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ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA BIOABSORCIÓN DEL PLOMO DE AGUAS CONTAMINADAS MEDIANTE TRATAMIENTOS BIOLÓGICOSTRANSCRIPT
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALFACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS Y AMBIENTALES
Tema:
ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA BIOABSORCIÓN DEL PLOMO DE AGUAS CONTAMINADAS MEDIANTE
TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS..
Guayaquil – Ecuador2015
El siguiente trabajo tiene como fin realizar un
estudio experimental de la bioabsorción de un
metal pesado, en este caso el plomo, mediante
el empleo de bacterias, con el fin de obtener
una remoción de este metal en las aguas
contaminadas hasta llegar a los niveles que
exige la norma ambiental ecuatoriana.
El sector automotor tiene una participación importante
en la economía del país debido a los ingresos que genera
en todas las actividades económicas directas e
indirectas que involucra
A escala nacional, de acuerdo a la información del Censo
Nacional Económico 2010, existen 29.068
establecimientos económicos dedicados a actividades de
comercio automotriz, de los cuales el 70% corresponden
a establecimientos que realizan mantenimiento y
reparación de vehículos automotores, mientras que el
30% restante se dedica a la venta de partes, piezas y
accesorios de vehículos automotores, la venta de
automóviles en el país, durante 2012 sumó alrededor de
121.803 unidades.
A nivel nacional se genera una demanda promedio de
alrededor de 39.800 baterías mensuales, de las cuales el
82% se encuentra cubierto por marcas nacionales y el 18%
por marcas extranjeras.
Aproximadamente el 75% del plomo puesto en los
mercados se destina a la fabricación de baterías, siendo la
principal fuente de residuos de este metal.
Año
(1)Total
baterías nacional
(2)Total baterías
importada
(3)=(1)+(2)Mercado de
baterías
(4)Demanda
baterías de la Empresa
2001 31.922 7.191 39.274 18.9572002 32.788 7.048 39.996 18.8142003 32.906 7.163 40.229 19.574
Promedio 32.539 7.134 39.833 19.115
Fuente: Proecuador
TABLA 1. MERCADO DE BATERÍAS
De acuerdo a la normativa ambiental vigente las baterías
plomo-ácido deben ser gestionadas únicamente a través de
gestores calificados que cuenten con la licencia ambiental
otorgada por la Autoridad Ambiental correspondiente.
Hoy en día parte de los acumuladores usados son acopiados
por las fábricas elaboradoras de baterías, las mismas que
se han enfocado en la recuperación de este metal y del
ácido.
Determinar las condiciones óptimas del tratamiento de las aguas residuales generadas en el proceso de reciclado de acumuladores de plomo-ácido de una planta de fabricación de baterías, mediante la bioacumulación del plomo a través de bacterias tipo Pseudomonas y Bacillus.
Analizar la cinética de remoción de este metal en la muestra tratada con las condiciones del tratamiento.
Elaborar un análisis comparativo de los parámetros físico-químicos de las muestras tratadas.
Evaluar la remoción del plomo con respecto a la cantidad de biomasa (bacterias) utilizada.
Obtener la menor cantidad de lodos mediante la elección y dosificación óptima del agente neutralizador.
El plomo
Entre sus aplicaciones para elaborar contenedores para
líquidos corrosivos, baterías de plomo, protección de cables,
soldador de metales y en balas.
Baterías ácido-plomo y funcionamiento
La batería que se encuentra en los automóviles es de 12V y
contiene seis celdas voltaicas, cada una generando 2V. El
ánodo es plomo metálico, mientras que el cátodo también
está hecho de plomo, pero está cubierto por una capa de
dióxido de plomo (PbO2) Ambos electrodos se encuentran
sumergidos en una solución de ácido sulfúrico al 32%,
separados por una hoja de fibra de vidrio. Reacciones en la batería ácido-plomo
Reciclado de las baterías
Fuente: revista tope
Fuente: Estudio para conocer los potenciales impactos
ambientales y vulnerabilidad relacionada con las
sustancias químicas y tratamiento de desechos
peligrosos en el sector productivo del ecuador.
Este proceso presenta problemas ambientales caracterizados por:
Generación de grandes cantidades de escorias extremadamente tóxicas por alto contenido de plomo.
Contaminación atmosférica por la emisión de material particulado al aire.
Falta de espacio en los almacenes temporales para depositar o almacenar los residuos peligrosos generados.
Incumplimiento de las normas ambientales de descargas de aguas residuales industriales al alcantarillado público debido la acumulación de electrolito y plomo presente en ellas.
Generación de niveles de ruido muy altos.
