancia utilizada
(Marshall & Espinoza, 2016) .
2.3.2.2.Precipitación química
Este tratamiento consiste en que los metales pesados se sedimentan produciendo una
variabilidad en el pH, esto se produce al adicionar un reactivo químico, como resultado se
obtiene un producto, el lodo con disposición de metales se puede separar por filtración. Esta
técnica utilizan por lo general en los procesos de las industrias por lo que es un método sencillo
de fácil procedimiento y barato, pero para su conservación es muy costoso por cantidades
grandes de lodos que producen (Verdugo, 2017).
La desventaja si no hay mucha presencia de metales pesados se necesita un excedente de
reactivo químico para así llegar a la sedimentación (Marshall & Espinoza, 2016) .
Figura 2: Procedimiento de precipitación Química
Fuente : (Marshall & Espinoza, 2016) .
2.3.2.3. Intercambio iónico
Es una transformacion en que los iones estan presentes en una materia de intercambio y son
sustituidos por iones de distintos grupos que se encuentran en solucion, y así elimeninando
25
metales en elevada cocncentracion en aguas de difenrentes industrias,obteniendo la restauracion
de los metales con menor magnitud de lodos btenidos (Verdugo, 2017).
2.3.2.4.Tratamiento electroquímico
Este trtamiento consiste en reacciones oxidacion-redución atraiadas por la utlizacion de
potnecia electrica externa.las desventaha que las concentraciones metalcias son menos a 10ppm
puesto quehay una baja eficiencia en la maniobra (Marshall & Espinoza, 2016) .
2.3.2.5.Tecnologías de membranas, ósmosis inversa y micro/ultra/nano filtración
Forman barreras físicas semipermeables que se desintegran ambos fases, imposibilitando su
íntimo contacto. Consisten en la elevada densidad de orificio de estas membranas que implica
bajas resistencias hidrodinámicas, y por lo que proporcionan altos flujo y costos elevados de
operación (Marshall & Espinoza, 2016) .
2.3.3. Métodos alternativos para el tratamiento de aguas residuales
Teniendo conocimiento que los métodos convencionales para el tratamiento de aguas
residuales tienen algunas desventajas, se da lugar a los métodos alternativos que son de fácil
implementación y costos bajos para tratar los efluentes contaminados entre estos tenemos:
2.3.3.1.Microalgas
Las microalgas sin microorganismos eucariotas fotosintéticas que producen fotoquelatinas
están encargadas de captar los metales, microalgas poseen un mecanismo para realizar procesos
de biosorción, intercambio iónico en los que los iones como Na, Ca, y Mg llegan a ser
desplazados por metales pesados (Verdugo, 2017).
2.3.3.2.Biopolímeros
Son especies químicas de gran peso atómico, gran tamaño, que forman parte de las paredes
celulares de células y vegetales así como de exoesqueletos y endoesqueletos, pueden ser de
26
fuente animal y vegetal. Para obtener biopolímeros estos se someten a procesos químicos y
físicos mejorando así la captación de metales pesados los entre estos tenemos: bentonita-
quitosano, lignina-quitosano alcalina, quitosano reticulado, entre otras (Verdugo, 2017).
2.3.3.3.Hidrogeles
Son utilizados para la remediación de aguas, por poseer ventajas de selectividad, capacidad
de reutilizar, y se pueden formar una red tridimensional. Presentan una estable dócil y elástica
la cual está determinada por el monómero hidrófilo de partida y la baja espesor de
entrecruzamiento del elastómero (Verdugo, 2017).
2.3.4. Bioadsorción
A la bioadsorción se lo denomina como un proceso físico que es producido por una
interacción débil de largo alcance (Fuerzas de van der Waals), permitiendo que tanto las
partículas, moléculas o iones puedan quedar atrapadas o mantenida encima de la superficie de
un material. Este proceso de bioadsorción comprende una fase sólida y una liquida, la sustancia
que es adsorbida se la denomina adsórbalo y el material que es utilizado para la adsorción es el
adsorbente. Este proceso dependerá de las fuerzas que interaccionan a través del adsorbato y el
adsorbente, se determinara el respectivo modelo de proceso de adsorción (Valladares, Valerio,
Burelo, & Melgoza, 2016).
Las primeras pruebas de empleo de la bioadsorción fueron hace 65 años, pero por tema
ambiental y económico desde hace dos décadas surgieron mayores investigaciones en las
utilización de algas, bacterias, hongos, etc, hace poco se reportaron investigaciones donde
fomentaban la utilización de desechos de cítricos por tener propiedades adsorbentes (Marshall
& Espinoza, 2016).
27
2.3.4.1. Mecanismo de bioadsorción
Este mecanismo de acuerdo a (Ahalya, Ramachandra, & Kanamadi, 2003) es muy diverso y
tiene gran dependencia del tipo de metal como también del tipo de sorbente los mecanismos de
bioadsorción más importantes:
Absorción física:
Es una conexión existente entre el bioadsorbente y el metal y se da por las fuerzas de
atracción, la adsorción se produce por las fuerzas de Van der Waals o denominada
fisisorción.
Complejación: la conexión o unión del bioadsorbente y el metal se da mediante la
compleja configuración de la superficie del material, poseyendo ligandos unidentados o
polidentados, si logran unir uno o más electrones con el metal.
Quimisorción: se denomina al enlace químico a través del intercambio de electrones al
unirse el bioadsorbente el metal.
Precipitación: se produce porque varios microrganismo generan una sustancia que lo
utilizan como medio de defensas esta sustancia logra la precipitación los elementos
acumulados en el medio donde se encuentre.
2.3.5. Bioadsorción para la eliminación de metales pesados
Es un procedimiento alterno a los tratamientos convencionales de separación de aguas
residuales que contienen metales es la adsorción, que hace indicación a un tipo específico de
adsorción, al estado sólido se conoce con el nombre de bioadsorbente. Los bioadsorbente
forman materias de fuente orgánica que presentan características tanto de adsorbentes como de
28
intercambiadores de iones, y poseen propiedades que les confieren altas posibilidades de
detención de metales, siendo capaces de bajar su concentración en la solución .Es un proceso
que puede utilizarse para tratamientos de grandes volúmenes de aguas contaminadas con
concentraciones bajas de metales (Rios, 2014).
2.3.6. Parámetros que influyen en el proceso de bioadsorción
Los parámetros que se ven influenciados en los procesos de bioadsorción impidiendo que se
dé una buena adsorción son parámetros físicos-químicos, calidad del medio, particularidad del
bioadsorbente (Verdugo, 2017).
2.3.6.1.Efecto del tiempo de contacto
La consecuencia del tiempo que se determina para su agitación o contacto entre las fases
solido-liquido en un proceso de adsorción, es un elemento importante, porque determina el
reparto de equilibrio del adsorbato y adsorbente, creando el tiempo de equilibrio y de esta forma
se podrá describir su cinética (Mendoza, 2018).
2.3.6.2.Efecto del tamaño de partícula
El tamaño de partícula se ve influenciado con la captación de los metales y con el tiempo de
reacción. La disposición de un mayor número de centros activos presentes para la reacción y la
gran simplicidad con que el adsorbato puede acceder a ellos, con una reducción de la
delimitación a la expansión en la parte interna de los poros, son las causas del aumento de la
capacidad de retención con el decremento de la magnitud de la partícula (Aguirre, 2017).
29
2.3.6.3.Efecto de la concentración del adsorbato
Las cifras experimentales sobre el resultado de la concentración del adsorbato nos aceptan
el estudio de una isoterma; es aquella ecuación que se encarga de manifestar el vínculo que
existe en el equilibrio, que se encuentra una temperatura constante que está en medio de la
concentración del adsorbato en una estado líquida y la adsorbida por medio de la superficie del
adsorbente (Mendoza, 2018).
2.3.6.4.Influencia del pH en la adsorción
El pH en estado acuoso es un elemento de importancia tanto para adoración de cationes como
de aniones, siendo el resultado diferente en los dos casos, entretanto la adsorción de cationes se
encuentra favorecida por los valores de pH mayor a 4,5, mientras que la adsorción de aniones
posee un valor bajo de pH, que se encuentra entre los 1,5 y 4 (Mendoza, 2018).
2.3.6.5.Efecto de la temperatura
En absoluto, los diferentes parámetros termodinámicos manifiestan variaciones en su energía
y su reparto en los distintos procesos de adsorción, que poseen parte en el momento en que
pasas de un estado inicial a un estado final que se encuentra en equilibrio (Mendoza, 2018) .
2.3.6.6.Efecto de la dosis de adsorbente en la adsorción
El valor del adsorbente en un elemento que se encargara de disminuir hasta un determinado
punto la concentración de metal que se deberá adsorber, en pocas palabras a un mayor valor de
adsorbente se podrá obtener una mayor adsorción, pero a lo que se quiere llegar es a una relación
de equilibrio, que será por medio de la cantidad de adsorbente y la concentración de metal, para
así obtener un excelente resultado de adsorción (Mendoza, 2018).
30
2.3.7. Naranja
Nombre Científico: Citrus Sinensis L.
Familia: Rutaceae
Descripción:
Este fruto de corteza gruesa el producto del naranjo, arbusto pertenece al citrus de la familia
de las rutáceas, es el género crecidamente fundamental de la especie citrus, siendo el fruto más
cultivado a nivel del mundo. En si se conocen dos calidades de naranja: dulces (Citrus Sinensis
L) y amargas (Citrus aurantium), la naranja dulce es la que más se consume en bebidas, y la
naranja amarga para realizar mermeladas, confituras, licores y aceites esenciales ( Mondragón ,
2018).
Figura 3: Parte de la naranja
Fuente: (Floricultura 34, 2013).
