I
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO
TEMA:
“TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PROCEDENTE DE INDUSTRIA CAFETERA
POR ACCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS DE CÁSCARAS: MUSA PARADISIACA
Y MANIHOT ESCULENTA.”
AUTORES:
YULEXY JAMILETH CEDEÑO LENIS
ANDREA LISSETTE SACOTO GÓMEZ
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
DRA. MARTHA BERMEO GARAY
GUAYAQUIL - ECUADOR
2018-2019
II
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO Y SUBTÍTULO: “TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PROCEDENTE DE
INDUSTRIA CAFETERA POR ACCIÓN DE COMPUESTOS
ORGÁNICOS DE CÁSCARAS: MUSA PARADISIACA Y MANIHOT
ESCULENTA.”
AUTOR(ES) (apellidos/nombres): Cedeño lenis Yulexy Jamileth
Sacoto Gómez Andrea Lissette
REVISOR(ES)/TUTOR(ES)
(apellidos/nombres): Dra. Bermeo Garay Mirella
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil
UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ingeniería Química
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:
GRADO OBTENIDO:
FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE PÁGINAS: 84
ÁREAS TEMÁTICAS: Hidrología/Calidad de las aguas
PALABRAS CLAVES/
KEYWORDS: Musa paradisica, Manihot esculenta, tratamiento de efluente de
industria cafetera, coagulantes orgánicos.
RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras):
En el presente estudio se investigó la efectividad de los compuestos orgánicos de cáscaras: Musa paradisiaca
y Manihot esculenta como coagulantes, para el tratamiento de aguas residuales, demostrándose que dichos
compuestos orgánicos pueden reemplazar los químicos inorgánicos. Se recolectó agua residual procedente
de Industria cafetera, la cual fue sometida a un análisis de diferentes parámetros: color, turbidez y pH antes
y después del tratamiento con las soluciones coagulantes de residuos orgánicos para comprobar su eficiencia.
Se prepararon las soluciones, mismas que fueron añadidas a distintas dosis en cada una de las muestras en el
test de jarras. Obteniendo como resultado la cáscara de Musa paradisiaca como la más eficiente, con una
dosis de 30 mg/L con remoción de turbiedad y color de 52.4% y 99.3% respectivamente, obteniendo un pH
con valor de 6.11.
ADJUNTO PDF: SI NO
CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono: 0997330540
0978854745
E-mail: [email protected]
CONTACTO CON LA
INSTITUCIÓN: Nombre: Universidad de Guayaquil – Facultad de Ingeniería Química
Teléfono: 042-292949
E-mail: www.fiq.ug.edu.ec
ANEXO 10
III
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD
Habiendo sido nombrado Dra. BERMEO GARAY MIRELLA, tutor del trabajo de titulación
certifico que el presente trabajo de titulación ha sido elaborado por CEDEÑO LENIS
YULEXY JAMILETH con C.I. No 0951391663 y SACOTO GÓMEZ ANDREA LISSETTE
con C.I. No. 0926414574, con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para la
obtención del título de INGENIERO QUÍMICO.
Se informa que el trabajo de titulación: “TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
PROCEDENTE DE INDUSTRIA CAFETERA POR ACCIÓN DE COMPUESTOS
ORGÁNICOS DE CÁSCARAS: MUSA PARADISIACA Y MANIHOT ESCULENTA” ha sido
orientado durante todo el periodo de ejecución en el programa anti plagio (indicar el nombre
del programa anti plagio empleado) quedando el 2% de coincidencia.
https://secure.urkund.com/view/47194167-214821-901744#q1bKLVayijY0MNUxNDADYnMgttAxNDTRMTGK1VEqzkzPy0zLTE7MS05VsjLQMzA0NzeysDS1MDI2NDYwMjA2qwUA
ANEXO 6
IV
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO
COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS
Nosotros, CEDEÑO LENIS YULEXY JAMILETH con C.I. No. 0951391663 y SACOTO
GÓMEZ ANDREA LISSETTE con C.I. No. 0926414574, certificamos que los contenidos
desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es “TRATAMIENTO DE AGUA
RESIDUAL PROCEDENTE DE INDUSTRIA CAFETERA POR ACCIÓN DE
COMPUESTOS ORGÁNICOS DE CÁSCARAS: MUSA PARADISIACA Y MANIHOT
ESCULENTA” son de mi absoluta propiedad y responsabilidad Y SEGÚN EL Art. 114 del
CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,
CREATIVIDAD E INNOVACIÓN*, autorizo el uso de una licencia gratuita intransferible y
no exclusiva para el uso no comercial de la presente obra con fines no académicos, en favor de
la Universidad de Guayaquil, para que haga uso del mismo, como fuera pertinente
_____________________________________
CEDEÑO LENIS YULEXY JAMILETH C.I. No. 0951391663
*CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,
CREATIVIDAD E INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899 - Dic./2016) Artículo 114.- De
los titulares de derechos de obras creadas en las instituciones de educación superior y centros
educativos.- En el caso de las obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas
politécnicas, institutos superiores técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de artes y los
conservatorios superiores, e institutos públicos de investigación como resultado de su
actividad académica o de investigación tales como trabajos de titulación, proyectos de
investigación o innovación, artículos académicos, u otros análogos, sin perjuicio de que
pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales
corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá una licencia gratuita,
intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra con fines académicos.
ANEXO 12
____________________________________
SACOTO GÓMEZ ANDREA LISSETTE
C.I. No. 0926414574
V
AGRADECIMIENTO
Gracias a mi madre por ser la principal promotora de mis sueños, gracias a ella por cada día
confiar y creer en mí y en mis expectativas.
A mi esposo por ser ese pilar fundamental en mi carrera universitaria y por acompañarme en
este camino llamado vida, a mi hijo por ser ese motivo para esforzarme y saber entender un
poco mi ausencia porque esta meta es por él y por mi familia.
A mi amiga, y compañera de tesis por haberme brindado su amistad y darme su apoyo a lo largo
de esta carrera.
A la Ing. Mirella Bermeo Garay por su apoyo, colaboración y asesoramiento en la realización
de nuestro trabajo de titulación.
No ha sido fácil este camino, pero gracias a sus aportes lo he conseguido.
Yulexy Jamileth Cedeño Lenis
VI
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mi padre Jehová quien supo guiarme en el buen camino, por enseñarme
a resolver las adversidades sin perder nunca la Fé.
A mi madre Ketty Cedeño Alcívar y a mi esposo Erick Alvarado Jaén por haberme brindado su
apoyo incondicional en el transcurso de mi carrera universitaria.
A mi hijo Milan David Alvarado Cedeño.
Yulexy Jamileth Cedeño Lenis
VII
AGRADECIMIENTO
A mis padres por ser ese apoyo inherente, por todo el esfuerzo y confianza que depositaron en
mí, por ellos y para ellos es este logro.
A mi tía por su apoyo incondicional.
A la Ing. Mirella Bermeo Garay por su apoyo, colaboración y asesoramiento en la realización
de nuestro trabajo de titulación.
A mi compañera y amiga de tesis por su amistad y apoyo a lo largo de la carrera.
Y al fin luego de haber superado los obstáculos y aprendido de ellos, lo he conseguido.
Andrea Lissette Sacoto Gómez
VIII
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a Dios porque gracias a el he podido culminar una de mis metas.
A mis padres Gladys Gómez Arévalo y Wilson Sacoto Ron por ser ese pilar que me sostiene,
por ser mi guía y mi luz en todo momento.
A mi hermano Kevin Sacoto.
Andrea Lissette Sacoto Gómez
IX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
“TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PROCEDENTE DE INDUSTRIA CAFETERA
POR ACCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS DE CÁSCARAS: MUSA PARADISIACA
Y MANIHOT ESCULENTA.”
Autores: Cedeño Lenis Yulexy Jamileth, Sacoto Gómez Andrea Lissette
Tutora: Dra. Bermeo Garay Martha Mirella
RESUMEN
En el presente estudio se investigó la efectividad de los compuestos orgánicos de cáscaras:
Musa paradisiaca y Manihot esculenta como coagulantes, para el tratamiento de aguas
residuales, demostrándose que dichos compuestos orgánicos pueden reemplazar los químicos
inorgánicos utilizados en la actualidad. Se recolectó agua residual procedente de Industria
cafetera, la cual fue sometida a un análisis de diferentes parámetros: color, turbidez y pH antes
y después del tratamiento con las soluciones coagulantes de residuos orgánicos para comprobar
su eficiencia. Se prepararon las soluciones, mismas que fueron añadidas a distintas dosis en
cada una de las muestras en el test de jarras. Obteniendo como resultado la cáscara de Musa
paradisiaca como la más eficiente, con una dosis de 30 mg/L con remoción de turbiedad y color
de 52.4% y 99.3% respectivamente, obteniendo un pH con valor 6.11.
Palabras clave: Musa paradisica, Manihot esculenta, tratamiento de efluente de industria
cafetera, coagulantes orgánicos.
X
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
“TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PROCEDENTE DE INDUSTRIA CAFETERA
POR ACCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS DE CÁSCARAS: MUSA PARADISIACA
Y MANIHOT ESCULENTA.”
Author: Cedeño Lenis Yulexy Jamileth, Sacoto Gómez Andrea Lissette
Advisor: Dra. Bermeo Garay Martha Mirella
ABSTRACT
In the present study, the effectiveness of the organic husk compounds Musa paradisiaca and
Manihot esculenta as coagulants was investigated for the treatment of wastewater,
demonstrating that these organic compounds can replace the inorganic chemicals used today.
Residual water was collected from coffee industry, which was subjected to an analysis of
different parameters: color, turbidity and pH before and after treatment with coagulant solutions
of organic waste to check their efficiency. The solutions were prepared, which were added at
different doses in each of the samples in the jar test. Obtaining as a result the shell of Musa
paradisiaca as the most efficient, with a dose of 30 mg/L with removal of turbidity and color of
52.4% and 99.3% respectively, obtaining a pH with a value of 6.11.
Keywords: Musa paradisica, Manihot esculenta, coffee industry effluent treatment, organic
coagulants.