Pseudomonas aeruginosa es una bacteria gran negativa, su
forma es alargada, y su tamaño varía de 0.5 a 1.0 µm. Esta
bacteria es conocida por ser muy versátil ya que puede
resistir en varios tipos de ambientes y catabolizar una gran
variedad de compuestos orgánicos.
Esta especie se caracteriza por ser ampliamente usada en
el campo de protección ambiental.
Este género está formado por microorganismos bacilares Gram
positivos, formadores de endosporas, quimiheterotrofos que
normalmente son móviles y rodeados de flagelos períticos. Son
anaerobios o aerobios facultativos y son catalasa positivos. Las
células bacterianas de este género tienen un amplio tamaño que
varía 0,5 a 2,5 µm x 1,2-10 µm.
Esta estrategia depende de la actividad metabólica de los microorganismos
capaces de utilizar los contaminantes como fuente de alimento y energía o
bien producir compuestos para acomplejar y secuestrar algunos metales.
Algunas de las técnicas incluidas en esta categoría son el bioventeo,
biopilas, biorreactores, tratamiento cometabólico, composteo,
fertilización, bioaumentación, por mencionar algunas.
Mecanismos de biosorción: Adsorción física Intercambio iónico Complejación Microprecipitación
La muestra preparada sintéticamente simulando el proceso de
reciclado de las baterías usadas tiene una concentración de 2.9030
mg/L de plomo disuelto, resultado obtenido a través del método de
plasma acoplado inductivamente (ICP) realizado en el laboratorio
Grupo Químico Marcos de la ciudad de Guayaquil.
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
El tratamiento se diseñó usando dos dosis de cada tipo de
bacterias: 0.3 gramos y 0.8 gramos para lo cual se depositó la
muestra preparada en 6 jarras de 2 litros utilizadas para la
prueba, la cantidad de nutriente que se utilizó 0.1 gramos y 0.5
gramos.
pH: 6
Temperatura: 35°C
Tiempo: 1 hora con aireación a 35°C sin dosificación de agua
contaminada.
1 hora, cada 15 minutos se adicionó 10 ml del agua a
tratar.
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
A las muestras 5 y 6 no se les realizó el conteo de bacterias ya
que estas muestras fueron tratadas como una prueba inicial en
donde solo se evaluó el plomo residual del tratamiento y la
elección del reactivo neutralizador adecuado.
Hidróxido de sodio 3N y cal apagada
En el caso de la neutralización con cal apagada se va a obtener
como parte de los productos la formación de sulfato de calcio y
en el caso del hidróxido de sodio se obtendrá sulfato de sodio
en solución.
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Adición de CaOH
Adición de NaOH
Ca (OH)2 + H2SO4 CaSO4 + 2H2O
2 NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Figura: Lodos generados de la neutralización con cal
apagada
Figura: Lodos generados de la neutralización con
hidróxido de sodio
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Figura: Altura de lodos de la neutralización con cal apagada con 20 g de
acetato de amonio.
Figura: Altura de lodos de la neutralización con cal apagada con 10 g de
acetato de amonio
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Sin agitación
Pseudomonas (0.3 gramos).
0246810
0 10 20 30 40
Horas
pH
Tiempo(horas)
Conductividad eléctrica (mS/cm)
pHPlomo(ppm)
0 3.32 6.45 0.29329 3.05 8.4 0.1231
24 3.12 8.42 0.274336 2.99 8.48 0.2348
Tabla 12. Resultado de la muestra 6
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Sin agitación
Pseudomonas (0.3 gramos) con 10 gramos
de acetato de amonio
Tiempo(horas)
Conductividad eléctrica (mS/cm)
pHPlomo(ppm)
0 3.42 7.05 1.32849 3.03 8.43 0.1923
24 3.15 8.37 0.172436 3.07 8.4 0.1479
Tabla 13. Resultado de la muestra 5
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Sin agitaciónPseudomonas y Bacillus (0.3 gramos) con 20 gramos de acetato de amonio
Tabla 14. Resultado de la muestra 3
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Tiempo(horas)
Conductividad eléctrica (mS/cm)
pHPlomo(ppm)
0 3.44 6.15 1.98769 3.02 7.42 0.03
24 3.21 7.73 0.005536 3.04 8.92 0.0052
Sin agitaciónPseudomonas (0.3 gramos) con 20 gramos de acetato de amonio
Tiempo(horas)
Conductividad eléctrica (mS/cm)
pHPlomo(ppm)
0 3.43 6.53 2.04719 3.18 8.31 0.035
24 3.29 8.35 0.030636 3.15 8.06 0.0038
Tabla 15. Resultado de la muestra 1
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Con agitaciónPseudomonas y Bacillus (0.8 gramos) con 20 gramos de acetato de amonio
Tiempo(horas)
Conductividad eléctrica (mS/cm)
pHPlomo(ppm)
0 3.46 6.14 2.01089 2.98 7.09 0.6746
24 3.09 7.36 0.011436 3.08 7.19 0.0032
Tabla 16. Resultado de la muestra 4
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Con agitaciónMuestra 2: Pseudomonas (0.8 gramos) con 20 gramos de acetato de amonio.