31
2.3.7.1.Composición física de la naranja
2.3.7.1.1. Flavedo (Capa)
Indica que es el fragmento externo que está cercano a la corteza y en él abundan vesículas
que contienen la máxima cantidad de los pigmentos y los aceites esenciales del fruto estos
últimos se encuentran en numerosos sacos o glándulas, cuya línea varía de 0,4 a 0,6 milímetros
(Mendoza, 2018).
2.3.7.1.2. Albedo (Blanco)
Nos manifiesta que el albedo o mesocarpio del fruto es la porción blanca esponjosa que se
encuentra entre el endocarpo (masa) y el exocarpo (flavedo) y cuyo propósito es de apropiada
para la alianza entre las partes mencionadas, la composición del albedo contienen celulosa,
hemicelulosa, lignina, compuesto pécticas, y compuestos fenólicos (Apelo, 2017).
2.3.7.2.Composición química de la cáscara de la naranja
2.3.7.2.1. Celulosa
Elastómero de cadenas largas fuera de ramificaciones de β- D-Glucosa y la diferenciación de
la fécula por estar conformada por grupos hidroximetil -CH OH alternando por en lo alto y por
debajo del plano del átomo. La inexactitud de cadenas laterales permite a las moléculas
de celulosa juntarse unas a otras para formar estructuras rígidas (Apelo, 2017).
2.3.7.2.2. Hemicelulosa
Polisacáridos que conforman las paredes celulares de la flora y se pueden elaborar con
soluciones alcalinas diluidas. La hemicelulosa conforma alrededor de una tercera parte de los
carbohidratos en las zonas maderables de las plantas. La distribución química de la
32
hemicelulosa está conformada por cadenas largas con una gran diversidad de pentosas, hexosas,
y ácidos úronicos (Ramirez, 2016).
2.3.7.2.3. Pectina
Son una mezcla de elastómeros ácidos y neutros estrechamente ramificados. Forman el 30%
del peso seco en el muro celuloso primaria de células de las plantas. Establecen la porosidad
del muro, y por proporción el valor de recurso de los sustratos de las enzimas comprometidas
en las modificaciones de la misma. Las pectinas asimismo generan superficies cargadas que
mantienen el pH y el cálculo iónico (Aguirre, 2017) .
2.3.7.2.4. Composición química de la cáscara de naranja
Tabla 3: Composición química de la cáscara de naranja
Componente Contenido Conceptual
Azucares solubles 16.9%
Celulosa 9.21%
Hemicelulosa 10.5%
Pectina 42.5%
Fuente: (Apelo, 2017).
33
2.3.7.2.5. Cantidad de C, H, N
Tabla 4: Cantidad de C, H, N
Material vegetal Elemento%
C H N
Cáscara de naranja 44.43 6.41 0.89
Fuente: (Apelo, 2017).
2.3.8. Cáscara de naranja como bioadsorbente
La adsorción a través de biomasa residual por efecto es bastante prometedora, por este
motivo es de gran importancia destacar la cáscara de naranja como bioadsorbente con gran
potencial. Los residuos de naranja como es su cáscara, contienen celulosa, pectina,
hemicelulosa y cómo. También otros compuestos de menor peso molecular en los cual se
encuentran los limoneno. Contienen, por tanto, grupos funcionales activos como son el
carboxilo presente en las pectinas y los hidroxilos que se encuentran en la celulosa. También
fosfato y tiol son capacez de unirse a los iones metálicos que se encuentran en disolución
(Aguirre, 2017) .
2.3.9. Capacidad de intercambio catiónico de la cáscara de naranja
Esta capacidad de intercambio catiónico (CIC) es la suma total de los cationes que posee un
material adsorbente para ser cambiables. Se obtuvo como resultados en la determinación por
triplicado de este parámetro se indicó un promedio del mismo de 8,04 (meq/100g muestra). Este
valor fue comparado con los obtenidos para otros tipos de materiales utilizados como
adsorbente (Aguilar & Flores, 2018).
34
2.4.0. Cultivo de la naranja
El cultivo de naranja para su desarrollo abundante dependerá de las condiciones ambientales
en la fase fenológica que es en la floración o cuajado los cultivo que consten con todos los
nutrientes esenciales llegan a alta producción varios años la presentación de floración es en
agostos o septiembre del año ya también se produce una floración secundaria denominada
“mitaca” que cosecha en el mes de en el mes de junio a agosto, pero en menor proporción
(Marco, y otros, 2015).
2.4.1. Características principales para el cultivo de naranja
Las características principales es que su árbol es vigoroso con hojas acusadas y grandes su
fruto tiene un tamaño de 65 a 75 cm posee una forma levemente ovalada a redonda y si tienes
las condiciones climáticas adecuadas su parte exterior o recubrimiento tiene un color anaranjado
fuerte, sus gajos son separados con facilidad y su pulpa es muy jugosa de sabor delicioso
(Gualván, y otros, 2009).
2.4.1.1.Cosecha y acondicionamiento
La cosecha de naranjas se debe realizar con mucho cuidado evitando de esta forma golpes,
heridas y otros daños que afectan de esta manera la calidad y su acondicionamiento, es
recomendado la utilización de equipo apropiados para ejecutar las siguientes labores como es: el
saco de cosecha es recomendable que sea de lona con falso fondo, escalera de tijera (doble) y
tijera de podar. La fruta ya cosechada no debe ser expuesta al sol y coloca una capa seca para
prevenir la humedad del suelo. Para realizar el transporte al mercado se sugiere hacer uso de
gavetas plásticas que suministra suficiente aireación a la fruta (Chabbal, y otros, 2015).
35
2.4.2. Producción de la naranja en el Ecuador
La producción de naranja en ecuador según el ministerio de agricultura en el 2011 la
producción fe de 84mil toneladas métricas en localizaciones donde su clima es cálido en la
provincia de bolívar se llevó al mercado 40,706 toneladas cuando se termina la cosecha ecuador
deja de importar este cultivo las provincias donde hay mayor producción es Manabí y los ríos
(Montalvo, 2018).
2.4.2.1.Descripción de la situación de la naranja en el Ecuador
La producción de la naranja en el ecuador está representada como unos de los 25 cultivos
más representativos del país, esta planta al poseer un buen manejo de cosecha llega a producir
15 naranjas en el año. El ecuador se calcula que tiene una superficie de cembrio de naranja de
55.953 hectáreas, por lo tanto 10.639 hectáreas corresponden a la provincia de Bolívar y 2.650
hectáreas son perteneciente al cantón Caluma lo que figura un 4,73% de su producción a nivel
nacional. La producción de naranja más habitual es la naranja blanca (Montalvo, 2018).
2.4.2.2.Ubicación de la naranja en el Ecuador
La producción de la naranja en el ecuador está ubicada en la provincia de Bolívar y en el
cantón Caluma perteneciente a la provincia de Bolívar conteniendo diferentes variedades
cultivadas como son : Valencia ,Naranja lima , Valencia tadia ,Naranja agria , Valencia delta
y Naranja pomelo . La mayor producción es la de la naranja Valencia (Arreaga, 2017).
36
2.4.3. Plátano Manzano
Figura 4: Plátano manzano
Fuente: (Leroy, 2017).
Familia: Musáceas
Nombre Científico: Musa Sapientum
El plátano manzano es consumido en algunos países del mundo los mayores productores son
India, África occidental Cuba y Venezuela, su nivel de caloría es de 90 calorías por cada 100gr
del fruto, uno de los beneficios de este fruto es que es beneficioso para las personas propenso a
condiciones como la obesidad, diabetes y algunos tipos de cáncer. La carnosidad del fruto es
consumido por todos los seres humanos originando así considerables desechos, que se sitúan
comúnmente en tiraderos municipales provocando gran impacto ambiental (Cedeño, 2017).
2.4.3.1.Características de la platanera
El tallo del árbol mide aproximadamente de 2-5 m y la altitud puede adquirir hasta 8 m con
las hojas. Los frutos tienen forma de bayas no tienen semillas, cilindricos distribuidos en manos
de racimos de 30-70 plátanos que miden 8 A 13 cm de longitud y 3 cm de diámetro, su pulpa
37
es de color marfil y mantecosa y su piel de color amarilla (Torres, Román, González, Rodriguez,
& Fundora, 2011).
2.4.3.2.Propiedades funcionales de la cascara de plátano
El primordial subproducto del desarrollo productivo del banano es la cáscara por ende
representa alrededor del 30% del peso del fruto; la tenacidad y la capacidad de la corteza de
plátano dependen de su estructura química. La corteza del banano es rica en energía dietética,
proteínas, aminoácidos esenciales, ácidos grasos poliinsaturados y potasio; entre los esfuerzos
para utilizar la corteza se ha emanado proteínas, alcohol metílico, etanol, pectinas y enzimas
(Leroy, 2017).
2.4.4. Polímeros Naturales
Los polímeros naturales poseen características gelificante y una baja toxicidad, han llegado
casos de emplearse como alimentos o aditivos alimenticios incluso los fabrican en las
reacciones bioquímicas naturales de animales y plantas, como proteínas, carbohidratos y
polisacáridos (almidón, glucósidos). La mayoría de los polímeros contienen propiedades
adsorbentes, coagulantes o floculantes y son utilizados en la clarificación del agua que se
localiza contaminada o turbia. Dando un mejor rendimiento y resulta de gran importancia
considerarlos en su uso aplicarlo en plantas de tratamiento son los compuestos algínicos, los
derivados de la tuna o nopal y los almidones (Ticonia, 2018).
38
2.4.5. Polímeros naturales que tienen propiedades bioadsorbentes
Tabla 5: Polímeros naturales que tienen propiedades bioadsorbentes
Nombre común Se extrae de Parte de donde se obtiene
Alginato Algas pardas marinas Toda la planta
Pectina Cascara de naranja Toda la cáscara
Almidones Maíz, papa, yuca, trigo El grano o el tubérculo
Pectina de nopal Opunta Ficus Indica Las hojas
Semillas de Nirmali Strychnos Potatorum Las semillas
Algarrobo Quebracho , acacia o
algarrobo Schinopsis
lorentzi
Corteza del árbol
Carboximetilcelulosa Arboles Corteza del árbol
Goma de Guar Cyanopsis psoralioides Semillas
Fuente: (Ticonia, 2018).