1
INDICE
CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD.................................................................. III
LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO
COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS .......................................... IV
AGRADECIMIENTO ............................................................................................................... V
DEDICATORIA ....................................................................................................................... VI
AGRADECIMIENTO ............................................................................................................. VII
DEDICATORIA .................................................................................................................... VIII
RESUMEN ............................................................................................................................... IX
ABSTRACT .............................................................................................................................. X
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................... 4
INDICE DE FIGURAS .............................................................................................................. 5
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 7
CAPÍTULO I .............................................................................................................................. 9
1.1 EL PROBLEMA ............................................................................................................... 9
1.1.2 Planteamiento del Problema ....................................................................................... 9
1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................ 9
1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 10
1.3.1 Justificación teórica ................................................................................................. 10
1.3.2 Justificación metodológica ....................................................................................... 11
1.3.3 Justificación práctica ................................................................................................ 11
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ....................................................................... 12
1.4.1 Objetivo general ....................................................................................................... 12
1.4.2 Objetivos específicos ............................................................................................... 12
1.5 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 12
1.5.1 Delimitación temporal ............................................................................................. 12
1.5.2 Delimitación espacial ............................................................................................... 12
1.5.3 Delimitación del contenido ...................................................................................... 14
1.6 HIPÓTESIS .................................................................................................................... 14
1.6.1 Variables Independientes ......................................................................................... 14
1.6.2 Variables Dependientes ........................................................................................... 14
1.6.3 Operacionalización de las variables ......................................................................... 15
CAPÍTULO II .......................................................................................................................... 17
2.1 MARCO DE REFERENCIA .......................................................................................... 17
2.1.1 Maco teórico ............................................................................................................ 17
2.1.1.1 Aguas residuales ................................................................................................... 17
2.1.1.2 Tipos de aguas residuales ...................................................................................... 17
2
2.1.1.3 Características de las aguas residuales .................................................................. 18
2.1.1.4 Características físicas ............................................................................................ 18
2.1.1.5 Características químicas ........................................................................................ 19
2.1.1.6 Características biológicas ...................................................................................... 20
2.1.1.7 Tratamiento de aguas residuales ........................................................................... 20
2.1.1.8 Tratamiento primario .......................................................................................... 23
2.1.1.8.1 Coagulación ....................................................................................................... 23
2.1.1.8.1 Factores que influyen en la coagulación ............................................................ 25
2.1.1.8.2 Suspensiones coloidales ..................................................................................... 26
2.1.1.9 Floculación ............................................................................................................ 27
2.1.1.10 Tipos de coagulantes .......................................................................................... 27
2.1.1.10.1 Coagulantes Inorgánicos .................................................................................. 27
2.1.1.10.2 Coagulantes Orgánicos-Naturales .................................................................... 27
2.1.1.10.3 Ventajas de coagulantes orgánicos .................................................................. 28
2.1.1.11 Agentes naturales utilizados para la coagulación ............................................... 28
2.1.1.12 Residuos vegetales ............................................................................................. 29
2.1.1.13 Cascara de plátano .............................................................................................. 30
2.1.1.13.1 Composición físico química de cascara de plátano ......................................... 30
2.1.1.14 Cáscara de yuca .................................................................................................. 31
2.1.1.14.1 Composición físico química de la cascara de yuca .......................................... 31
2.1.1.15 Componentes activos de los Residuos vegetales ................................................ 32
2.1.1.16 Mecanismo de coagulación de las cáscaras de plátano y de yuca ...................... 32
2.1.1.17 Actividad coagulante de residuos vegetales ....................................................... 33
2.1.1.18 Compuestos orgánicos de Musa paradisiaca y Manihot esculenta que intervienen
en el proceso de coagulación para el tratamiento de agua residual .................................. 33
2.1.1.19 Test de jarras ...................................................................................................... 35
2.2 MARCO CONCEPTUAL .............................................................................................. 36
2.3 MARCO CONTEXTUAL .............................................................................................. 37
2.3.1 Coagulantes utilizados en el Ecuador ...................................................................... 37
2.3.2 Musa paradisiaca en el ecuador ............................................................................... 37
2.3.3 Manihot esculenta en el Ecuador ............................................................................. 38
CAPÍTULO III ......................................................................................................................... 39
3.1 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN .............................................................. 39
3.2 MATERIALES Y EQUIPOS ......................................................................................... 39
3.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................. 40
3.3.1 Acondicionamiento de la materia prima .................................................................. 40
3.3.2 Preparación de solución coagulante ......................................................................... 42
3.3.3 Prueba de tratabilidad en el equipo Test de Jarras ................................................... 42
3.4 TOMA DE MUESTRA .................................................................................................. 44
3.4.1 Localización de la toma de muestra ......................................................................... 44
3.4.2 Normas aplicadas ..................................................................................................... 44
3
CAPÍTULO IV ......................................................................................................................... 45
4.1 RESULTADOS .............................................................................................................. 45
4.1.1 Selección de dosis óptima de coagulante de cáscara de plátano pulverizada. ......... 45
4.1.1.1 pH después del tratamiento con coagulante de cáscara de plátano pulverizado ... 47
4.1.2 Selección de dosis óptima de coagulante de cáscara de yuca pulverizada. ............ 48
4.1.2.1 pH después del tratamiento con coagulante de cáscara de yuca pulverizada ....... 50
4.1.3 Dosis óptima de mejor coagulante (cáscara de plátano pulverizado) en el agua
residual con un pH básico de 8. ........................................................................................ 51
4.1.4 Dosis óptima de mejor coagulante (cáscara de plátano pulverizado) en el agua
residual con un pH ácido de 4.1 ........................................................................................ 53
4.1.5 Selección de dosis óptima de floculante Ca(OH)2 en combinación con la solución
coagulante de cáscara de plátano pulverizado a la misma dosis. ...................................... 55
4.1.6 Resultados utilizando sulfato de aluminio a las mismas dosis ................................ 57
4.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................................................................... 59
CAPÍTULO V .......................................................................................................................... 61
5.1 CONCLUSIONES .......................................................................................................... 61
5.2 RECOMENDACIONES ................................................................................................. 63
5.3 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 64
ANEXOS .................................................................................................................................. 67
4
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Operacionalización de las variables ........................................................................................ 15
Tabla 2: Composición físico química de cascara de plátano ................................................................. 30
Tabla 3: Composición físico química de la cascara de yuca ................................................................. 31
Tabla 4: Materiales y equipos utilizados ............................................................................................... 39
Tabla 5: Índice de Willcomb ................................................................................................................. 43
Tabla 6: Resultado de la dosis óptima del coagulante de cáscara de plátano ........................................ 45
Tabla 7: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras usando la cáscara de plátano
pulverizada ............................................................................................................................................ 46
Tabla 8: Variación del pH antes y después del tratamiento del coagulante de cáscara de plátano ....... 47
Tabla 9: Resultado de la dosis óptima del coagulante de cáscara de yuca ............................................ 48
Tabla 10: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras usando la cáscara de yuca
pulverizada. ........................................................................................................................................... 49
Tabla 11: Variación del pH antes y después del tratamiento del coagulante de cáscara de yuca.......... 50
Tabla 12: Resultado de la dosis óptima del coagulante de cáscara de plátano con el agua residual a un
pH de 8 .................................................................................................................................................. 51
Tabla 13: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras usando la cáscara de plátano en
el agua residual con un pH de 8. ........................................................................................................... 52
Tabla 14: Resultado de la dosis óptima del coagulante de cáscara de plátano con el agua residual a un
pH de 4.1 ............................................................................................................................................... 53
Tabla 15: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras usando la cáscara de plátano en
el agua residual con un pH de 4.1 ......................................................................................................... 54
Tabla 16: Resultado de la dosis óptima del floculante (CaOH) en combinación con la solución
coagulante de cáscara de plátano a la misma dosis ............................................................................... 55
Tabla 17: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras de floculante en combinación con
la solución coagulante de cáscara de plátano ........................................................................................ 56
5
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 : Ubicación de Facultad de Ing. Química ................................................................................ 13
Figura 2 : Ubicación de Industria Cafetera............................................................................................ 13
Figura 3: Diagrama de bloques de una PTAR ....................................................................................... 22
Figura 4: Diagrama de bloques de tratamiento primario ....................................................................... 23
Figura 5: Desestabilización del coloide y compresión de la capa difusa. ............................................. 24
Figura 6: Residuos vegetales ................................................................................................................. 29
Figura 7. Cascara de plátano ................................................................................................................. 30
Figura 8. Cáscara de yuca ...................................................................................................................... 31
Figura 9. Mecanismo de coagulación por neutralización de carga........................................................ 32
Figura 10: Estructura química de la celulosa; β-glucosa; varias β-glucosa unidas. ......................... 33
Figura 11: Estructura química de la Amilosa ........................................................................................ 34
Figura 12: Equipo Test de jarras ........................................................................................................... 35
Figura 13: Diagrama de flujo del proceso de obtención y eficiencia de coagulantes de cáscara de
plátano y cáscara de yuca. ..................................................................................................................... 36
Figura 14 Plátano Verde ........................................................................................................................ 38
Figura 15. Raíz de la yuca ..................................................................................................................... 38
Figura 16: Gráfico de concentración de coagulante de cáscara de plátano y % de remoción de color y
turbidez. ................................................................................................................................................. 46
Figura 17: Grafico de comparación de la variación de pH antes y después de añadir el coagulante de
cáscara de plátano. ................................................................................................................................. 47
Figura 18:Gráfico de concentración de coagulante cáscara de yuca y % de remoción de color y
turbidez. ................................................................................................................................................. 49
Figura 19: Grafico de comparación de la variación de pH antes y después de añadir el coagulante de
cáscara de yuca. ..................................................................................................................................... 50
Figura 20: Gráfico de concentración de coagulante y % de remoción de color y turbidez en agua
residual con pH de 8. ............................................................................................................................. 52
Figura 21: Gráfico de concentración de coagulante y % de remoción de color y turbidez en agua
residual con pH de 4.1 ........................................................................................................................... 54
Figura 22: Gráfico de concentración de floculante en combinación con la solución coagulante de
cáscara de plátano y % de remoción de color y turbidez. ..................................................................... 56
Figura 23: Gráfico de concentración de coagulante de sulfato de aluminio y % de remoción turbidez.
............................................................................................................................................................... 58
6
ÍNDICE DE ANEXOS
Gráfica 1. Acondicionamiento de cáscaras de plátano. ......................................................................... 67
Gráfica 2. Acondicionamiento de cáscaras de yuca. ............................................................................. 68
Gráfica 3. Preparación de solución coagulante de cáscaras de plátano. ................................................ 69
Gráfica 4. Preparación de solución coagulante de cáscara de yuca. ...................................................... 69
Gráfica 5. Colorímetro HACH 890 ....................................................................................................... 70
Gráfica 6. Turbidímetro HACH 2100P ................................................................................................. 70
Gráfica 7. Formación de floc al añadir coagulante ................................................................................ 71
Gráfica 8. Agua residual antes y después del tratamiento con el coagulante de cáscara de plátano. .... 71
Gráfica 9. Agua residual antes y después del tratamiento con el coagulante de cáscara de yuca. ........ 72
Gráfica 10. Gradiente de velocidad ....................................................................................................... 72
ÍNDICE DE ANEXOS REPORTE DE ANÁLISIS
Ilustración 1. Análisis físico químico de la muestra inicial ................................................................... 73
Ilustración 2. Análisis físico químico del agua residual tratada. ........................................................... 74
7
INTRODUCCIÓN
Uno de los componentes de superior abundancia sobre la superficie terrestre es el agua, se
conoce que el 97,5% es agua perteneciente a los océanos y que un 2,5% es agua dulce siendo
éstos valores aproximados.
Solo un 1% es agua accesible para el consumo humano y este porcentaje se va reduciendo
al pasar los años, puesto que la población se va incrementando, la industrialización cada vez se
vuelve más fuerte y la intensificación de la producción de alimentos una problemática que
comenzó en el siglo XXI. Toda actividad del hombre al usar el agua genera residuos líquidos
que deben ser tratados al retornar a la naturaleza para disminuir el impacto ambiental (Mázmela
& Aguilar , 2017).
El agua residual cafetera es generada durante el procesamiento del café a nivel industrial, en
varias de sus etapas como son el beneficio y la extracción, misma que contiene alto contenido
de contaminantes como son: color, turbidez, sólidos suspendidos, sólidos disueltos entre otros,
por estas razones antes de ser descargadas necesitan ser tratadas para evitar la contaminación
ambiental. (Urquijo, 2016).
El tratamiento de aguas se divide en una serie de etapas que comprenden: pretratamiento,
tratamiento primario, secundario y terciario.
En el tratamiento primario se eliminan los sólidos suspendidos en el agua o coloidales y
materia orgánica. Esto se puede dar por coagulación total o parcial y por floculación o micro
floculación.
En la actualidad se ha demostrado que, haciendo uso de los agentes químicos más
comúnmente utilizado como el sulfato de aluminio o de alumbre Al2(SO4)3 y el cloruro férrico
(FeCl3) se encuentran trazas provenientes de los coagulantes convencionales, un ejemplo claro
de esta problemática es el sulfato de aluminio que está asociado con el avance del Alzheimer
8
una enfermedad producida en los seres humanos debido al agua tratada con este químico.
(Trejo, 2014).
Los residuos vegetales son considerados como fuentes de polímeros debido a que en su
composición poseen gluten, almidón, celulosa, gomas, glucógenos y otros compuestos, que han
sido estudiados como coagulantes naturales con resultados favorables y con ventajas ya que,
frente a los coagulantes químicos, los coagulantes de origen natural no poseen toxicidad y son
amigables con el medio ambiente (Asraf uzzaman, 2011).
En la presente investigación se utilizan coagulantes orgánicos como alternativa para reducir
el uso de los coagulantes convencionales para tratar el agua residual, específicamente en la fase
de coagulación y floculación, por ello implementamos el uso de las cáscaras de Musa
Paradisiaca (Plátano) y Manihot Esculenta (Yuca), haciendo uso de estos residuos para la
reducción, reutilización y así ayudar al medio ambiente y darle un valor económico. Donde se
remueven contaminantes o se controlan parámetros como pH, color y turbiedad, teniendo como
objetivo el tratamiento del agua residual de la industria cafetera.
9
CAPÍTULO I
1.1 EL PROBLEMA
1.1.2 Planteamiento del Problema
La Industria cafetera en cada una de sus etapas de procesamiento como son el beneficio que
comprende: despulpado, remoción del mucílago, lavado y secado y a su vez la etapa de la
extracción, generan aguas residuales con un contenido elevado de contaminantes como son:
color, turbidez, sólidos suspendidos, sólidos disueltos entre otros, mismas que al ser
descargadas a los cuerpos receptores o sistemas de alcantarillado producen un impacto
ambiental debido a que al tener valores elevados se sobrepasan los límites de descargas
permisibles establecidos por la norma de calidad ambiental, es por esta razón que es
indispensable aplicar un tratamiento previo del agua (Urquijo, 2016).
En la actualidad en el tratamiento de coagulación-floculación de aguas residuales utilizan
coagulantes inorgánicos o químicos como son el FeCl3 y el Al2(SO4)3 mismos que generan
grandes cantidades de lodos, modifican el pH lo cual requiere que se agreguen otros reactivos
para corregirlo y así cumplir con el rango establecido en la norma.
Además, mediante estudios se ha comprobado que el Al2(SO4)3 que pueden quedar
remanentes de aluminio en el agua, mismos que al ser ingeridos por el ser humano puede
provocar afectaciones en la salud y afectar el sistema nervioso central (Trejo, 2014).
1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
¿Cuál será la eficiencia de los coagulantes orgánicos a base de cáscaras de plátano y de
yuca en el tratamiento de aguas residuales?
¿Los residuos orgánicos son alternativas para reducir el uso de coagulantes químicos?
10
1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.3.1 Justificación teórica
Actualmente en el tratamiento de aguas residuales industriales realizan tratamientos que
consisten en la coagulación-floculación, el uso de coagulantes convencionales como el
Al2(SO4)3, cloruro de hierro, presentan algunos inconvenientes ya que dejan grandes
remanentes del producto en el agua tratada y genera contenido de aluminio, en el caso de los
floculantes sintéticos en la mayoría de los casos contienen monómeros acrílicos que son tóxicos
al sistema nervioso (Romero, 2006).
El agua residual de la Industria cafetera contiene alto contenido de contaminantes resultante
de la pulpa de café y de varias etapas del proceso, que se deposita en las corrientes de agua,
misma que al ser descargada provoca impacto ambiental ya que no cumple con los límites
establecidos de descarga (Urquijo, 2016).
Todo lo expuesto, nos impulsa a realizar el proyecto de Investigación "TRATAMIENTO
DE AGUA RESIDUAL PROCEDENTE DE INDUSTRIA CAFETERA POR ACCIÓN DE
COMPUESTOS ORGÁNICOS DE CÁSCARAS: MUSA PARADISIACA Y MANIHOT
ESCULENTA" y así poder investigar de manera profunda y comprobar la eficacia de los
compuestos orgánicos de las cáscaras como coagulantes.
11
1.3.2 Justificación metodológica
Generalmente los tratamientos de agua se lo realizan con coagulantes convencionales como
es el caso del Al2(SO4)3 un coagulante metálico inorgánico que por ser de bajo costo es el más
usado. Pero, sin embargo, este proceso genera altos residuos de aluminio en los lodos que se
forman y efectos nocivos contra la salud.
El propósito del presente trabajo de investigación es determinar la eficiencia de los
compuestos orgánicos de las cáscaras de plátano y de yuca como coagulantes, en el agua
residual de la industria cafetera mediante el test de jarras con distintas dosis, ya que estos
desechos comúnmente terminan en los rellenos sanitarios y al darle un valor agregado podemos
ayudar a reducir el impacto ambiental, disminuyendo el uso de coagulantes químicos y a su vez
disminuir los valores de los parámetros como son: pH, color, turbidez del agua residual.
1.3.3 Justificación práctica
Esta investigación es realizada con la finalidad de verificar la eficiencia de los compuestos
orgánicos de las cáscaras de plátano y de yuca. Se realizarán pruebas de tratabilidad de la
solución coagulante de cáscaras de plátano y de yuca pulverizadas mediante el Test de Jarras
en el agua residual de Industria cafetera, para luego realizar los análisis correspondientes de
pH, color, turbidez y así definir cuál de los dos residuos es el más eficiente
Todo esto con el objetivo de aprovechar los residuos orgánicos como coagulantes,
comprobar su eficacia en el agua residual de industria cafetera, y así proponer una alternativa
natural a los coagulantes metálicos que actualmente son los más utilizados y de este modo
aminorar o minimizar el impacto ambiental.
12
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo general
Realizar el tratamiento de agua residual procedente de Industria cafetera por acción de
compuestos orgánicos de cáscaras: Musa paradisiaca y Manihot esculenta.
1.4.2 Objetivos específicos
• Acondicionar la materia prima: cáscaras de plátano, cáscaras de yuca y preparar
soluciones coagulantes
• Caracterizar el agua residual procedente de Industria cafetera.
• Determinar la dosis óptima de cada coagulante para su aplicación en el tratamiento de
agua residual de industria cafetera y comparar su nivel de efectividad.
• Determinar el porcentaje de remoción de los parámetros; turbidez y color de la muestra
de agua residual de industria cafetera en la dosificación óptima.
1.5 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.5.1 Delimitación temporal
La elaboración experimental y teórica de la investigación se llevó a cabo en un periodo
aproximado de 6 meses.
1.5.2 Delimitación espacial
La investigación en su totalidad se llevó a cabo en el Laboratorio de Ingeniería de aguas en
la Facultad de Ing. Química, Universidad de Guayaquil, en donde se realizó la experimentación
para determinar la eficiencia de los coagulantes orgánicos a base de cáscaras de plátano y de
yuca en el tratamiento de aguas residuales procedente de industria cafetera.
13
Figura 1 : Ubicación de Facultad de Ing. Química
GD: -2.1816, -79.8992
Fuente: (Google maps,2018)
Figura 2 : Ubicación de Industria Cafetera
GD: -2.1780, -79.9104
Fuente: (Google maps,2018)
14
1.5.3 Delimitación del contenido
Se desarrolló la investigación en base a la Ingeniería de aguas y medio ambiente, en la
elaboración y comprobación de la eficiencia de coagulantes orgánicos a base de cáscaras de
plátano y de yuca en el tratamiento de agua residual procedente de industria cafetera.
Teniendo como fuentes de referencia artículos científicos, revistas, papers y tesis nacionales
e internacionales.
1.6 HIPÓTESIS
Se logrará reducir los parámetros turbidez, color y controlar el pH del agua residual de
Industria cafetera, utilizando la cáscara de plátano y de yuca como coagulantes.
1.6.1 Variables Independientes
Solución coagulante a base de cáscara de plátano y cáscara de yuca.
Indicadores:
• Concentración - dosis
• Tiempo de agitación
1.6.2 Variables Dependientes
Agua residual de industria cafetera
Indicadores:
• pH
• Turbidez
• Color
15
1.6.3 Operacionalización de las variables
Tabla 1 : Operacionalización de las variables
VARIABLES INDICADORES TIPO DESCRIPCIÓN UNIDAD DE
MEDICIÓN
Coagulantes de
Cáscara de plátano y
de yuca.
Tiempo de formación de
flocs Independiente
Hace referencia al tiempo que toma en
aglomerarse o aglutinarse, la sustancia
coloidal localizada en el agua por acción
de un agente floculante.
min
Concentración de
coagulante/floculante Independiente
Se refiere a la cantidad apropiada de
coagulantes o floculantes que deben
disolverse en el agua y hagan efecto para
que se formen flóculos y estos precipiten.
ppm
pH Dependiente
También llamado potencial de hidrogeno
es un parámetro que establece que tan
básico o ácido se encuentra un líquido,
mediante la concentración de iones o
cationes de hidrogeno [H+] que se
encuentran en el mismo (Blanco, 2013).
--
16
Agua residual de
industria cafetera Color Dependiente
El color en el tratamiento de agua se
define a través de sustancias disueltas y
partículas en suspensión. Color verdadero
es aquel que se obtiene cuando se remueve
la turbidez a través de centrifugación y así
evitar que quede registrada como color.
Color aparente es aquel que se obtiene sin
remover la turbidez (Arboleda, 2000).
UPC
Unidades de
platino y
cobalto Pt-Co
Turbidez Dependiente
Es una medida que determina la claridad
del agua, en base a la cantidad de sólidos
suspendidos que contenga (Gonzalez,
2011).
NTU
Unidad de
turbidez
nefelométrica
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
17
CAPÍTULO II
2.1 MARCO DE REFERENCIA
2.1.1 Maco teórico
2.1.1.1 Aguas residuales
Se denominan aguas residuales a aquellas cuyas características originales han sufrido una
alteración o modificación por actividades de las personas y que por su calidad necesitan un
tratamiento previo antes de ser reusadas o vertidas a un cuerpo receptor, o descargas al sistema
de alcantarillado (OEFA, 2014).
2.1.1.2 Tipos de aguas residuales
Aguas residuales industriales
Se denominan así aquellas que son producto del desarrollo de un proceso productivo,
incluyéndose a las que provienen de la actividad agrícola, minera, agroindustrial, energética,
entre otras.
Aguas residuales domésticas
Son aquellas que resultan de la actividad del humano, de origen residencial y comercial que
contienen desechos fisiológicos, entre otros.
Aguas residuales municipales
Son aquellas aguas residuales domésticas que pueden encontrarse mezcladas con aguas
producto de drenaje pluvial o a su vez con aguas residuales de origen industrial que ya han sido
previamente tratadas, para ser admitidas o descargadas en los sistemas de alcantarillado (OEFA,
2014).