2.4.6. Cáscara de plátano manzano como bioadsorbente
La habilidad que poseen los residuos lignocelulósicos para la adsorción de iones de metales
pesados es de gran importancia para desarrollar tecnologías que sean eficaces y de bajo costo
para tratar aguas. La cascara de plátano manzano contienen celulosa, pectina, hemilcelulosa y
como Tambien otros compuestos de menor peso molecular en los cual se encuentran los
39
limoneno. Contienen, por tanto, grupos funcionales activos como son los carboxilos, hidroxilos
aminos (Pastor, 2015).
2.4.7. Cultivo de plátano manzano
Este tipo de cultivo se da con mayor producción en climas templados después de su siembra
su primera producción de al cumplir 1 año y su tallo se lo utiliza como abono por su alto
contenido de agua su producto tiene gran acogida en el mercado local a su vez importa en menor
proporción a otros países (Cárdenas, 2010).
2.4.7.1.Características principales para el cultivo
La planta se la describe como una hierba de grande tamaño y se dice que no es una un árbol
sus hojas son bien alargadas y posee las siguientes características del cultivo son las siguientes:
Planta. Es de gran tamaño y está compuesta por varias hojas que se desarrollan en tallo.
Bulbo o rizoma (se describe como un tallo que contiene varias yemas). Es un tallo subterráneo
que ayuda a producir varios puntos en el incremento de la planta.
Raíces. Posee raíces que son superficiales, tiene un color blanquecino si se encuentra
enterrado, y de color amarillento y duro al momento de que se asoman a la superficie.
Tallo. El tallo es de gran tamaño y se encuentra enterrado. Al formarse una yema se convertirá
en inflorescencia (flor).
Hojas. Se producen en la parte elevada del rizoma. Las flores brotan de axilas de las hojas.
Flores. Sus flores son amarillentas y en compañía de seis estambres.
Fruto. Es una baya alargada, y tiene color amarillo verdoso (Leroy, 2017).
40
2.4.7.2.Principales plagas y enfermedades
Las plagas más conocidas son los parásitos como los nematodos o el gorgojo negro del
banano esto provocan perturbaciones en la alimentación de la planta causando una disminución
en su rendimiento y no permite que la planta se arraigue y cuando es atacada muy fuerte provoca
la caída del plátano (Alvarado & Manuel, 2007)
La enfermedad bacteriana se la conoce como enfermedad de Moko y es propaga a través del
suelo, al momento de utilizar las herramientas y los insectos provocando un marchitamiento de
la tres primeras hojas jóvenes y por ende la muerte de la planta. Ninguna de las variedades del
plátano ha logrado ser resistente a esta enfermedad si se ha logrado encontrar un producto
químico que lo elimine mediante la erradicación y puesta en cuarentena .También hay otras
enfermedades conocidas como los mosaicos, el cogollo de racimoso y la (Sigatoka negra)
provocando una reducción del rendimiento de hasta un 25% de la planta (Moina & Torres,
2015) .
2.4.7.3.Cosecha y acondicionamiento
Su primer periodo de cosecha se realiza de acuerdo al calibre del racimo y al conocimiento
del agricultor .Para su acondicionamiento se debe tomar en cuenta que el racimo se debe cortar
todavía verde se deberán preparar, embalar y colocar en cajas y las frutas que no cumplen para
las especificaciones de importación son descartadas y se utilizan para el consumo local y
también en la zona baja de ecuador se la utiliza para la alimentación del ganado y de cerdos
(Suraty, Nelly, Lissette, & Malagon , 2015).
41
2.4.8. Producción de plátano manzano en el Ecuador
La producción de este producto es muy poca en ecuador debido a que es una especie rara y
sus frutos son pequeños el país que más importa es Colombia por su sabor característico
ecuador solo importa el 10% de este producto, los campesinos aprovechan este producto para
realizar harina y posterior a esto colada por su algo porcentaje de nutriente siendo un sustituto
a la leche materna (Cárdenas, 2010).
2.4.8.1.Descripción de la situación de plátano manzano en Ecuador
Ecuador es uno de los principales exportadores de plátano y solo el 10 % es de plátano
manzano la mayoría de ser producción se queda a nivel local porque es cultivado en otros países
en mayor escala Asia y áfrica (Blasco & Gómez, 2014).
2.4.8.2.Ubicación de la producción del plátano manzano
La producción tradicional de este plátano está asentado en zona de Cucay provincia de
Guayas, Azuay, El Oro, Bolívar, Cotopaxi y Chimborazo encargadas de comercializar el
producto a nivel nacional e internacional pero en menor cantidad banano (Castro B. , 2015).
2.4.9. Floculador
Es un equipo también conocido como test de jarra se lo utiliza en tratamientos de agua para
el proceso de floculación en el cual se suministran sustancias designada con el nombre de
floculantes que son capaces de adherirse a los contaminantes presentes en el aguas ayudando a
la decantación para su filtrado este equipo consta de teclado numérico y táctil permiten acoplar
has 6 vasos con volumen de 1000ml, varillas agitadoras fácil de intercambiar de acero
inoxidable, velocidades y tiempos continuos (Equipos y Laboratorio de Colombia, 2018) .
42
2.4.10. Interacción del bioadsorbente y el metal
En este proceso de bioadsorción incluye un estado sólido (cáscara de naranja y plátano
manzano que tienen la pectina estructura actuando como sorbente) y el estado líquido (siendo
el solvente el agua) en la cual se encuentran sustancias metálicas disueltas para poder ser
adsorbidas. Al tener gran atracción entre el biopolímero y el metal, estos metales son captados
por el sólido y enlazados, en la que intervienen algunos mecanismos, por ejemplo: intercambio
iónico, sorción y complejación. La adsorción se da mediante el intercambio iónico del ion fijado
sobre el grupo carboxilo desprotonado y el metal (Br.Coronel, 2016).
Figura 5: Porción de la estructura química de la pectina
Fuente: (Br.Coronel, 2016).
+ M+
Figura 6: Mecanismo de bioadsorción biosorbente/metal
Fuente: (Br.Coronel, 2016).
43
2.3.Marco contextual
La presente investigación se efectuara desde el proceso de las cáscaras de plátano manzano
y naranja para la elaboración de un bioadsorbente en los respectivos Laboratorio de Operaciones
Unitarias y en Laboratorio de Aguas de la Universidad de Guayaquil, ubicados en la Cdla
Universitaria y “Salvador Allende”, Malecón del Salado, donde se realizará los respectivos
análisis de adsorción del bioadsorbente de las aguas del Río Puyango mediante
espectrofotometría por adsorción atómica para obtener la eficiencia de captaciones de iones de
metales pesados.
2.4.Marco legal
El marco legal es cumplir los reglamentos de la Ley de Gestión Ambiental.
2.4.1. Legislación sobre los metales pesados
En la República del Ecuador la legislación ambiental que rige y regula el recurso agua son:
Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2 169:98 “AGUA. CALIDAD DEL AGUA.
MUESTREO. MANEJO Y CONSERVACIÓN DE MUESTRAS” y la Normativa Ecuatoriana
de Acuerdo al Anexo N°097-A, “NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y
DE DESCARGA DE EFLUENTES: Recurso AGUA” que establece:
44
2.4.1.1.Normas de descargas de efluentes a un cuerpo de agua o receptor: Agua
dulce.
Toda descarga a un cuerpo de agua dulce, deberá cumplir con los valores establecidos:
Tabla 6: Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce
Parámetros Expresado como Unidad Límite Máximo
Permisible
Plomo Pb mg/l 0,2
Cobre Cu mg/l 1,0
Fuente: (Tapia, 2015).
2.4.1.2.Normas de descargas de efluentes al sistema de alcantarillado público
Tabla 7: Límites de descarga al sistema de alcantarillado público
Parámetros Expresado como Unidad Límite Máximo
Permisible
Plomo Pb mg/l 0,5
Cobre Cu mg/l 1,0
Fuente: (Tapia, 2015).
45
CAPÍTULO III
3. Marco metodológico
3.1.Diseño de la investigación
El presente trabajo de investigación se realiza bajo una perspectiva metodológica
cuantitativa y de tipo experimental, teniendo como objetivo experimental la absorción de iones
de metales pesados de Cobre (Cu), y plomo (Pb) obteniendo como bioadsorbente los polvos de
cáscara de naranja y plátano manzano.
46
3.2. Materiales, reactivos y equipos
Tabla 8: Materiales, reactivos y equipos
Nombre Descripción Cantidad
Floculador
Modelo HACPH
7790-400
1
Estufa
Tappan Modelo
TC1050W
1
Espectrofotómetro DR4000U 1
Tamiz ASTM Tiler 1
Equipos Molino de bola ------------- 1
pH-metro
Waterproof
OAKTON
1
Balanza analítica
1
Mufla
Desecador
1
1
Reactivos
Cuver reactivo de
cobre
Cat. 2105869-LM
pk/100
1
Materiales Agua
destilada
Cáscara (de
naranja y
plátano
manzano) en
polvo
Muestra a
tratar (agua
del Río
Puyango)
Papel filtro
Vaso de
precipitación
Embudo de
filtración
Pipetas
Probetas
10 galones
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
47
3.3. Procedimiento experimental
3.3.1. Procedimiento para la obtención del bioadsorbente de cáscara de naranja y
plátano manzano en polvo.