18
2.1.1.3 Características de las aguas residuales
Físicos: hace referencia al aspecto, color, turbidez, olor, entre otros, de manera cualitativa,
siendo éstos los cambios o variaciones de la parte física del agua.
Químicos: son aquellos que pueden ser orgánicos e inorgánicos, siendo básicamente las
sustancias ajenas a la descomposición pura de la molécula del H2O.
Biológicos: se refiere a la existencia o permanencia de bacterias o microorganismos
infecciosos o transmisores. (Stamping, 2016)
2.1.1.4 Características físicas
Según Espigares & Pérez las características físicas son:
Color: Se origina por las sustancias, materia coloidal o ya sea por los sólidos suspendidos
que se encuentran presentes en la solución. Aquello que resulta de sustancias disueltas y
coloidales se denomina color verdadero y aquello que es causado por los sólidos suspendidos
se denomina color aparente. Está presente en las aguas residuales ya sean domesticas o
industriales que se ven afectada por la degradación de materia orgánica.
Olor: Se produce por la degradación biológica de la materia en condiciones anaerobias o en
ausencia de oxigeno de los efluentes, producto de la descomposición de los residuos
industriales.
Sólidos totales: es toda materia que queda como residuo después de la eliminar o evaporar
el agua residual, constituido por la materia flotante, en suspensión, disolución y dispersión
coloidal. Los sólidos son provenientes de las aguas residuales tanto domésticas e industriales,
así como de la erosión del suelo, la infiltración y de las conexiones incontroladas.
19
Turbidez: Es un parámetro que se utiliza para determinar la calidad de las aguas crudas y
las aguas tratadas en base al material en suspensión coloidal o a la cantidad de sólidos
suspendidos que contenga.
Temperatura: Es un parámetro en las aguas residuales por su efecto en la velocidad de
reacción y las reacciones químicas (Espigares & Perez, s.f.).
2.1.1.5 Características químicas
Según Espigares & Pérez las características químicas son:
pH: es un parámetro que mide la acidez o basicidad de un líquido, mediante la concentración
de iones o cationes de hidrogeno [H+] que contenga la solución.
DQO: o demanda química de oxígeno, hace referencia a la cantidad de oxígeno que se
requiere para oxidar o estabilizar químicamente la materia orgánica. Sirve para determinar el
grado de contaminación del agua por la presencia de materia orgánica.
DBO: Demanda bioquímica de oxígeno es la fracción biodegradable de los componentes
orgánicos que contienen carbono.
Carbono orgánico: es un parámetro que indica el carbono orgánico presente en una cantidad
determinada de agua, se lo determina por medio de la medición de la cantidad del CO2 que se
libera al final del tratamiento con oxidantes químicos.
Aceites y grasas: Son compuestos orgánicos conformados por ácidos grasos de origen
vegetal, animal e hidrocarburos del petróleo. Un parámetro que nos muestra el grado de
contaminación del agua.
Cloruros: La presencia de cloruros se da generalmente por la adición del cloro al agua para
su desinfección.
20
Oxígeno disuelto: Es un parámetro que sirve para medir la cantidad de O2 oxígeno gaseoso
disuelto en el agua. El oxígeno existente en el agua procede de la descomposición de reacciones
químicas y sustancias orgánicas.
Nitrógeno y derivados: El N está presente en el agua residual en forma de proteínas urea,
Las formas inorgánicas del nitrógeno implican: nitritos, nitratos, amoniaco y nitrógeno
molecular. (Espigares & Perez, s.f.).
2.1.1.6 Características biológicas
Bacterias: organismos unicelulares que poseen diversas formas y tamaños, conversión de la
materia orgánica.
Algas: Organismos autótrofos.
Hongos: Organismos predominantes aerobios y uní o multicelulares.
Virus: son parásitos que se forman por la asociación del material genérico y única cubierta
proteica (Espigares & Perez, s.f.)
2.1.1.7 Tratamiento de aguas residuales
El tratamiento de aguas residuales es un proceso donde involucra tratamientos físicos,
químicos y biológicos su función es reducir los contaminantes del agua; como color, turbiedad,
solidos suspendidos entre otros.
El tratamiento de aguas residuales es un proceso que se debe realizar para mantener el curso
de las aguas para no alterar la naturaleza y mantener su ciclo. En la actualidad existen crecientes
sobre el tema ambiental y de salud pública los estándares internacionales de la calidad y medio
ambiente ha motivado el surgimiento de nuevas normas implica que tanto los tratamientos de
aguas residuales como los de potabilización deben seguir un estándar. (Aquilar, sáez, LLoréns,
& Sole, 2014)
21
Los tratamientos de aguas residuales se dividen respecto al grado de rendimiento que
contenga:
Operaciones físicas unitarias: es un tratamiento físico al que pertenecen el desbaste,
desarenado, desengrasado, sedimentación, flotación y adsorción.
Procesos químicos unitarios: en este proceso se remueven y se disminuyen aquellos
contaminantes a través de la agregación de químicos o por reacciones químicas, a este proceso
pertenecen la floculación, coagulación, neutralización, oxidación, reducción, desinfección
entre otros.
Procesos biológicos unitarios: este proceso sirve para eliminar las sustancias orgánicas
biodegradables que contiene el agua residual. Los mismos que sirven para depurar nutrientes
como el fosforo y nitrógeno. Los procesos más utilizados son: lodos activados, lechos
bacterianos, filtros percoladores o biológicos (Troconis, 2010).
Según el grado de depuración se clasifican en pretratamiento, tratamiento primario,
tratamiento secundario y tratamiento terciario.
• Pretratamiento
Es el tratamiento inicial para eliminar los sólidos grandes, arenas y grasas ya que estos
contaminantes pueden afectar los equipos de las operaciones siguientes.
• Tratamiento primario
En este tratamiento se separa el agua residual de los sólidos en suspensión que sedimentan
por gravedad y a su vez los sólidos solubles y coloidales, por medio de la coagulación-
floculación y decantación.
En este tratamiento se eliminan hasta un 70% de sólidos en suspensión y una reducción de
hasta un 40% de DBO (Troconis, 2010).
22
• Tratamiento secundario
En este tratamiento interviene la parte biológica debido a que se elimina la parte de materia
orgánica coloidal, utilizando lodos activados, filtros percoladores, biodiscos, tanques de
estabilización lagunas aireadas entre otros aproximadamente se reducen de un 80 y 95% de
sólidos en suspensión y un 95% de DBO.
• Tratamiento terciario
Es el tratamiento final ya que tiene como objetivo aumentar los rendimientos de la
eliminación de DBO y sólidos suspendidos (SS). También elimina metales nutrientes, los
procesos utilizados son filtración, nitrificación, desnitrificación, intercambio iónico, ósmosis
inversa y desinfección en este proceso alcanzan un rendimiento de hasta un 95% de la
eliminación de SS y un 98% en DBO (Troconis, 2010).
Figura 3: Diagrama de bloques de una PTAR
(Cedeño & Sacoto, 2018)
23
2.1.1.8 Tratamiento primario
Coagulación y floculación
Toda agua ya sea potable o residuales contienen materiales suspendidos, solidos que pueden
sedimentarse en reposo, y algunos que no se sedimentan fácilmente. En el proceso de
coagulación y floculación existe una desestabilización de los coloides para que se puede dar la
sedimentación, por acción de agente químicos o aplicando energía de mezclado en este punto
interviene la floculación que encapsula estas partículas desestabilizadas para formar la
aglomeración de las partículas. (Andia, 2000)
Figura 4: Diagrama de bloques de tratamiento primario
(Cedeño & Sacoto, 2018)
2.1.1.8.1 Coagulación
La coagulación radica en desestabilizar las partículas coloidales que están suspendidas, para
facilitar la aglomeración, y de esta manera eliminar las materias en suspensión. En la
coagulación se remueve la turbiedad ya sea orgánica e inorgánica, se remueve el color aparente
y el verdadero y se eliminan las bacterias virus, organismos patógenos y se eliminan las
sustancias productoras de sabor y olor de los precipitados químicos suspendidos (Andia, 2000).
Es un proceso que consiste en desestabilizar las partículas coloidales, producidas al
neutralizar las fuerzas que los hace permanecer separados, mediante la adición de coagulantes
convencionales y agitación o aplicación de la energía de mezclado.
24
En la figura 5: la adición del coagulante neutraliza o anula las cargas, generando la
destrucción de la nube de iones, que cubren los coloides de modo que se puedan aglomerar.
Figura 5: Desestabilización del coloide y compresión de la capa difusa. (Andia, 2000)
Se puede obtener una desestabilización mediante los mecanismos físico químicos siguientes:
• Compresión de doble capa.
• Neutralización de cargas y adsorción.
• Atrapamiento de partículas en precipitado.
• Adsorción y puente.
25
2.1.1.8.1 Factores que intervienen en la coagulación
Anida,2000 documenta que los factores que influyen en la coagulación son:
• Sólidos suspendidos: aquellos que son (mayores de 10-6 mm) sólidos provenientes de
los animales por ejemplo ácidos húmicos o fúlvicos, de origen mineral como las arcillas y
microorganismos como bacterias, algas y virus. Estos son los responsables de la turbidez del
agua.
• Color: es el factor que agrega color al agua residual, su origen proviene de dos partes:
la de origen natural que se da por la materia orgánica en descomposición, hierro y manganeso
o por residuos de agua industriales, se determina el color en una muestra de agua que puede ser
de dos tipos el color aparente cuando la muestra tiene material en suspensión y el color
verdadero el que esta medido.
Se realiza el tratamiento de color de las aguas ya que la apariencia del agua es mejor si esta
es cristalina, también porque el color interviene en la coagulación, para medir el color usamos
un colorímetro debidamente calibrado.
• Cantidad y tipo de coagulante: la dosis optima se determina mediante el ensayo del test
de jarra, debido a que si se administra poca cantidad del coagulante no se neutraliza la carga de
las partículas y se pone una alta cantidad de coagulante produce una mayor formación de micro
flóculos con tamaños muy pequeños cuyas posibilidades de sedimentación son muy bajas
(Andia, 2000).
• pH: para cada coagulante existe un respectivo pH, para la cual la coagulación se produce
rápidamente de ello depende la alcalinidad del agua y la naturaleza de los iones.
• Influencia de la turbidez y demanda de oxígeno: entre más sólidos suspendidos haya en
el agua más turbia parecerá el agua, porque las partículas suspendidas son las que absorben
26
calor de la luz del sol y esto hace que las aguas sean más turbias y más calientes lo que genera
que se reduzca el oxígeno en el agua y algunos organismos no pueden vivir en él.
• Velocidad de agitación: una buena agitación hace que se coagulen las partículas y se
formen flóculos. Esta depende también de la influencia de la mezcla debido a que una parte del
agua tenga la mayor concentración de los coagulantes.
• Periodo de coagulación: esto significa el tiempo transcurrido entre coagulante y la
agitación final
• Temperatura del agua: el agua debe estar en una temperatura ambiente para que funcione
el tratamiento (Andia, 2000).
2.1.1.8.2 Suspensiones coloidales
Coloides son agregados especialmente de moléculas y iones conocidos como terminaciones
hidrofílicas e hidrofóbicas o micelas. Una de las impurezas del agua son los coloides estos son
los que intervienen directamente en la presencia de la turbiedad y el color. Existen tres tipos de
coloides:
Liofílicos son aquellos que encontramos en los sistemas acuosos hidrofílicos, estos son lo
que tienen una gran interacción con el agua como son los polímeros sintéticos y las proteínas.
Liofóbicos estos se encuentran en sistemas acuosos hidrofóbicos, se caracterizan por tener
una mínima interacción con el agua, presentan estabilidad debido a sus cargas eléctricas ya sea
positiva o negativa, un ejemplo común son las arcillas o las partículas orgánicas.
Una suspensión coloidal es considerada como el producto de una acción en tres fases;
primero que absorbe iones como el OH-, CL-, entre otras. Luego los de signo contrario es decir
los positivos H+ estos son los metálicos y por último tenemos los iones de signo contrario a los
del núcleo que se separan en la solución con una mayor concentración en la proximidad de la
partícula (Techeira, 2015).
27
2.1.1.9 Floculación
Este proceso consiste en aglomerar las partículas que se encuentran libres en el agua es decir
las desestabilizada primero en micro floc y los más voluminosos llamados flóculos, estos floc
al inicio son pequeños y al momento que se juntan forman aglomeraciones mucho más grandes
que se sedimentan en el fondo debido a su peso.
Cuando estas partículas grandes se unen las capas difusas interactúan y provocan una fuerza
de repulsión, caen rápidamente con el aumento de iones de carga contraria al de las partículas,
esta atracción entre las partículas se denomina fuerzas de Van der Waals (Andia, 2000).
2.1.1.10 Tipos de coagulantes
2.1.1.10.1 Coagulantes Inorgánicos
Son los más utilizados en el tratamiento de aguas residuales debido a su bajo costo, buen
rendimiento, disponibilidad y efectividad, tienen la capacidad de trabajar como coagulantes y
floculantes. Entre los más utilizados están: sulfato de aluminio, sulfato ferroso, cloruro férrico,
entre otros. Estos químicos son muy efectivos tienen una capacidad muy alta en coagulación
floculación, sin embargo, resultan nocivos para la salud del hombre y el medio ambiente
(Bravo, 2017) .
2.1.1.10.2 Coagulantes Orgánicos-Naturales
Son considerados como una alternativa con potencial ya que al ser biodegradables no
generan daños y resultan amigables con el medio ambiente, a diferencia de los coagulantes
químicos o inorgánicos que resultan nocivos.
La mayoría son de origen vegetal, ya que cuentan con la presencia de agentes coagulantes
activos como proteínas, taninos y carbohidratos. Entre las especies vegetales que cuentan con
28
estudios realizados están: La moringa, semillas de maíz, Cassia obtusifolia, frijol, entre otros
(Bravo, 2017).
En este grupo se encuentra: Polímeros de origen natural son compuestos orgánicos biológicos,
entre los cuales se encuentran la celulosa, el almidón, extractos vegetales, extracto de algas
(alginatos), quitosano y ciertas gomas (Aguilar, 2002).
2.1.1.10.3 Ventajas de coagulantes orgánicos
• Disminuye el volumen de lodos.
• Se reducen costos de tratamiento.
• Estructura de flocs más densos, lo cual mejora la sedimentación.
• Reduce turbidez y sólidos suspendidos del agua.
• Reduce la adición de productos químicos.
• No son corrosivos (Aguilar, 2002).
2.1.1.11 Agentes naturales utilizados para la coagulación
Los agentes naturales son considerados como sustancias solubles en agua, originarios de
vegetales o animales que poseen un modo de acción similar a los coagulantes químicos,
agrupando o aglomerando las partículas suspendidas presentes en el agua, facilitando así la
sedimentación y reduciendo la turbidez.
También hay coagulantes que cuentan con propiedades antimicrobianas, por lo que eliminan
los microorganismos patógenos que pueden producir enfermedades.
Los polisacáridos son agentes coagulantes y floculantes, al ser naturales son inofensivos con
el medio ambiente y algunos tienen un rendimiento igual o superior a los sintéticos.
29
Los polímeros o polisacáridos naturales como el almidón y la celulosa son coagulantes,
utilizados para clarificación de aguas y remover partículas en suspensión y coloidales (Ramírez,
2015).
2.1.1.12 Residuos vegetales
Los residuos o cáscaras de vegetales son considerados como fuentes de polímeros debido a
que en su composición poseen gluten, almidón, celulosa, gomas, glucógenos y otros
compuestos metálicos, que han sido estudiados como coagulantes naturales con resultados
favorables y con ventajas ya que, frente a los coagulantes químicos, los coagulantes de origen
natural no poseen toxicidad y son amigables con el medio ambiente. (Asraf uzzaman, 2011).
El almidón está formado básicamente por amilosa y amilopectina. La amilosa siendo un
polímero lineal soluble en agua, mientras que la amilopectina polímero ramificado e insoluble
en agua. Siendo la amilosa un agente floculante considerado como efectivo.
Figura 6: Residuos vegetales
(Varela, 2017)
30
2.1.1.13 Cascara de plátano
Aproximadamente el 95% de los residuos del plátano no se aprovechan en el Ecuador,
debido a que su producción se enfoca directamente a la producción o como alimentos y una vez
consumido el fruto o pulpa las cáscaras son desechadas (Carvajal, 2017).
La piel o cáscara de verde es un residuo orgánico producto del procesamiento del fruto del
plátano a nivel industrial o doméstico. La cáscara representa alrededor del 30% del peso total
del fruto, posee principalmente celulosa, hemicelulosa, lignina y un alto contenido de almidón
al igual que el fruto, posee diversas aplicaciones, entre ellas en el tratamiento de efluentes
residuales como coagulante (Lambis, 2015).
Figura 7. Cascara de plátano
(Cedeño & Sacoto, 2018)
2.1.1.13.1 Composición físico química de cascara de plátano
Tabla 2: Composición físico química de cascara de plátano
INDICE EN BASE
SECA (%)
CÁSCARA FRUTO
Materia seca 18 20
Proteína 9.5 5.5
Fibra bruta 26.7 1.3
Cenizas 22.0 4.0
Tanino 40.5 7.4
Almidón 50 70-80
(Velasquez, 2004)
31
2.1.1.14 Cáscara de yuca
La cáscara o piel de la yuca es un residuo orgánico que resulta del procesamiento de la yuca,
generalmente la desechan, abarca alrededor del 25% total del peso del fruto, contiene
principalmente celulosa, hemicelulosa, lignina y un porcentaje de almidón al igual que el fruto.
Figura 8. Cáscara de yuca
(Cedeño & Sacoto, 2018)
2.1.1.14.1 Composición físico química de la cascara de yuca
Tabla 3: Composición físico química de la cascara de yuca
COMPOSICIÓN Cantidad (%)
Proteínas 1.10
Carbohidratos 9.00
Cenizas 2.00
Fibra 4.00
Celulosa 18.47
Hemicelulosa 6.01
Lignina 2.20
Almidón 30
(Tejada, 2016)
32
2.1.1.15 Componentes activos de los Residuos vegetales
Porto, 2014 detallo que en el tejido vegetal existen aminoácidos libres o se encuentran
formando parte de los péptidos y las proteínas, diversos estudios que se han realizado dan como
resultado que los aminoácidos que se encuentran en las proteínas vegetales son: histidina, lisina,
arginina, entre otras, las cuales en su mayoría se encuentran cargadas positivamente y solo el
ácido aspártico posee carga negativa. Por lo consiguiente la proteína en la solución contiene
alta carga positiva.
2.1.1.16 Mecanismo de coagulación de las cáscaras de plátano y de yuca
Como se describió anteriormente, el componente activo de las cáscaras de plátano y de yuca
es de carácter catiónico, es decir positiva, por lo que el mecanismo de coagulación se basa en
el de neutralizar las cargas.
Neutralización de cargas
Este mecanismo se produce cuando se adicionan agentes coagulantes con carga positiva
(catiónicos), los cuales generan que las partículas coloidales que por lo general están cargadas
negativamente, se atraigan y por lo tanto se aglomeren bajo la influencia de las fuerzas de Van
der Walls y por una reducción de cargas superficiales se desestabilice la suspensión coloidal.
Figura 9. Mecanismo de coagulación por neutralización de carga. Fuente: (Bravo, 2017)
33
2.1.1.17 Actividad coagulante de residuos vegetales
Hay estudios realizados por José Carrasquero, 2017 donde utilizan coagulantes de cáscara
de plátano y cáscara de papa para clarificar aguas superficiales turbias de 200 NTU, donde se
obtuvo una remoción de 99,5 y 99,6% respectivamente, con dosis de 50 y 25 mg/L, además se
logró un pH después del tratamiento dentro del rango establecido por la norma. (Carrasquero,
Montiel, & Faria, 2017)
Alvarado Ludyng, 2011 realizó estudios comparando mezclas de cáscaras de papa y
Al2(SO4)3, con la finalidad de evaluar la formulación más conveniente como coagulante en el
tratamiento de aguas potables, donde se obtuvo una dosis óptima del Al2(SO4)3 8 mg/L, en la
clarificación de una porción de agua del río 41 UPC de color, 2 UNT de turbiedad y 7,76 de
pH, los resultados indicaron que la mayor reducción de color se consiguió con el tratamiento 3:
2,5 g de cáscaras de papa (Alvarado, 2012).
2.1.1.18 Compuestos orgánicos de Musa paradisiaca y Manihot esculenta que inciden
en el proceso de coagulación para tratar el agua residual.
Celulosa
La celulosa es uno de los principales componentes de la pared celular de los vegetales por
lo tanto se encuentra presente en las cáscaras de plátano y yuca, uno de los componentes que
intervienen en el proceso de coagulación. Es un compuesto orgánico muy abundante en la tierra,
polímero natural, formada por moléculas de β-glucosa a través de enlaces glucosídicos.
Figura 10: Estructura química de la celulosa; β-glucosa; varias β-glucosa unidas.
(Gonzalez & Jorge Raisman, 2004)
34
Amilosa
El almidón forma parte del grupo de hidratos de carbono de los alimentos, presentes en los
tubérculos y cereales. Es denominado polímero de condensación, está formado por monómeros
de glucosa, las moléculas de almidón poseen tipos de polímeros de glucosa: amilosa y
amilopectina. La amilosa es un polímero lineal soluble en agua considerada como agente
efectivo en la clarificación de aguas (Aguilar, 2002).
Figura 11: Estructura química de la Amilosa
(Gonzalez & Jorge Raisman, 2004)
35
2.1.1.19 Test de jarras
Es una prueba de jarras que permite la eliminación o reducción de coloides en suspensión y
materia orgánica simulando el proceso de coagulación, floculación y sedimentación, en la cual
se utilizan variaciones de las dosis de coagulante o floculante en cada una de las jarras, que por
lo general son 6.
Este método es utilizado para determinar la dosificación óptima de coagulante y floculante
para tratar el agua. El equipo está formado por 6 paletas de agitación que mezclan el contenido
de los envases de volumen constante, a una velocidad de mezclado controlada para todos los
recipientes por un medidor de revoluciones en RPM (Navarro, 2015).
Figura 12: Equipo Test de jarras
(Cedeño & Sacoto, 2018)
36
2.2 MARCO CONCEPTUAL
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2108)
Figura 13: Diagrama de flujo del proceso de obtención y eficiencia de coagulantes de cáscara de plátano y
cáscara de yuca.