A continuación describimos los siguientes pasos de la preparación de la materia prima:
1. Recolección de la materia prima: Se recogieron los residuos de las cáscaras de
naranja (Citrus Sinensis L.) del establecimiento de venta de jugos de la Universidad de
Guayaquil y los residuos del plátano manzano (Musa Sapientum) de una bananera
ubicada en los Ríos.
2. Limpieza: Se sometió a un lavado las cáscaras con abundante aguas destilada para
eliminar las impurezas, y compuestos como taninos azucares reductores.
3. Troceado: Luego de la limpieza se cortó las cascaras en trozos pequeños con el fin de
facilitar el proceso de secado y reducción de tamaño.
4. Secado: Se realizó a una temperatura de 60°C en la estufa por 48 horas hasta obtener
una masa constante.
5. Molienda: Se molieron con la finalidad de reducir y pulverizar el tamaño de
partículas.
6. Tamizado: Una vez pulverizado se procedió a tamizar por tamaños utilizando el tamiz
de Tiler que consta de una serie de tamices la cual solo se va recoger los tamaños de
partículas malla #9 que equivale a 0.3150mm.
7. Almacenamiento: Se guardó en fundas esterilizadas separados según el tamaño de
partículas con el fin de que no adquieran humedad y evitando una contaminación hasta
la posterior prueba.
48
3.3.2. Caracterización fisicoquímica de los bioadsorbentes
3.3.2.1. Determinación del pH de los bioadsorbentes
Se procedió a realizar una disolución de 10g muestra en 90 ml de agua destilada con
agitación constante, a la solución resultante se lo midió el pH.
Se obtuvo un pH para la cáscara de naranja en polvo de 4,27 y para el plátano
manzano en polvo 6,05.
3.3.2.2. Determinación del porcentaje de humedad de las cáscaras de plátano
manzano y cascara de naranja deshidratada.
Se pesó aproximadamente 3073,756 g de cáscara de naranja y de plátano manzano
3860,854g se introdujo a una estufa a 60°C durante 48 horas, una vez transcurrido
ese tiempo se pasó las muestras a un desecador hasta que se enfrían a una temperatura
ambiente para lo posterior pesar y obtener el porcentaje de humedad.
Ecuación 1: Cálculo del porcentaje de humedad
Cálculo del porcentaje de humedad
%𝐻 = 𝑃𝐸𝑆𝑂𝐼𝑁𝐼𝐶𝐼𝐴𝐿− 𝑃𝐸𝑆𝑂𝐹𝐼𝑁𝐴𝐿
𝑃𝐸𝑆𝑂𝐼𝑁𝐼𝐶𝐼𝐴𝐿∗ 100 𝐸𝐶. 1
Cálculo del porcentaje de humedad de las cáscaras de naranja deshidratada.
%𝐻 = 3073,756𝑔 − 798𝑔
3073,756𝑔∗ 100
%𝐻 = 74,03𝑔
49
Cálculo del porcentaje de humedad de las cáscaras de plátano manzano
deshidratado.
%𝐻 = 𝑃𝐸𝑆𝑂𝐼𝑁𝐼𝐶𝐼𝐴𝐿− 𝑃𝐸𝑆𝑂𝐹𝐼𝑁𝐴𝐿
𝑃𝐸𝑆𝑂𝐼𝑁𝐼𝐶𝐼𝐴𝐿∗ 100
%𝐻 = 3860,854𝑔 − 518𝑔
3860,854𝑔∗ 100
%𝐻 = 86,58𝑔
3.3.2.3. Determinación de la humedad de los bioadsorbentes en polvo
Para determinar el porcentaje de humedad de las materias primas se utilizó 1gr de
muestra (bioadsorbentes), se colocó en un crisol, llevándole a una estufa a una
temperatura de 105°C durante 2 horas, se deja enfriar la muestras en el desecador
hasta que alcance una temperatura ambiente, una vez terminado el tiempo de
secado, se pesó la muestra hasta que la lectura de una masa constante a partir de
esto se determina la humedad.
Ecuación 2: Determinación de la humedad del bioadsorbente
%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 𝑚2 − 𝑚3
𝑚2 − 𝑚1∗ 100 𝐸𝐶. 2
Dónde:
m1 = peso de la muestra (g)
m2 = peso de la muestra más el recipiente al ingresar al secador (g)
m3 = peso de la muestra seca más recipiente (g)
50
Cálculo del porcentaje de humedad del polvo de la cáscara de la naranja
%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 54𝑔 − 53𝑔
54𝑔 − 1𝑔∗ 100
%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 1,88𝑔
Cálculo del porcentaje de humedad del polvo de la cáscara de plátano manzano
%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 44𝑔 − 43𝑔
44𝑔 − 1𝑔∗ 100
%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 2,32𝑔
3.3.2.4. Cenizas totales
Se procede a pesar el crisol vacío, se añade 2g por separado de cada
biodsorbente.Se precalcina el crisol con la muestra en una estufa durante 1 hora
aproximadamente hasta que deje de emanar humos. Una vez terminada el
proceso se debe colocar en una mufla por 2 horas a una temperatura de 550°C
cumplido el tiempo sacar el crisol a un desecador por 1 hora se debe realizar el
pesaje en una balanza analítica.
Ecuación 3: Porcentaje de cenizas totales
%𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = (𝑚2 − 𝑚0)
(𝑚1 − 𝑚0)∗ 100 𝐸𝐶. 3
Dónde:
m2 = masa en gramos de la capsula con las cenizas
m1 = masa en gramos de la capsula con la muestra
m0 = masa en gramos de la capsula vacía
51
Cálculo del porcentaje de cenizas totales para el polvo de la cáscara de
naranja
%𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = (29,2234𝑔 − 29,0157𝑔)
(31,0157𝑔 − 29,0157𝑔)∗ 100
%𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = 10,38𝑔
Cálculo del porcentaje de cenizas totales para el polvo de la cáscara de
plátano manzano
%𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = (26,5176𝑔 − 26,2017𝑔)
(28,2017𝑔 − 26,2017𝑔)∗ 100
%𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = 15,79𝑔
3.3.3. Toma de muestra
La muestra se tomó del Río Puyango
Muestreo: El muestreo se lo realizó en la cuenca del Río Puyango en galones
purificados.
Cantidad: Se tomó una cantidad 25 litros
Almacenamiento: Se lo almacenó a una temperatura de 4°C
Transporte: Para su transporte se utilizó hielera para evitar cambio de su
temperatura.
52
3.3.3.1. Localización de la toma de muestra
Figura 7: Ubicación del Río Puyango
Fuente: (Google Maps, 2019).
3.3.4. Preparación de la solución con los bioadsorbentes
El bioadsorbente obtenido se lleva a pesar en una balanza analítica para desarrollar una
solución de 5000 ppm ,8000ppm, y 10000ppm por separado de cada bioadsorbente para realizar
la experimentación necesaria en el equipo floculador y encontrar la dosis óptima en que se debe
tratar el agua cruda.
3.4.Diseño experimental
En el diseño experimental se detallan las condiciones de proceso para definir el resultado
efectivo para la captación de iones de metales pesados (plomo y cobre), utilizando el polvo de
la cáscara de naranja y plátano manzano con un solo tamaño de partícula correspondiendo a
0.315mm.
53
Se realizarán un total de 27 experimentos, en los primeros 6 experimento se utilizarán
porcentajes en proporciones iguales de 5%, 10%, y 15%, de cada bioadsorbente y se los llevara
al floculador donde estarán las muestras a tratar.
Siguiendo de 18 experimentos más los cuales se realizaran a partir de la elaboración de una
solución patrón por separado de cada bioadsorbente de 5000ppm ,8000ppm, 10000ppm de las
cuales se tomaran dosificaciones de 10ppm, 20ppm y 30ppm y se colocarán en vaso de
precipitación con muestra a tratar.
Por último se realizaran 3 experimentos en la cual se utilizara una mezcla del bioadsorbente en
una relación 1:1 del polvo se preparó una solución de 8000ppm de las cuales se tomará
dosificaciones de 10ppm, 20ppm y 30ppm y se colocarán en vaso de precipitación con muestra
a tratar, se seleccionarán los mejores resultados de adsorción.
A continuación se detallará el diseño experimental:
Tabla 9: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando el polvo de
cáscaras de plátano manzano y naranja.
Polvo de cáscara de naranja
(%)
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 5 500
Muestra 2= 10 500
Muestra 3= 15 500
Polvo de cáscara de plátano manzano
(%)
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 5 500
Muestra 2= 10 500
Muestra 3= 15 500
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
54
Nota 1: Se pesó en una balanza analítica 5%, 10%, y 15%, del cada bioadsorbente con un
tamaño de partícula de 0,3150 mm obtenido del polvo de cáscara de naranja y plátano manzano,
y se agrega en cada uno de los vasos de precipitación que contienen un volumen de 500ml cada
uno del agua a tratar, posteriormente se realizó la experimentación en el equipo floculador con
agitación durante 12 horas a 100 rpm.
Tabla 10: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando polvo de la
cáscara de naranja y plátano manzano.
Solución patrón ( 5000ppm )
Polvo de cáscara de naranja
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 10ppm 500
Muestra 2= 20ppm 500
Muestra 3= 30ppm 500
Solución patrón ( 5000ppm)
Polvo de cáscara de plátano manzano
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 10ppm 500
Muestra 2= 20ppm 500
Muestra 3= 30ppm 500
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
Nota 2: Se prepara dos soluciones patrón de 5000 ppm una del bioadsorbente del polvo de
cáscara de naranja y otra del bioadsorbente del polvo de cáscara de plátano manzano, con un
tamaño de partícula de 0,3150 mm, se dosifica alícuotas de 10ppm, 20ppm, y 30ppm en cada
uno de los vasos de precipitación que contienen 500ml del agua a tratar, posteriormente se
realizó la experimentación en el equipo floculador con agitación durante 12 horas a 100 rpm.
55
Tabla 11: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando polvo de la
cáscara de naranja y plátano manzano.
Solución patrón ( 8000ppm )
Polvo de cáscara de naranja
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 10ppm 500
Muestra 2= 20ppm 500
Muestra 3= 30ppm 500
Solución patrón ( 8000ppm)
Polvo de cáscara de plátano manzano
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 10ppm 500
Muestra 2= 20ppm 500
Muestra 3= 30ppm 500
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
Nota 3: Se prepara dos soluciones patrón de 8000 ppm una del bioadsorbente del polvo de
cáscara de naranja y otra del bioadsorbente del polvo de cáscara de plátano manzano con un
tamaño de partícula de 0,3150 mm, se dosifica alícuotas de 10ppm, 20ppm, y 30ppm en cada
uno de los vasos de precipitación que contienen 500 ml del agua a tratar, posteriormente se
realizó la experimentación en el equipo floculador con agitación durante 12 horas a 100 rpm.
56
Tabla 12: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando polvo de la
cáscara de naranja y plátano manzano.
Solución patrón ( 10000ppm )
Polvo de cáscara de naranja
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 10ppm 500
Muestra 2= 20ppm 500
Muestra 3= 30ppm 500
Solución patrón ( 10000ppm)
Polvo de cáscara de plátano manzano
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 10ppm 500
Muestra 2= 20ppm 500
Muestra 3= 30ppm 500
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
Nota 4: Se prepara dos soluciones patrón de 10000 ppm una del bioadsorbente del polvo de
cáscara de naranja y otra del bioadsorbente del polvo de cáscara de plátano manzano con un
tamaño de partícula de 0,3150mm, se dosifica alícuotas de 10ppm, 20ppm, y 30ppm en cada
uno de los vasos de precipitación que contienen 500ml del agua a tratar, posteriormente se
realizó la experimentación en el equipo floculador con agitación durante 12 horas a 100 rpm.
57
Tabla 13: Diseño experimental de la bioadsorción de cobre y plomo utilizando la mezcla del
polvo de cáscaras naranja y plátano manzano.
Solución 8000ppm
Polvo de cáscara de naranja
Solución 8000ppm
Polvo de cáscara de
plátano manzano
Volumen de agua cruda
(ml)
Muestra 1= 5ppm
Muestra 1= 5ppm
500
Muestra 2= 10ppm
Muestra 2= 10ppm
500
Muestra 3= 15ppm
Muestra 3= 15ppm
500
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
Nota 5: Se prepara dos soluciones patrón de 8000 ppm una del bioadsorbente del polvo de
cáscara de naranja y otra del bioadsorbente del polvo de cáscara de plátano manzano con un
tamaño de partícula de 0.3150m, se dosifican alícuotas de 5ppm, 10ppm, y 15ppm de cada
muestra en cada uno de los vasos de precipitación que contienen 500ml del agua a tratar,
posteriormente se realizó la experimentación en el equipo floculador con agitación durante 12
horas a 100 rpm.
58
3.4.1. Prueba de test de jarras
Se agregaron 500 ml de agua del Río Puyango en 6 vasos de precipitación, se coloca por
debajo de las aspas a cada una de los vasos, se procede a encender el equipo de Test de jarra al
inicio se efectúa con una velocidad de agitación de 30 rpm del agua a tratar para remover los
sedimentos por un tiempo de 1 minuto. A continuación se adicionó el bioadsorbente de (polvo
de cáscara de naranja) en los 3 primeros vasos a distintas dosificaciones, de 10ppm, 20ppm, y
30ppm y en los 3 siguientes las mismas dosificaciones con el (polvo de cáscara de plátano
manzano), con una velocidad de agitación de 100 rpm por un tiempo de 12 horas, después de
transcurrir el tiempo de agitación se procede a filtrar a cada uno de los vasos, se recoge el
filtrado para posterior ser analizado. Por último se realizó la mezcla de los dos bioadsorbentes
(polvo de la cáscara de plátano manzano y naranja), con una velocidad de agitación de 100rpm
por un tiempo de 12 horas de agitación, se procede a filtrar a cada uno de los vasos se recoge el
filtrado para lo posterior ser analizado. Así se puede comparar y observar en el
espectrofotómetro entre todas estas pruebas realizadas, cuál será la que obtiene mayor adsorción
atómica de iones plomo y cobre.
3.4.1.1. Determinación de la capacidad máxima de adsorción de cobre, Cu
Con los datos obtenidos en las pruebas de test de jarras realizado con el
método 1700 se observa en el espectrofotómetro DR4000U, la absorbancia
para a continuación calcular la capacidad de adsorción, “q”.
3.4.1.2. Determinación de la capacidad máxima de adsorción de plomo, Pb
A partir de los datos obtenidos en las pruebas de test de jarra los resultados
serán evaluados al inicio y al final en el Laboratorio Acreditado Elicrom
59
con el método SM 3113 y calcular la capacidad de adsorción “q”, con la
siguiente ecuación
Ecuación 4: Capacidad máxima de adsorción de cobre, Cu y plomo, Pb
𝒒 (𝒎𝒈
𝒈) =
𝑽(𝑳)(𝑪𝟎 − 𝑪𝒇)(𝒎𝒈 𝑳⁄ )
𝒎 𝑬𝑪. 𝟒
Dónde:
q representa la cantidad de iones, en mg, retenida por un gramo de adsorbente,
V es el volumen de la solución que se ha tomado para realizar el proceso de
adsorción,
Co y Cf son la concentración inicial y final respectivamente en mg/L y m es la
masa del adsorbente en gramos
3.4.1.3. Determinación del porcentaje de remoción de cobre, Cu
Con los datos obtenidos en las pruebas del test de jarras se calculó el
porcentaje de remoción del cobre.
3.4.1.4. Determinación del porcentaje de remoción de plomo, Pb
A partir de los datos obtenidos en las pruebas del test de jarra se procede a
calcular el porcentaje de remoción.
Ecuación 5: Cálculo del porcentaje de remoción de cobre, Cu
% 𝑹𝒆𝒎𝒐𝒄𝒊ó𝒏 = 𝑪𝒐 − 𝑪𝒇
𝑪𝒐∗ 𝟏𝟎𝟎 𝑬𝑪. 𝟓
Dónde:
Co y Cf son las concentraciones inicial y final respectivamente en mg/L
60
3.4.1.5. Determinación de pH
Se utilizó un pH metro de mesa el cual determinó si el agua es acida, neutra
o alcalina, al inicio de colocar el bioadsorbente y al final una vez
transcurrida la agitación en el test de jarras durante 12 horas de agitación.
61
CAPÍTULO IV
4. Resultados y análisis
4.1.Caracterización fisicoquímica de la materia prima
4.1.1. Caracterización de la cáscara de naranja (Citrus Sinensis L)
Tabla 14: Caracterización de la cáscara de naranja (Citrus Sinensis L)
Parámetros Cáscara de naranja
pH 4,27
Humedad (%)de la cáscara de naranja 74,03
Humedad (%) del polvo de cáscara de naranja 1,88
Cenizas totales del bioadsorbente 10,38
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
4.1.2. Caracterización de la cáscara del plátano manzano
Tabla 15: Caracterización de la cáscara de plátano manzano
Parámetros Cáscara de plátano manzano
pH 6,05
Humedad (%)de la cáscara de plátano
manzano
86,58
Humedad (%) del polvo de cáscara de plátano
manzano
2,32
Cenizas totales del bioadsorbente 15,79
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
62
Análisis
En las tablas 14, y 15 se presentan los resultados obtenidos de la cáscara de naranja y
plátano manzano:
pH: Los valores de pH obtenidos se ubican dentro del rango para los dos bioadsorbentes
del plátano manzano 6,05 y la naranja 4,27, los cuales son similares a los obtenidos en la
investigación de (Tejada, Tejada, Marimón, & Villabona, 2014), los mismos obtuvieron valores
de pH en rangos comprendidos de 5,4 a 6,9 para el bioadsorbente de plátano manzano y para
el bioadsorbente de naranja es de 4 a 5.
Humedad: El contenido de humedad de la cáscara de naranja fue de 74,03% y el plátano
manzano 86,58 % , mientras que para los bioadsorbentes en polvo de naranja y plátano manzano
1,88 % y 2,32 % respectivamente, son similares a los reportado por (Mercado, 2018).
Porcentaje de cenizas totales: Los valores obtenidos de porcentaje de cenizas totales para
los bioadsorbentes de naranja 10,38 g y para plátano manzano 15,79 g son similares a los
reportado por (Mercado, 2018).
63
4.2. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de naranja para el cobre
Tabla 16: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de naranja
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#16 se observa la evaluación de la remoción de cobre a diferentes gramajes con el polvo de cáscara de
naranja en el floculador durante 12 horas de agitación a 100 rpm con un tamaño de partícula de 0,315mm. Mientras mayor fue
la dosificación del bioadsorbente de cáscara de naranja, el pH fue aumentando, pese que el pH del polvo fue 4,27. Además al
incorporar mayor dosificación del bioadsorbente, la turbidez fue aumentando debido a la mayor concentración del mismo. Los
mejores resultados de remoción con el 66,55 % y capacidad de adsorción 0,102 mg/g fueron obtenidos con la dosificación de
5% de polvo de cáscara de naranja.