Cáscaras de plátano y de
yuca
Lavado
Trozado
Deshidratado
Molienda
Tamizado
Agua potable Impurezas
80ºC-24h
Polvo fino
Obtención del coagulante
Cáscaras de plátano
pulverizadas
Cáscaras de yuca
pulverizadas
Prueba de test de
Jarras
Obtención de la
muestraFuente de captación:
Industria Cafetera
Aplicación de Normas INEN 2169 Y 2176, para calidad del agua, manejo, técnica, muestreos y conservación de muestras.
Muestra 1: Análisis de la muestra inicial en laboratorio acreditado.
Muestra 2: Experimentacion en el test de jarras con los coagulantes.
Resultados
Pruebas de eficiencia de coagulantes
Parametros fisicos y
quimicos
*pH
*Color
*Turbidez
Conlusiones
Recomedaciones
37
2.3 MARCO CONTEXTUAL
2.3.1 Coagulantes utilizados en el Ecuador
Según estudios realizados de la Organización Mundial de la Salud, miles de niños mueren a
causa de la falta de higiene y el agua sucia, debido a las enfermedades que se transmiten a través
del agua esto se debe en algunos casos por los excrementos, microorganismos, metales entre
otros contaminantes.
Por eso en la actualidad se realizan tratamientos exhaustivos del agua ya sea en la
potabilización para el consumo o antes de ser vertidas al cuerpo hídrico. Con la finalidad de
cuidar las fuentes de aguas, los ecosistemas acuáticos y ofrecer un mejor futuro para la vida.
(Choque, Aydee, & Solano, 2018).
En el Ecuador se utilizan diferentes tipos de coagulantes ya sea en la potabilización o en el
tratamiento del agua residual, para ello estudian la correcta utilización determinando la dosis
optima de los coagulantes que garantice la calidad del agua y que este sea factible en cuestión
de dinero. (Choque, Aydee, & Solano, 2018).
2.3.2 Musa paradisiaca en el ecuador
Ecuador es un gran productor del plátano a escala mundial, pues en el año se cultivan
alrededor de 6 millones de toneladas de plátanos los cuales pertenecen al 10% de la producción
mundial debido a que la mayor parte es de exportación.
Ecuador ocupa el primer puesto en el mundo como exportador de plátano a diferencia de
otros países, ubicándose como el primer exportador de plátano para la Unión Europea (Paz &
Pesantez, 2013).
38
Figura 14 Plátano Verde
(Paz & Pesantez, 2013)
2.3.3 Manihot esculenta en el Ecuador
La Manihot esculenta en el Ecuador es un cultivo originario del país, durante siglo por los
indígenas en la Amazonía y algunas provincias del país.
Se emplea en fresco para la alimentación del consumo humano y animal, además de que
utiliza para el sector industrial y como producto de exportación.
En el Ecuador la yuca tiene mucho valor tradicional debido a que nuestros antepasados la
utilizaban para realizar diferentes preparaciones tales como harina, chicha entre otras (Muñoz,
Hinostroza, & Mendoza, 2017).
Figura 15. Raíz de la yuca
(Muñoz, Hinostroza, & Mendoza, 2017)
39
CAPÍTULO III
3.1 Metodología de la investigación
El trabajo de investigación teórico y experimental, realizado en el laboratorio de aguas de la
Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil. La experimentación consta de
varias etapas, teniendo como objetivo final determinar la eficiencia de los coagulantes
orgánicos a base de cáscaras de plátano y de yuca en el tratamiento de aguas residuales de
Industria cafetera mediante el test de jarras, en la cual se establecieron diferentes dosis, donde
se evaluó parámetros físicos y químicos como turbidez, color, pH, y su porcentaje de remoción,
para así definir la más óptima.
3.2 Materiales y equipos
Tabla 4: Materiales y equipos utilizados
TIPO ELEMENTO DESCRIPCIÓN
EQUIPOS
Estufa Tappan modelo TC 1050W
Test de jarras Modelo HACH 7790-400
120V 50-60 Hz
Colorímetro HACH 890
Turbidímetro HACH 2100P
pH metro OAKTON Waterproof
Balanza analítica CP224S
REACTIVOS
Hidróxido de sodio 1N
Ácido cítrico 1N
Hidróxido de calcio 1000 ppm
Sulfato de aluminio 1000 ppm
MATERIALES
Cáscaras de Plátano 100 gr
Cáscaras de Yuca 100 gr
Agua destilada 4 gal
Muestra a tratar- Agua residual
de café
5 canecas
40
Papel filtro 125 mm
Fundas herméticas 27*28 cm
Elaborado por: Cedeño & Sacoto, 2018
3.3 Diseño de la investigación
3.3.1 Acondicionamiento de la materia prima
Recolección de cáscaras
Selección
Lavado
Deshidratado
80ºC - 24 h
Triturado
Molienda
TamizadoPolvo fino 1-1.10 mm
Elaborado por: Cedeño & Sacoto, 2018
41
Detalle de las diferentes etapas:
• Recolección de cáscaras
Las cáscaras de yuca fueron adquiridas en un establecimiento de comida, la casa del
encebollado, mientras que las cáscaras de plátano fueron recolectadas en una Microempresa de
Chifle.
• Selección
La selección consistió en eliminar las cáscaras podridas, ennegrecidas o dañadas por diversas
causas.
• Lavado
Las cáscaras fueron lavadas con agua potable para eliminar cualquier tipo de contaminantes,
tierra y las impurezas adheridas a las mismas.
• Deshidratación y pulverización de las cáscaras
Se deshidrataron las cáscaras utilizando una estufa a una temperatura de 80°C durante 24
horas. Transcurrido las 24 horas se procedió a triturar, moler y tamizar las diferentes cáscaras
hasta obtener un tamaño de partículas entre 1-1.10 mm. Los productos o cáscaras ya
pulverizadas se almacenaron en fundas con cierre hermético para así evitar que ingrese
humedad y permanezcan en perfecto estado hasta que se prepare la solución.
42
3.3.2 Preparación de solución coagulante
Se preparó la solución madre a una concentración del 1% de las cáscaras pulverizadas con la
finalidad de determinar la concentración y dosis eficiente como coagulante, de la siguiente
manera:
• Se pesa 1 gr de las cáscaras previamente pulverizadas (plátano y yuca) cada uno por
separado.
• Se disuelve 1 gr de cáscaras pulverizadas en 1000 ml de agua destilada.
• Se agita hasta disolver totalmente las partículas utilizando una varilla de vidrio.
• Se deja reposar las soluciones en un intervalo de tiempo de 3 a 6 minutos.
• Finalmente se obtiene 2 soluciones: solución de cáscara de plátano, solución de cáscara
de yuca, ambas al 1% (Carrasquero, Montiel, & Faria, 2017).
• Se utiliza de manera inmediata para evitar que la solución se biodegrade y sufra una
oxidación.
3.3.3 Prueba de tratabilidad en el equipo Test de Jarras
Se realizaron las pruebas en el equipo Test de jarras modelo HACH 7790, se utilizaron 6
vasos de precipitado de 500 ml en los cuales se determinaron las dosis optimas de coagulante y
floculante.
Primero se adicionó 400 ml de agua residual de Industria cafetera en cada vaso de
precipitación, se colocaron bajo las paletas de agitación para proceder a encender el equipo y
programar la velocidad de agitación rápida de 100 RPM y tiempo 1 minuto, de inmediato se
adicionó las diferentes dosis de coagulante de cascara de plátano, luego de añadir el coagulante
se programó el equipo a una velocidad lenta de 40 RPM por 10 minutos y un tiempo de 15
minutos de sedimentación.
43
Se realizó un segundo test de jarras, pero esta vez de adicionó a todas las muestras el
coagulante de cáscara de yuca y una vez obtenido el mejor resultado con la dosis optima, se
estableció cuál de los dos coagulantes es el más eficiente.
Una vez obtenido el mejor coagulante se procedió a modificar el pH del agua residual y se
realizó el test de jarras con el agua a pH ácido y básico y de esta manera determinar que pH es
el más factible y se obtienen mejores resultados.
Se realizó otro test de jarras, en el cual se adicionó a todas las muestras el coagulante más
eficiente pero esta vez con un floculante químico Hidróxido de calcio y determinar si se
obtienen mejores resultados.
Se realizó un último test de jarras usando sulfato de aluminio para comparar su eficiencia
frente a los coagulantes orgánicos.
Adicionalmente se realizó una evaluación visual en base al Índice de Willcomb que se
muestra a continuación en la siguiente tabla:
Tabla 5: Índice de Willcomb
Número Descripción
0 No se visualiza la presencia de aglutinación.
2 Visible. Los flóculos son tan mínimos o diminutos que son casi imperceptibles a simple
vista.
4 Dispersos. Los flóculos están bien formados, pero precipita muy lentamente e inclusive
no precipitan
6 Claro. Los flóculos son de mayor tamaño pero aún sedimenta con lentitud.
8 Bueno. Los flóculos precipitan en poco tiempo y son grandes.
10 Excelentes. Los flóculos sedimentan con facilidad y el agua se torna más cristalina.
(Arboleda, 2000)
44
3.4 Toma de muestra
3.4.1 Localización de la toma de muestra
La muestra se tomó en la Industria Cafetera Solubles Instantáneos compañía anónima.
3.4.2 Normas aplicadas
En base a dos normas ecuatorianas se realizaron las tomas de muestras:
NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 169:98 “AGUA. CALIDAD DEL AGUA.
MUESTREO. MANEJO Y CONSERVSACIÓN DE MUESTRAS”.
NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 176:1998 “AGUA. CALIDAD DEL
AGUA. MUESTREO. TÉCNICAS DE MUESTREO”.
Se procedió a enjuagar las 5 canecas tres veces con el agua residual de café, luego se procedió
a llenar completamente las canecas para evitar que al taparlas ingrese aire, a su vez prevenir la
agitación durante la transportación y de esta manera no existan variaciones en los parámetros
como pH y color.
Posteriormente se rotularon las canecas con un marcador permanente especificando el
nombre de la muestra, fecha, hora y lugar donde fueron recolectadas.
Luego se procedió a trasladar las muestras al laboratorio de Ingeniería de Aguas y Medio
Ambiente de la Facultad de Ingeniería Química.
45
CAPÍTULO IV
4.1 Resultados
4.1.1 Selección de dosis óptima de coagulante de cáscara de plátano pulverizada.
Tabla 6: Resultado de la dosis óptima del coagulante de cáscara de plátano
AGUA CRUDA DOSIFICACIÓN mg/l OBSERVACIONES VISUALES AGUA SEDIMENTADA
Color: 2560 (Pt/Co)
Turbiedad: 103 NTU
MEZCLA RÁPIDA
Tiempo: 1min
Velocidad: 100 RPM
Gradiente de velocidad: 98 s-1
Volumen de vasos 500 ml Floculación
Tiempo de flocs 10 min
Velocidad: 40 rpm
Gradiente de velocidad:
26 s-1
Sedimentación Tiempo de sed :15
min
Jarra
No
pH Coagulante
Solución de
cáscaras de
plátano
Floculante Tiempo de
formación de
flocs
Índice de
Willcomb
pH Color
(Pt/Co)
Turbiedad
(NTU)
1 5.41 20 -- 2’30” 4 6.01 110 87
2 5.41 22 -- 1´35 4 6.05 100 72
3 5.41 24 -- 1’20” 6 6.08 82 64
4 5.41 26 -- 1´12” 6 6.01 50 53
5 5.41 28 -- 1´08” 8 6.09 37 57.9
6 5.41 30 -- 1´04” 10 6.11 16 49
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
El mejor resultado fue la muestra 6 tanto en lo referente a remoción de color y turbidez con una dosis coagulante de cáscara de plátano de 30 mg/l,
con un índice de willcomb de 10 y tiempo de formación de flocs de 1’04’’.