N° de
jarras
Agua cruda Dosificación
(%) pH
posterior al
tratamiento con el
bioadsorbente de
polvo cáscara de
naranja
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de los
vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción pH
inicial
Turbidez
(NTU)
inicial
Bioadsorbente
polvo cáscara
de naranja
Co
Cu
(mg/L)
Cf
Cu
(mg/L)
1
5,13 58,4
5 5,42 60,8
1,54 0,515 0,102 66,55
2 10 5,58 61,2 1,54 0,629 0,045 59,15
3 15 5,63 62,4 1,54 0,671 0,028 56,42
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
64
4.3.Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de la cáscara plátano manzano para el cobre
Tabla 17: Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de la cáscara de plátano manzano para el cobre
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#17 se observa la evaluación de la remoción del cobre a diferentes gramajes de polvo de cáscara de
plátano manzano en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un tamaño de partícula de 0,315mm. Es evidente
que mientras mayor es la dosificación del bioadsorbente de cáscara de plátano manzano, mayor es el pH del agua tratada,
debido a que el polvo de plátano manzano tiene un pH de 6,05. Además al incorporar mayor dosificación del bioadsorbente, la
turbidez fue aumentando debido a la mayor concentración del mismo. Los mejores resultados de remoción con el 73,05 % y
capacidad de adsorción 0,112 mg/g fueron obtenidos con la dosificación de 5% de polvo de cáscara de plátano manzano.
N° de
jarras
Agua cruda Dosificación
(%)
pH posterior al
tratamiento con
el bioadsorbente
de polvo cáscara
de plátano
manzano
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de los
vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Bioadsorbente
polvo cáscara
de plátano
manzano
Co
Cu
(mg/L)
Cf
Cu
(mg/L)
1
5,13
58,4
5 6,01 61,5 1,54 0,415 0,112 73,05
2 10 6,18 64,3 1,54 0,429 0,055 72,14
3 15 6,38 70,8 1,54 0,471 0,035 69,41
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
65
4.4.Bioadsorción de cobre con el polvo de la cáscara de naranja y plátano manzano
Figura 8: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración g/ml
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
En la figura # 6 se observa la evaluación de la remoción del cobre a diferentes gramajes. Los
mejores resultados obtenidos fueron con la dosificación de 5g/ml en ambos casos, sin embargo,
con el polvo de cáscara de plátano manzano se obtuvo el mayor porcentaje de remoción del
73,05 % con una capacidad de adsorción de 0,112 mg/g, es decir se obtuvo un 6% mayor de
remoción.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
5 10 15
66,55
59,15 56,42
73,05 72,14 69,41
% R
emoci
ón
Concentración g/ml
Bioadsorción de Cobre
%Remoción Cu conbioadsorbente depolvo cáscara denaranja
%Remoción Cu conbioadsorbente depolvo cáscara deplátano manzano
66
4.5.Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara naranja para el cobre
Tabla 18: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de naranja para el cobre
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#18 se observa la evaluación de la remoción del cobre con una solución patrón de 5000ppm de cáscara
de naranja, de la cual se tomó diferentes alícuota en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un tamaño de
partícula de 0,315mm. Con el uso de la solución patrón, el pH del agua tratada se acidificó sin embargo mientras mayor fue la
concentración de la alícuota mayor fue el pH. Así como, se observa un descenso promedio de la turbidez en 54,16 NTU. Los
mejores resultados de remoción con el 50,84 % y capacidad de adsorción 0,078 mg/g fueron obtenidos con la dosificación de
N° de
jarras
Agua cruda
Solución de
5000ppm
pH
posterior al
tratamiento con el
bioadsorbente de
polvo cáscara de
naranja
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de los
vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
Dosificación
(ppm)
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Bioadsorbente
polvo cáscara
de naranja
Co
Cu
(mg/L)
Cf
Cu
(mg/L)
1
5,13
58,4
10 4,17 9,1
1,54 1,023 0,051 33,57
2 20 4,20 9,8 1,54 1,009 0,053 34,48
3 30 4,33 10,5 1,54 0,757 0,078 50,84
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
67
30ppm de polvo de cáscara de naranja, es decir que mientras mayor fue la concentración del bioadsorbente mayor fue la
remoción del cobre.
4.6.Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de plátano manzano para el cobre
Tabla 19: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de plátano manzano para el cobre
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#19 se observa la evaluación de la remoción del cobre con una solución patrón de 5000ppm de cáscara
de plátano manzano, de la cual se tomó diferentes alícuotas en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un
tamaño de partícula de 0,315mm. Con el uso de la solución patrón, el pH del agua fue aumentando, debido al pH del polvo de
plátano manzano que es de 6,05. Así como también, se observa un descenso promedio de la turbidez en 41,98 NTU. Los
N° de
jarras
Agua cruda
Solución de
5000ppm
pH
posterior al
tratamiento con el
bioadsorbente de
polvo cáscara de
plátano manzano
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de los
vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
Dosificación
(ppm)
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Bioadsorbente
polvo cáscara
plátano
manzano
Co
Cu
(mg/L)
Cf
Cu
(mg/L)
1
5,13
58,4
10 5,45 10,5
1,54 1,011 0,052 34,35
2 20 5,79 10,8 1,54 0,532 0,100 65,45
3 30 5,98 11,5 1,54 0.502 0,103 67,40
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
68
mejores resultados de remoción con el 67,40 % y capacidad de adsorción 0,103 mg/g fueron obtenidos con la dosificación de
30ppm de polvo de cáscara de plátano manzano, es decir que mientras mayor fue la concentración del bioadsorbente mayor
fue la remoción del cobre.
69
4.7.Bioadsorción de cobre con el polvo de la cáscara de naranja y plátano manzano.
Figura 9: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
En la figura # 7 se observa la evaluación de la remoción del cobre con una solución de
5000ppm, tomando diferentes alícuotas. Los mejores resultados obtenidos fueron con una
alícuota de 30ppm en ambos casos, sin embargo, con el polvo de cáscara de plátano manzano
se obtuvo el mayor porcentaje de remoción del 67,40% con una capacidad de adsorción de
0,103mg/g.
33,57 34,48
50,84
34,35
65,4567,4
0
10
20
30
40
50
60
70
80
10 20 30
% R
emoci
ón
Concentración ppm
Bioadsorción de cobre - Solución de 5000ppm
%Remoción Cu conbioadsorbente de polvocáscara naranja
%Remoción Cu conbioadsorbente de polvocáscara de plátanomanzano
70
4.8.Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara naranja para el cobre
Tabla 20: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de la cáscara de naranja para el cobre
N° de
jarras
Agua cruda
Solución de
8000ppm
pH
posterior al
tratamiento
con el
bioadsorbente
en polvo de
cáscara de
naranja
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de
los vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
Dosificación
(ppm)
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Bioadsorbente
en polvo de
cáscara de
naranja
Co
mg/L
Cu
Cf
mg/L
Cu
1
5,13
58,4
10 6,18 10,9 1,54 0,399 0,071 74,09
2 20 6,45 11,7 1,54 0,381 0,072 75.26
3 30 6,86 12,3 1,54 0,337 0,075 78,11
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#20 se observa la evaluación de la remoción del cobre con una solución patrón de 8000 ppm de cáscara
de naranja, de la cual se tomó diferentes alícuota en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un tamaño de
partícula de 0,315mm. Con el uso de la solución patrón, el pH del agua tratada aumentó, mientras mayor fue la concentración
de la alícuota mayor fue el pH. Así como, se observa un descenso promedio de la turbidez en 46,76 NTU, a mayor
concentración del bioadsorbente, mayor fue la turbidez. Los mejores resultados de remoción con el 78,11 % y capacidad de
71
adsorción 0,075 mg/g fueron obtenidos con la dosificación de 30ppm de polvo de cáscara de naranja, es decir que mientras
mayor fue la concentración del bioadsorbente mayor fue la remoción del cobre.
4.9.Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara de plátano manzano para el cobre
Tabla 21: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara de plátano manzano para el cobre
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#21 se observa la evaluación de la remoción del cobre con una solución patrón de 8000ppm de cáscara
de plátano manzano, de la cual se tomó diferentes alícuotas en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un
tamaño de partícula de 0,315mm. Con el uso de la solución patrón, el pH del agua tratada fue aumentando al incorporar las
diferentes alícuotas del bioadsorbente. Así como también, se observa un descenso promedio de la turbidez en 46,2 NTU. Los
N° de
jarras
Agua cruda
Solución de
8000ppm
pH
posterior al
tratamiento
con el
bioadsorbente
en polvo de
cáscara
plátano
manzano
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de los
vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Dosificación
(ppm)
Bioadsorbente
en polvo de
cáscara de
plátano
manzano
Co
mg/L
Cu
Cf
mg/L
Cu
1
5,13
58,4
10 6,77 11,8 1,54 0.325 0,075 78,89
2 20 7,02 12.1 1,54 0.312 0,076 79,74
3 30 7,22 12,7 1,54 0,22 0,082 85,71
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
72
mejores resultados de remoción con el 85,71 % y capacidad de adsorción 0,103 mg/g fueron obtenidos con la dosificación de
30ppm de polvo de cáscara de plátano manzano, es decir que mientras mayor fue la concentración del bioadsorbente mayor
fue la remoción del cobre.
4.10. Bioadsorción de cobre con polvo de cáscara de naranja y plátano manzano
Figura 10: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
En la figura # 8 se observa la evaluación de la remoción del cobre con una solución de 8000ppm con distintas dosificaciones,
realizado en el floculador durante 12 horas de agitación a 100 rpm con un tamaño de partícula 0,315mm. Los mejores resultados
obtenidos fueron con una alícuota de 30ppm en ambos casos, sin embargo, con el polvo de cáscara de plátano manzano se
obtuvo el mayor porcentaje de remoción del 85,71% con una capacidad de adsorción de 0,082mg/g, es decir 7,6 % mayor
remoción.
74,0975,26
78,1178,89 79,74
85,71
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
10 20 30
% R
emoci
ón
Concentración ppm
Bioadsorción de cobre- Solución de 8000ppm
%Remoción Cu con bioadsorbentede polvo cáscara naranja
%Remoción Cu con bioadsorbentede polvo cáscara de plátanomanzano
73
4.11. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo cáscara naranja para el cobre
Tabla 22: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara de naranja para el cobre
N° de
jarras
Agua cruda
Solución de
10000ppm
pH
posterior al
tratamiento con el
bioadsorbente en
polvo de cáscara
naranja
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de los
vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Dosificación
(ppm)
Bioadsorbente
en polvo de
cáscara naranja
Co
mg/L
Cu
Cf
mg/L
Cu
1
5,13
58,4
10 6,38 11,5 1,54 0,821 0,035 46,68
2 20 6,65 12.7 1,54 0,712 0,041 53,76
3 30 6,99 13.9 1,54 0,695 0,042 54,87
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#22 se observa la evaluación de la remoción del cobre con unas soluciones patrón de 10000ppm de
cáscara de naranja, de la cual se tomó diferentes alícuotas en el test de floculador 12 horas de agitación a 100rpm con un tamaño
de partícula de 0,315mm. Con el uso de la solución patrón, el pH del agua tratada aumentó, mientras mayor fue la concentración
de la alícuota mayor fue el pH. Así como, se observa un descenso promedio de la turbidez en 45,70 NTU, a mayor
concentración del bioadsorbente, mayor fue la turbidez. Los mejores resultados de remoción con el 54,87 % y capacidad de
74
adsorción 0,042 mg/g fueron obtenidos con la dosificación de 30ppm de polvo de cáscara de naranja, es decir que mientras
mayor fue la concentración del bioadsorbente mayor fue la remoción del cobre.
4.12. Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara plátano manzano el cobre
Tabla 23: Dosis óptima del bioadsorbente en polvo de cáscara de plátano manzano para el cobre
N° de
jarras
Agua cruda
Solución de
10000ppm
pH
después del
tratamiento
con el
bioadsorbente
en polvo de
cáscara
plátano
manzano
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de los
vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
Dosificación
(ppm)
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Bioadsorbente
en polvo de
cáscara plátano
manzano
Co
mg/L
Cu
Cf
mg/L
Cu
1
5,13
58,4
10 6,72 12.9 1,54 0,792 0,037 48,57
2 20 7,06 13,6 1,54 0,681 0,042 55,77
3 30 7,10 14,8 1,54 0,613 0,046 60,19
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#23 se observa la evaluación de la remoción del cobre con una solución patrón de 10000ppm de cáscara
de plátano manzano, de la cual se tomó diferentes alícuotas en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un
tamaño de partícula de 0,315mm. Con el uso de la solución patrón, el pH del agua tratada fue aumentando al incorporar las
diferentes alícuotas del bioadsorbente. Así como también, se observa un descenso promedio de la turbidez en 44,63 NTU. Los
75
mejores resultados de remoción con el 60,19 % y capacidad de adsorción 0,046 mg/g fueron obtenidos con la dosificación de
30ppm de polvo de cáscara de plátano manzano, es decir que mientras mayor fue la concentración del bioadsorbente mayor
fue la remoción del cobre.
76
4.13. Bioadsorción de cobre con el polvo de cáscara de naranja y plátano manzano
Figura 11: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
En la figura # 9 se observa la evaluación de la remoción del cobre con una solución de
10000ppm con distintas dosificaciones, realizado en el floculador durante 12 horas de agitación
a 100 rpm con un tamaño de partícula 0,315mm. Los mejores resultados obtenidos fueron con
una alícuota de 30ppm en ambos casos, sin embargo, con el polvo de cáscara de plátano
manzano se obtuvo el mayor porcentaje de remoción del 60,19% con una capacidad de
adsorción de 0,046 mg/g, es decir 5,32% de mayor remoción.
46,6853,76 54,87
48,5755,77 60,19
0
20
40
60
80
10 20 30
% R
emoci
ón
Concentración ppm
Bioadsorción de cobre - Solución 10000ppm
% Remoción Cu con bioadsorbente de cáscara de naranja
% Remoción de Cu con bioadsorbente de cáscara de plátano manzano
77
4.14. Bioadsorción de cobre con el polvo de cáscara de naranja
Figura 12: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
En la figura #10 en la evaluación de remoción de cobre utilizando 3 diferentes soluciones
patrón de 5000ppm, 8000ppm y 10000ppm con la alícuota de 30ppm de cada una de ellas con
el bioadsorbente cáscara de naranja, se determinó que con la solución de 8000ppm ofrece mayor
remoción alcanzando un porcentaje de remoción 78,11%.
50,84
78,11
54,87
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
30 30 30
Solución 5000 ppm Solución 8000 ppm Solución 10000 ppm
% R
emoci
ón
Concentración ppm
Biodsorción de cobre
%Remoción Cu conbioadsorbente depolvo cáscaranaranja
78
4.15. Bioadsorción de cobre con el polvo de cáscara plátano manzano
Figura 13: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
En la figura #11 en la evaluación de remoción de cobre utilizando 3 diferentes soluciones
patrón de 5000ppm, 8000ppm y 10000ppm con la alícuota de 30 ppm de cada una de ellas con
el bioadsorbente cáscara de plátano manzano, se determinó que con la solución de 8000mg/l
ofrece mayor remoción alcanzando un porcentaje de remoción 85,71%.
67,4
85,71
60,19
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
30 30 30
Solución 5000 ppm Solución 8000 ppm Solución 10000 ppm
%R
emoci
ón
Concentración ppm
Bioadsorción de cobre
%Remoción Cuconbioadsorbentede polvo cáscarade plátanomanzano
79
4.16. Dosis óptima del bioadsorbente de mezcla de polvo de cáscara plátano manzano y naranja para el cobre
Tabla 24: Dosis óptima del bioadsorbente de mezcla de polvo de cáscara de plátano manzano y naranja para el cobre
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
N°
de
jarras
Agua cruda
Solución de
8000ppm
pH
después del
tratamiento
con la mezcla
de los
bioadsorbentes
Turbidez
(NTU)
Posterior
al
tratamiento
Volúmenes de
los vasos
500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Dosificación
(ppm)
Bioadsorbente
En polvo
de cáscara
naranja
Bioadsorbente
En polvo
de cáscara
plátano
manzano
Co
mg/L
Cu
Cf
mg/L
Cu
1
5, 13
58,4
5 5 5,84 14,2 1,54 0,686 0,053 55,45
2 10 10 6,64 15,6 1,54 0,54 0,062 64.93
3 15 15 6,91 16,8 1,54 0.427 0,069 72,27
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
80
Análisis
De acuerdo a la tabla#24 se observa la evaluación de la remoción del cobre a con una
solución patrón de 8000ppm se prepararon soluciones de igual proporción con ambos
bioadsorbente, en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un tamaño de
partícula de 0,315mm. Mientras mayor es la dosificación de a mezcla del bioadsorbente
en polvo de cáscara de naranja y plátano manzano, mayor es el pH del agua tratada, debido
a que el polvo de la cáscara de naranja es de 4,27 y el del polvo de la cáscara de plátano
manzano tiene un pH de 6,05. Además al incorporar mayor dosificación del bioadsorbente,
la turbidez fue aumentando debido a la mayor concentración del mismo. Los mejores
resultados de remoción con el 72,27 % y capacidad de adsorción 0,069mg/g fueron
obtenidos tomando una alícuota de 15ppm de cada bioadsorbente.
81
4.17. Bioadsorción de cobre con la mezcla de polvo de cáscara de naranja y
plátano manzano
Figura 14: Bioadsorción de cobre con respecto a la concentración ppm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
En la figura # 10, se observa los resultados obtenidos a partir de la solución patrón de 8000
ppm, siendo ésta la concentración óptima que presentó mayor porcentaje de remoción
trabajando con los bioadsorbentes por separado. Razón por la cual a partir de dicha
concentración se prepararon soluciones de igual proporción con ambos bioadsorbente,
obteniéndose la mayor remoción con 30ppm tomando una alícuota de 15ppm de cada
bioadsorbente, alcanzando un porcentaje de remoción del 72,27 %.
55,4564,93
72,27
0
20
40
60
80
10 20 30% R
emoci
ón
Concentración ppm de la mezcla del polvo de la cáscara de
naranja y plátano manzano en prorciones iguales.
Bioadsorción de cobre - Solución de
8000ppm
% Remoción de Cu en mezcla del polvo de la cáscara de naranja y plátano manzano
82
4.18. Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de naranja para el Pb
Tabla 25: Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de cáscara naranja para el Pb
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#25 se observa la evaluación de la remoción del plomo a con una solución patrón de 8000ppm de
cáscara de naranja en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un tamaño de partícula de 0,315mm. Con una
alícuota de 30ppm el pH del agua tratada es menos ácido. La turbidez disminuye 46,10 NTU. Se alcanza una remoción del
91,60 % de plomo y capacidad de adsorción 0,1284 mg/g.
N° de
jarras
Agua cruda
Solución de
8000ppm
pH
posterior al
tratamiento
con el
bioadsorbente
polvo cáscara
de naranja
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de
los vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
Dosificación
(ppm)
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Bioadsorbente
polvo cáscara
naranja
Co
Pb
(mg/L)
Cf
Pb
(mg/L)
1
5,13
58,4
30
6,86
12,3
2,2444
0,1885
0,1284
91,60
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
83
4.19. Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de plátano manzano para el Pb
Tabla 26: Dosis óptima del bioadsorbente de polvo de cáscara de plátano manzano para el Pb
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#26 se observa la evaluación de la remoción del plomo a con una solución patrón de 8000ppm de
cáscara de plátano manzano en el floculador durante 12 horas de agitación a 100rpm con un tamaño de partícula de 0,315mm.
Con una alícuota de 30ppm el pH del agua tratada neutro. La turbidez disminuye 45,70 NTU. Se alcanza una remoción del
93,47 % de plomo y capacidad de adsorción 0,1311 mg/g.