46
Tabla 7: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras usando la cáscara
de plátano pulverizada
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Figura 16: Gráfico de concentración de coagulante de cáscara de plátano y % de remoción
de color y turbidez.
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
15.5
30
37.8
48.543.7
52.4
95.7 96 96.7 98.04 98.1 99.3
20
22
24
26
28
30
32
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6
Co
nc
en
tra
ció
n d
e c
oa
gu
lan
te
% R
em
oc
ión
Muestras
Dosis óptima de coagulante
Turbiedad Color Coagulante
Muestra Turbiedad
(NTU)
Color
(Pt/Co)
% Remoción
de turbiedad
% Remoción
de color
1 87 110 15.5 95.7
2 72 100 30 96
3 64 82 37.8 96.7
4 53 50 48.5 98
5 57.9 37 43.7 98.1
6 49 16 52.4 99.3
47
4.1.1.1 pH después del tratamiento con coagulante de cáscara de plátano pulverizado
Tabla 8: Variación del pH antes y después del tratamiento con coagulante de cáscara de
plátano
MUESTRA pH muestra inicial pH muestra después de
dosificar coagulante
1 5.41 6.01
2 5.41 6.05
3 5.41 6.08
4 5.41 6.01
5 5.41 6.09
6 5.41 6.11
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Figura 17: Grafico de comparación de la variación de pH antes y después de añadir el
coagulante de cáscara de plátano.
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
5.41 5.41 5.41 5.41 5.41 5.41
6.01 6.056.08 6.01 6.09 6.11
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
1 2 3 4 5 6
pH antes y despues del tratamiento con el coagulante de
cáscara de plátano
pH inicial pH final Variacion de pH
11% 11.8% 12.3% 11.09% 12.5% 12.9%
48
4.1.2 Selección de dosis óptima de coagulante de cáscara de yuca pulverizada.
Tabla 9: Resultado de la dosis óptima del coagulante de cáscara de yuca
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
El mejor resultado fue la muestra 6 tanto en lo referente a remoción de color y turbidez con una dosis coagulante de cáscara de plátano de 30 mg/l, con un índice
de willcomb de 8 y un tiempo de formación de flocs de 2’48’’. Sin embargo, fue poco eficiente en comparación con la cascara de plátano.
AGUA CRUDA DOSIFICACIÓN mg/l OBSERVACIONES VISUALES AGUA SEDIMENTADA
Color: 2560 (Pt/Co)
Turbiedad: 103 NTU
MEZCLA RÁPIDA
Tiempo: 1min
Velocidad: 100 RPM
Gradiente de velocidad: 98 s-1
Volumen de vasos 500 ml Floculación
Tiempo de flocs 10 min
Velocidad 40 rpm
Gradiente de velocidad:
26 s-1
Sedimentación Tiempo de sed :15 min
Jarra
No
pH Coagulante
Solución de
cáscaras de yuca
Floculante Tiempo de
formación de
flocs
Índice de
Willcomb
pH Color
(Pt/Co)
Turbiedad
(NTU)
1 5.41 20 -- 4’05” 2 6.01 567 98
2 5.41 22 -- 4´02” 2 6.21 490 95
3 5.41 24 -- 3’55” 4 6 420 91
4 5.41 26 -- 3´30” 4 6.32 399 85
5 5.41 28 -- 3´00” 6 6.12 352 79
6 5.41 30 -- 2´48” 8 6.25 218 70
49
Tabla 10: Porcentaje de remoción de turbidez y color del test de jarras usando la cáscara
de yuca pulverizada.
Muestra Turbiedad
(NTU)
Color
(Pt/Co)
% Remoción de
turbiedad
% Remoción de
color
1 99 567 3.8 77.8
2 95 490 7.7 80.8
3 91 420 11.6 83.5
4 85 399 18 84.4
5 79 352 23.3 86.2
6 70 218 32 91.4
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Figura 18:Gráfico de concentración de coagulante cáscara de yuca y % de remoción de
color y turbidez.
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
3.87.7
11.6
1823.3
32
77.880.8
83.5 84.4 86.291.4
20
22
24
26
28
30
32
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6
Con
cen
traci
ón
de
coag
ula
nte
% R
emoci
ón
Muestras
Dosis óptima de coagulante
Turbiedad Color Coagulante
50
4.1.2.1 pH después del tratamiento con coagulante de cáscara de yuca pulverizada
Tabla 11: Variación del pH antes y después del tratamiento con coagulante de cáscara de
yuca
MUESTRA pH muestra inicial pH muestra después de
dosificar coagulante
1 5.41 6.01
2 5.41 6.21
3 5.41 6
4 5.41 6.32
5 5.41 6.12
6 5.41 6.25
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Figura 19: Grafico de comparación de la variación de pH antes y después de añadir el
coagulante de cáscara de yuca.
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
5.41 5.41 5.41 5.41 5.41 5.41
6.016.11
6
6.326.12
6.25
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
1 2 3 4 5 6
pH antes y despues del tratamiento con el coagulante de
cáscara de yuca
pH inicial pH final Variacion de pH
11% 14.7% 10.9% 16.8% 13.1% 15.5%
4.1.3 Dosis óptima de mejor coagulante (cáscara de plátano pulverizado) en el agua residual a un pH básico de 8.
Tabla 12: Resultado de la dosis óptima del coagulante de cáscara de plátano con el agua residual a un pH de 8
AGUA CRUDA DOSIFICACIÓN mg/l OBSERVACIONES VISUALES AGUA SEDIMENTADA
Color: 2560 (Pt/Co)
Turbiedad: 103 NTU
MEZCLA RÁPIDA
Tiempo: 1min
Velocidad: 100 RPM
Gradiente de velocidad: 98 s-1
Volumen de vasos 500 ml Floculación
Tiempo de flocs 10 min
Velocidad 40 rpm
Gradiente de velocidad:
26 s-1
Sedimentación
Tiempo de sed :15
min
Jarra
No
pH Coagulante
Solución de
cáscaras de plátano
Floculante Tiempo de
formación de
flocs
Índice de
Willcomb
pH Color
(Pt/Co)
Turbiedad
(NTU)
1 8 20 -- 2’50” 4 8.12 180 102
2 8 22 -- 1´59” 4 8.09 162 100
3 8 24 -- 1’40” 6 8.11 121 97
4 8 26 -- 1´35” 6 8.13 84 83
5 8 28 -- 1´20” 8 8.04 78 72
6 8 30 -- 1´12” 10 8.07 48 60
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
El mejor resultado fue la muestra 6 tanto en lo referente a remoción de color y turbidez con una dosis coagulante de cáscara de plátano de 30
mg/l, con un índice de willcomb de 10 y un tiempo de formación de flocs de 1’12’’.
Tabla 13: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras usando la cáscara
de plátano en el agua residual con un pH de 8.
Muestra Turbiedad
(NTU)
Color
(Pt/Co)
% Remoción de
turbiedad
% Remoción de
color
1 102 180 0.9 92.9
2 100 162 2.9 93.6
3 97 121 5.8 95.2
4 83 84 19.4 96.7
5 72 78 30.0 96.9
6 60 48 42 98
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Figura 20: Gráfico de concentración de coagulante y % de remoción de color y turbidez
en agua residual con pH de 8.
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
0.9 2.95.8
19.4
30
41.7
92.9 93.6 95.2 96.7 96.9 98
20
22
24
26
28
30
32
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6
Co
nc
en
tra
ció
n d
e c
oa
gu
lan
te
% R
em
oc
ión
Muestras
Dosis óptima de coagulante
Turbiedad Color Coagulante
4.1.4 Dosis óptima de mejor coagulante (cáscara de plátano pulverizado) en el agua residual con un pH ácido de 4.1
Tabla 14: Resultado de la dosis óptima del coagulante de cáscara de plátano con el agua residual a un pH de 4.1
AGUA CRUDA DOSIFICACIÓN mg/l OBSERVACIONES VISUALES AGUA SEDIMENTADA
Color: 2560 (Pt/Co)
Turbiedad: 103 NTU
MEZCLA RÁPIDA
Tiempo: 1min
Velocidad: 100 RPM
Gradiente de velocidad: 98 s-1
Volumen de vasos 500 ml Floculación
Tiempo de flocs 10 min
Velocidad 40 rpm
Gradiente de velocidad:
26 s-1
Sedimentación
Tiempo de sed :15 min
Jarra
No
pH Coagulante
Solución de
cáscaras de
plátano
Floculante Tiempo de
formación de
flocs
Índice de
Willcomb
pH Color
(Pt/Co)
Turbiedad (NTU)
1 4.1 20 -- 2’01” 4 5.14 106 96
2 4.1 22 -- 1´30” 6 5.21 91 85
3 4.1 24 -- 1’18” 6 5.19 67 54
4 4.1 26 -- 1´11” 6 5.25 38 46
5 4.1 28 -- 1´03” 10 5.34 15 28
6 4.1 30 -- 1´07” 8 5.31 27 34
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
El mejor resultado fue la muestra 5 tanto en lo referente a remoción de color y turbidez con una dosis coagulante de cáscara de plátano de 28
mg/l, con un índice de willcomb de 10 y un tiempo de formación de flocs de 1’03’’. Se determinó que un medio ácido acelera la función del
coagulante.
Tabla 15: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras usando la cáscara
de plátano en el agua residual con un pH de 4.1
Muestra Turbiedad
(NTU)
Color
(Pt/Co)
% Remoción
de turbiedad
% Remoción
de color
1 96 106 6.7 95.8
2 85 91 17.4 96.4
3 54 67 48 98.1
4 46 38 55.3 98.5
5 28 15 73 99.4
6 34 27 67 98.9
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Figura 21: Gráfico de concentración de coagulante y % de remoción de color y turbidez
en agua residual con pH de 4.1
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
6.7
17.4
48
55.3
72.8
67
95.8 96.4 98.1 98.5 99.4 98.9
20
22
24
26
28
30
32
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6
Co
nc
en
tra
ció
n d
e c
oa
gu
lan
te
% R
em
oc
ión
Muestras
Dosis óptima de coagulante
Turbiedad Color Coagulante
4.1.5 Selección de dosis óptima de floculante Ca(OH)2 en combinación con la solución coagulante de cáscara de plátano pulverizado
a la misma dosis.
Tabla 16: Resultado de la dosis óptima del floculante Ca(OH)2 en combinación con la solución coagulante de cáscara de plátano a la
misma dosis
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Este test de jarras se realizó conservando en todas las muestras la misma dosificación óptima de coagulante (30 mg/l) y variando la dosis de
floculante de Ca(OH)2. El mejor resultado fue la muestra 5 tanto en lo referente a remoción de color y turbidez, con un índice de willcomb
de 10 y un tiempo de formación de flocs de 1’05’’.
AGUA CRUDA DOSIFICACIÓN mg/l OBSERVACIONES VISUALES AGUA SEDIMENTADA
Color: 2560 (Pt/Co)
Turbiedad: 103
NTU
MEZCLA RÁPIDA
Tiempo: 1min
Velocidad: 100 RPM
Gradiente de velocidad: 98 s-1
Volumen de vasos 500 ml Floculación
Tiempo de flocs 10
min
Velocidad 40 rpm
Gradiente de
velocidad: 26 s-1
Sedimentación Tiempo de sed :15
min
Jarra
No
pH Coagulante Solución
de cáscaras de
plátano
Floculante Tiempo de
formación de flocs
Índice de
Willcomb
pH Color
(Pt/Co)
Turbiedad
(NTU)
1 5.41 30 0.25 1’52” 4 6.51 106 93
2 5.41 30 0.50 1´46” 4 6.65 83 81
3 5.41 30 0.75 1’38” 6 6.70 67 49
4 5.41 30 1 1´25” 8 6.79 17 38
5 5.41 30 1.25 1´05” 10 6.87 12 14
6 5.41 30 1.5 1´13” 8 7.24 29 41
Tabla 17: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras de floculante en
combinación con la solución coagulante de cáscara de plátano
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Figura 22: Gráfico de concentración de floculante en combinación con la solución
coagulante de cáscara de plátano y % de remoción de color y turbidez.
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
9.7
21.3
52.4
65
86.4
60.1
95.8 96.7 97.3 99.3 99.5 98.8
20
22
24
26
28
30
32
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6
Co
nc
en
tra
ció
n d
e c
oa
gu
lan
te
% R
em
oc
ión
Muestras
Dosis óptima de floculante
Turbiedad Color Coagulante
Muestra Turbiedad
(NTU)
Color
(Pt/Co)
% Remoción de
turbiedad
% Remoción de
color
1 93 106 9.7 95.8
2 81 83 21.3 96.7
3 49 67 52.4 97.3
4 38 17 65 99.3
5 14 12 86.4 99.5
6 41 29 60.1 98.8
4.1.6 Resultados utilizando sulfato de aluminio a las mismas dosis
Tabla 18: Resultado con coagulante de sulfato de aluminio a las mismas dosis
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Este test de jarras se realizó aplicando dosis de coagulante de sulfato de aluminio, donde los resultaron evidenciaron una baja remoción de
color y turbidez en comparación con el coagulante de cáscara de plátano.
AGUA CRUDA DOSIFICACIÓN mg/l OBSERVACIONES VISUALES AGUA SEDIMENTADA
Color: 2560 (Pt/Co)
Turbiedad: 103
NTU
MEZCLA RÁPIDA
Tiempo: 1min
Velocidad: 100 RPM
Gradiente de velocidad: 98 s-1
Volumen de vasos 500 ml
Floculación
Tiempo de flocs
10 min
Velocidad 40
rpm
Gradiente de
velocidad: 26 s-1
Sedimentación
Tiempo de sed
:15 min
Jarra
No
pH Coagulante Sulfato
de aluminio
Floculante Tiempo de
formación de flocs
Índice de
Willcomb
pH Color
(Pt/Co)
Turbiedad
(NTU)
1 5.41 20 - 2’49” 4 5 550 101
2 5.41 22 _ 2´35” 4 5.1 550 99
3 5.41 24 _ 2’21” 6 4.9 550 91
4 5.41 26 - 2´15” 6 4.7 550 87
5 5.41 28 _ 2´01” 8 4.5 550 84
6 5.41 30 _ 2´11” 6 4.4 550 86
Tabla 19: Porcentaje de remoción de color y turbidez del test de jarras usando sulfato
de aluminio.
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Figura 23: Gráfico de concentración de coagulante de sulfato de aluminio y % de
remoción turbidez.
Elaboración: (Cedeño & Sacoto, 2018)
1.9 3.8
11.615.5
18.4 16.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6
% R
em
oc
ión
Muestras
Dosis óptima de coagulante
Turbiedad
Muestra Turbiedad
(NTU)
Color
(Pt/Co)
% Remoción
de turbiedad
1 101 550 1.9
2 99 550 3.8
3 91 550 11.6
4 87 550 15.5
5 84 550 18.4
6 86 550 16.5
59
4.2 Análisis de Resultados
Según la tabla 6 la dosis optima en la remoción de color y turbidez del coagulante de cascara
de plátano fue de 30 mg/l y se obtuvo un índice de Willcomb de 10 y un tiempo de formación
de flocs de 1 minuto con 2 segundos.
En la tabla 7 se visualiza que al utilizar el coagulante de cascara de plátano se obtuvieron
valores finales de 16 Pt/Co de color y 49 NTU de turbiedad.
En la tabla 8 se observa los valores finales de pH, donde se obtuvo valores que van de 6.01
a 6.11 los cuales se encuentran dentro del límite permisible (6 a 9) establecido en la tabla 9 de
descarga al alcantarillado del TULSMA.
En la tabla 9 se muestra que con la dosis de 30 mg/L del coagulante de cáscara de yuca se
obtuvo una menor remoción de color y turbiedad en comparación con la cascara de plátano, se
obtuvo un tiempo de formación de flocs de 2 minutos 48 segundos y un índice de Willcomb de
8.
En la tabla 10 se visualiza que al utilizar el coagulante de cáscara de yuca se obtuvieron
valores finales de 218 Pt/Co de color y 70 NTU de turbiedad.
En la tabla 11 se observa los valores finales de pH, donde se obtuvo valores que van de 6.0
a 6.32 los cuales se encuentran dentro del límite admisible.
En la tabla 12 se muestra que con la dosis óptima del coagulante de cáscara de plátano con
el agua residual a un pH de 8 se obtuvo una menor remoción de color y turbiedad, con un tiempo
de formación de flocs de 1 minuto 12 segundos y un índice de Willcomb de 10.
60
En la tabla 13 se visualiza que al realizar el tratamiento con un pH modificado de 8 con el
mejor coagulante (cascara de plátano) se obtuvieron valores finales de 48 Pt/Co de color y 60
NTU de turbiedad.
En la tabla 14 se muestra que con la dosis óptima del coagulante de cáscara de plátano que
fue de 28 mg/L con a un pH ácido de 4.1 en el agua residual, se obtuvo una remoción de color
y turbiedad con un tiempo de formación de flocs de 1 minuto 20 segundos y un índice de
Willcomb de 10.
En la tabla 15 se visualiza que al realizar el tratamiento con un pH ácido de 4.1 se obtuvieron
valores finales de 15 Pt/Co de color y 28 NTU de turbiedad.
En la tabla 16 se muestra que la mejor dosis de floculante Ca(OH)2 fue de 1.25 mg/L, se
obtuvo mejor eficiencia en remoción de color y turbidez con un tiempo de formación de flocs
de 1 minuto 5 segundos y un índice de Willcomb de 10.
En la tabla 17 se visualiza que con la dosis escrita anteriormente se obtuvieron valores finales
de 12 Pt/Co de color y 14 NTU de turbiedad.
En la tabla 18 se muestra que, al usar el sulfato de aluminio con las mismas dosis, se
obtuvieron resultados de color 550 Pt/Co y de turbiedad 84 NTU.
Los resultados obtenidos en la presente investigación, se debe a que la solución de cáscaras de
plátano contiene un alto porcentaje de polímero natural (almidón), que desestabiliza los
coloides a través de puentes de floculación, ya que los segmentos de las cadenas de polímeros
se adhieren a las partículas coloidales, juntándolas, incrementando su peso molecular y por
último sedimentando.
61
CAPÍTULO V
5.1 Conclusiones
Se logró acondicionar la materia prima realizando una deshidratación, trozado, molienda y
tamizado, obteniendo una granulometría de 1.10 mm para preparar la solución en 1000 ppm.
Los parámetros iniciales de la muestra del agua residual procedente de industria cafetera se
obtuvieron los siguientes resultados: pH de 5.41, 103 NTU de turbidez y 2560 Pt/Co de color,
128 mg/l de solidos suspendidos.
Se determinaron las dosis optimas de 30 mg/L en ambas cascaras sin embargo se obtuvo
mejores resultados y mayor remoción con la cáscara de plátano.
El mejor coagulante resultó ser la cáscara de plátano ya que presentó un mayor porcentaje
de remoción de turbidez y color, removiendo el 52.4% y 99.3% respectivamente, con un pH
final de 6.11, valores dentro del límite permisible de la normativa ambiental de descarga al
alcantarillado y con la cáscara de yuca se obtuvo una remoción de 32% de turbidez, 86% de
color y un pH de 6.32.
Se determinó que el pH es un parámetro influyente en el proceso de coagulación y
floculación debido a que un medio ácido acelera su función y la remoción aumenta con los
coagulantes orgánicos utilizados.
Se concretó que usando un floculante el nivel de efectividad es mayor, debido a que en este
caso al usar Ca(OH)2 se presentaron remociones de color y turbiedad 86.4% y 99.5%
respectivamente.
Se utilizaron las mismas concentraciones con el coagulante a base de cáscara de plátano y el
Al2(SO4)3, con el cual se logró una remoción de color y turbiedad del 78.5% y 18.4%
62
respectivamente, con un pH de 4.5 por lo tanto se concluye que al usar Al2(SO4)3 se debe de
ajustar el pH mientras que utilizando las cáscaras no es necesario porque se obtiene un pH
óptimo para la descarga del agua.
Se comprobó que los coagulantes orgánicos de cascaras de Musa paradisiaca (plátano) son
eficientes para tratar aguas residuales por lo tanto pueden reemplazar a los coagulantes
convencionales.
Se está utilizando una materia prima de desecho y dándole un uso práctico para tratar
efluentes industriales, lo cual disminuye costos e impactos ambientales que por lo general
provocan las aguas industriales.
63
5.2 Recomendaciones
• Realizar el tratamiento en efluentes de ríos y determinar su eficiencia.
• Aplicar coagulantes a base de cáscaras de plátano y yuca en diferentes aguas residuales
de industrias; camaroneras, lácteas entre otras.
• Desarrollar tratamientos a nivel industrial con la aplicación de los coagulantes naturales
de cáscara de plátano y yuca para evaluar su comportamiento.
• Elaborar combinaciones con otros coagulantes naturales.
5.3 Bibliografía
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67
ANEXOS
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Gráfica 1. Acondicionamiento de cáscaras de plátano.
68
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Gráfica 2. Acondicionamiento de cáscaras de yuca.
69
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Gráfica 3. Preparación de solución coagulante de cáscaras de plátano.
Gráfica 4. Preparación de solución coagulante de cáscara de yuca.
70
Gráfica 5. Colorímetro HACH 890
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Gráfica 6. Turbidímetro HACH 2100P
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
71
Gráfica 7. Formación de floc al añadir coagulante
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Gráfica 8. Agua residual antes y después del tratamiento con el coagulante de cáscara de
plátano.
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
72
Gráfica 9. Agua residual antes y después del tratamiento con el coagulante de cáscara de
yuca.
Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)
Gráfica 10. Gradiente de velocidad
(Arboleda, 2000)
73
ANEXO REPORTES DE ANÁLISIS
Ilustración 1. Análisis físico químico de la muestra inicial
Fuente: (Laboratorio de Aguas acreditado de la Facultad de Ingeniería Química, 2018)
74
Ilustración 2. Análisis físico químico del agua residual tratada.
Fuente: (Laboratorio de Aguas acreditado de la Facultad de Ingeniería Química, 2018)
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