N° de
jarras
Agua cruda
Solución de
8000ppm
pH
posterior al
tratamiento con el
bioadsorbente
polvo cáscara
plátano manzano
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
Volúmenes de los
vasos 500ml
q
(mg/g)
%
Remoción
Dosificación
(ppm)
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Bioadsorbente
polvo cáscara
plátano
manzano
Co
Pb
(mg/L)
Cf
Pb
(mg/L)
1
5,13
58,4
30
7,22
12,7
2,2444
0,1464
0,1311
93,47
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
84
4.20. Bioadsorción de plomo con el polvo de cáscara de naranja y plátano manzano
Figura 15: Bioadsorción de plomo con respecto a la concentración ppm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
En la figura # 13 se observa la evaluación de la remoción del plomo con una solución de 8000ppm, realizado en el floculador
durante 12 horas de agitación a 100 rpm con un tamaño de partícula 0,315mm. Los mejores resultados obtenidos fueron con
una alícuota de 30ppm en ambos casos, sin embargo, con el polvo de cáscara de plátano manzano se obtuvo el mayor porcentaje
de remoción del 93,47% con una capacidad de adsorción de 0,1311 mg/g.
93,47 91,6
0
20
40
60
80
100
30
% R
emoci
ón
Concentración ppm
Bioadsorción de Plomo - Solución 8000ppm
% Remoción de Pb delbioadsorbente de polvode cáscara de plátanomanzano
% Remoción de Pb delbioadsorbente de polvode cáscara de naranja
85
4.21. Resumen de las tablas con la dosis óptima de los bioadsorbentes para la adsorción Cu y Pb
Tabla 27: Resumen con dosis óptima del bioadsorbente para la adsorción de Cu y Pb
Agua cruda
Solución
8000ppm
pH
posterior
al
tratamiento
Turbidez
(NTU)
Posterior al
tratamiento
de Cu
q
Cu
(mg/g)
%
Remoci
ón
Cu
Turbide
z
(NTU)
Posterio
r al
tratamie
nto Pb
q
Pb
(mg/g)
%
Remoció
n
Pb
pH
inicial
Turbidez
(NTU)
al inicio
Dosificación
(ppm)
Bioadsorbente
En polvo de
cáscara
naranja
5,13
58.4
30
6,86
12,3
0,075
78,11
12,3
0,1284
91,60
Bioadsorbente
En polvo de
cáscara
plátano
manzano
30
7,22
12,7
0,082
85,71
12,7
0,1311
93,47
Bioadsorbente
De la mezcla
en polvo de
cáscara
naranja y
plátano
manzano
30
6,91
16,8
0.069
72,27
-----
------
------
Observación: Velocidad 100 rpm, 12 horas
Tamaño de partícula 0,315 mm
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
86
Análisis
De acuerdo a la tabla #27 los mejores resultados se obtuvieron tomando una alícuota de 30ppm de una solución de 8000ppm
de cáscara de plátano manzano, ya que con el mismo se logró alcanzar la mayor remoción de plomo y cobre siendo 93,47 % y
85,71 % respectivamente. En cuanto al parámetro de pH se logró obtener 7,22 en el agua tratada y un descenso de la turbidez
en 45,0 NTU. Con el polvo de cáscara de naranja también se obtuvieron resultados buenos respecto a la remoción de ambos
metales superiores al 75%. Sin embargo al mezclar ambos bioadsorbente, la capacidad de remoción y adsorción fue menor
respecto al Cobre.
87
4.22. Resumen comparativa de los límites máximos permisibles de Cu y Pb en agua dulce
Tabla 28 : Comparativa de los límites máximos permisibles de Cu y Pb en agua y dosis
Elaborado por: (Vega & Ortiz, 2019).
Análisis
De acuerdo a la tabla#28 se observa que los límites máximos permisible de descarga en un cuerpo de agua dulce para el Cu
es de 0,2mg/L y de plomo de 1,0mg/L .Es evidente que el bioadsorbente de polvo de cáscara de plátano manzano, se obtiene
la máxima cantidad remoción, para ambos metales obteniendo una concentración final de 0,22mg/L de Cu y 0,1464 mg/L de
Pb, lográndose disminuir por debajo de los límites máximos permisible.
Tratamiento del agua cruda
con el
Bioadsorbente
Concentración
inicial
de Cu
mg/L
Concentración final
Cu
mg/L
Límites máximos permisible en
cuerpo de agua dulce
Cu mg/L
Fuente: (Tapia, 2015).
Bioadsorbente en polvo de
cáscara plátano manzano
2,2444
0,1464
0,2
Bioadsorbente en polvo de
cáscara plátano manzano
Concentración inicial
de Pb
mg/L
Concentración final
Pb
mg/L
Límites máximos permisible en
cuerpo de agua dulce
Pb mg/L
Fuente: (Tapia, 2015).
1,54
0,22
1,0
88
CAPÍTULO V
5. Conclusiones y recomendaciones
5.1.Conclusiones
La caracterización fisicoquímica de las muestras tomadas en el Río Puyango fue analizadas
y se determinó principalmente la presencia de metales pesados con concentraciones fuera
del límite máximos permisibles en base al Acuerdo del Anexo N°097 A Norma de calidad
ambiental de recurso agua, siendo 2,2444 mg/L de Plomo y 1,54 mg/L de Cobre. Además
de 58,4 NTU de Turbidez, pH de 5,13.
En la obtención de polvo de cáscara de naranja el rendimiento alcanzado fue del 26% de
3,1kg de cáscara de naranja con un tamaño de partícula de 0,315mm y un porcentaje de
humedad de 1,88%. Mientras que con 3,8 kg de cáscara de plátano manzano se obtuvo el
13,41% de rendimiento, obteniendo un polvo de 0,315mm con una humedad del 2,32 %.
De acuerdo a los resultados obtenidos, el bioadsorbente de cáscara de plátano manzano
ofrece la mayor capacidad de absorción de ambos metales pesados, siendo 0,082 mg/g para
el Cobre y 0.1311 mg/g Plomo, alcanzado una remoción del 93,47% de Plomo, y 85,71%
Cobre respectivamente. Sin embargo, con el bioadsorbente de cáscara de naranja se
determinó una capacidad de adsorción de 0,075mg/g para el Cobre y 0.1284 mg/g Plomo,
alcanzado una remoción del 91,60% de Plomo, y 78,11% de Cobre respectivamente.
Mediante la experimentación realizada, se determinó que los mejores resultados respecto
a la capacidad de adsorción y remoción de los metales pesados objeto de estudio, el cobre
y plomo, fue en base al bioadsorbente de polvo de cáscara de plátano manzano. Es así que
el agua resultado de la utilización del bioadsorbente antes mencionado presentó
disminución de la concentración de Plomo en 2,098 mg/L y para el Cobre en 1,32 mg/L.
89
Cabe recalcar que dichos valores se encuentran por debajo del límite máximo permisible
para descargas a un cuerpo hídrico receptor de agua dulce, de acuerdo al Anexo 097-A
Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce.
5.2.Recomendaciones
Continuar con la presente investigación realizando variaciones de concentración, con un
tamaño de partícula inferior a 0,315mm, que permiten replicar el presente trabajo a nivel
industrial.
Al realizar el secado de la cáscara de naranja y plátano manzano se recomienda colocarla
a la estufa a una temperatura máxima de 60°C para evitar alteración o cambio en sus grupos
funcionales los cuales son causantes de la adsorción.
90
BIBLIOGRAFÍA
Mondragón , C. (2018). “Efecto del pH en la bioadsroción de metales pesados (Pb, Cu , Cd) en
solución acuosa mediante los xantatos sintetizados a partir de desechos de cáscara
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97
ANEXOS
Anexo 1: Materiales utilizados en proceso de adsorción de iones plomo y cobre
Figura 16: Cáscara de naranja Figura 17: Cáscara de plátano manzano
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019). Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
Figura 18: Secado de las cáscaras a la estufa
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
98
Figura 19: Cáscaras secas de naranja naranja Figura 20 :Molienda de la cáscara
y plátano manzano naranja
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019) . Fuente: (Vega & Ortiz, 2019) .
Figura 21 : Tamizaje de las cáscara
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
99
Figura 22: Bioadsorbente tamizado Figura 23: Determinación del pH
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019) Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
Figura 24: Determinación del pH
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019)
100
Figura 25: Determinación de porcentaje Figura 26: Determinación de porcentaje
de humedad naranja humedad plátano manzano
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019)
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019)
Figura 27: Secado en la mufla
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019)
101
Figura 28: Desecador de las muestras Figura 29: Solución patrón
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019) Fuente: (Vega & Ortiz, 2019)
Figura 30: Floculador
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019)
102
Figura 31: Filtración con papel filtro Figura 32: Filtración con papel filtro
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019) Fuente: (Vega & Ortiz, 2019)
Figura 33: Determinación de mg/L de Cu
Fuente: (Vega & Ortiz, 2019).
106
Anexo: 3 Resultado final de bioadsorción con el bioadsorbente de polvo de cáscara
plátano manzano para el plomo y cobre.
109
Anexo: 4 Resultado final de bioadsorción con el bioadsorbente de polvo de cáscara
naranja para el plomo.
111
Anexo: 5 Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2 169:98 “agua. Calidad del agua.
Muestreo. Manejo y conservación de muestras.
Técnicas generales para la conservación de muestras - análisis físico-químico.
(NTE INEN 2169:2013).
112
Anexo: 6 Normativa Ecuatoriana de Acuerdo al Anexo N°097-A, “Norma de Calidad
Ambiental y de Descarga de Efluentes: Recurso AGUA”
Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce
Parámetros Expresado como Unidad Límite Máximo
Permisible
Plomo Pb mg/l 0,2
Cobre Cu mg/l 1,0
Fuente: (Tapia, 2015)
Límites de descarga al sistema de alcantarillado público
Parámetros Expresado como Unidad Límite Máximo
Permisible
Plomo Pb mg/l 0,5
Cobre Cu mg/l 1,0
Fuente: (Tapia, 2015).
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