Tiempo(horas)
Conductividad eléctrica (mS/cm)
pHPlomo(ppm)
0 3.24 5.62 2.12549 3.18 8.35 0.116
24 3.23 8.4 0.003636 2.46 8.5 0.0032
Tabla 17. Resultado de la muestra 2
Fuente: Rafael Morán, Ludy Rivas
Sin agitación Pseudomonas (0.3 gramos) con 20 gramos de acetato
de amonio
Con agitación Pseudomonas (0.8 gramos) con 20 gramos de acetato de
amonio.
Sin agitación Muestra 3: Pseudomonas y Bacillus (0.3 gramos) con
20 gramos de acetato de amonio
Con agitación Pseudomonas y Bacillus (0.8 gramos) con 20 gramos de
acetato de amonio
En este estudio se ha probado que los sistemas biológicos son efectivos para el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados. El resultado total del esquema del tratamiento en estudio dio como resultado en el mejor de los casos cerca del 0.003 ppm de plomo el cual representaría cerca del 99.8% de remoción del metal en este tipo de agua.
Se pudo obtener una muestra sintética que simula el agua producto del proceso de drenaje de ácido y desarme de las baterías durante su reciclado, estas descargas están cerca de los 3 ppm de plomo por lo que la muestra preparada se ajustó a esos valores para poder tener un acercamiento a la muestra de referencia.
Durante el tratamiento se puede verificar que en la mayoría de las pruebas son sólo necesarios aproximadamente 12 horas de tratamiento para llegar a valores que estén por debajo de los límites permisibles en la legislación nacional.
En el conteo bacteriano hay una considerable disminución de número de bacterias, dicho resultado se debe a la acción de las bacterias de bioabsorción del plomo; se ve reflejado después una adaptación y hasta desarrollo de las bacterias debido a que las bacterias han asimilado la sobrevivencia a este contaminante.
En todas las pruebas realizadas se llegó a valores inferiores a los máximos permitidos por el TULAS en un tiempo de tratamiento de 9 horas por lo tanto en un sistema de tratamiento de aproximadamente 12 horas es suficiente para lograr lo resultados esperados.
Se seleccionó como agente neutralizante la cal apagada
debido a que con ella se obtuvo lodos menos densos debido
a la mayor presencia de sulfato de calcio, a diferencia a los
lodos generados por el hidróxido de sodio que eran en
menor volumen, estos eran mucho más denso por la
presencia de sulfato de plomo, y por lo tanto más tóxicos.
Al tener una mayor dosificación de biomasa, se produce
una menor concentración de biomasa después de
ambientación, esto se debe a que ellas necesitaba mayor
tiempo para lograr una buena adaptación al medio, por lo
tanto habrán mayor número de muerte microbiana.
Evaluar la efectividad del tratamiento a escala piloto con el fin de obtener información sobre este proceso, que permita determinar si esta técnica es económicamente viable; así como establecer los parámetros de operación óptimos para el posterior diseño y construcción de la planta a escala industrial.
La aclimatización de las bacterias es un proceso muy importante que afecta considerablemente la efectividad del tratamiento, por ello se debe tener en cuenta cuáles son los parámetros a los que se desea levantar el sistema de tratamiento ya que estas bacterias se pueden adaptar al medio de tratamiento, pero se debe asegurar que no ocurra una muerte prematura de ellas, lo que puede afectar a la efectividad que ellas pueden alcanzar para remover el plomo.
Ya que este sistema de tratamiento generó lodos tóxicos en el proceso de neutralización se recomienda para futuras investigaciones realizar un tratamiento para su disposición final.
A pesar de que se cumplió el objetivo de remover el plomo usando bacterias Pseudomonas aeruginosa y Bacillus subtilis se puede reforzar este estudio haciendo la medición del oxígeno disuelto (OD) de la muestra a lo largo del tratamiento para obtener los valores óptimos de OD para un buen desarrollo de las bacterias.
Se recomienda hacer variaciones de pH en la muestra a tratar con bacterias para obtener la relación óptima entre: el pH de la muestra, la generación de lodos y la remoción del plomo disuelto; ya que a menor valor de pH se generan menos lodos residuales.
Debido a la alta toxicidad de este elemento contaminante es necesario dejar limpio el lugar de trabajo en donde se realizó la manipulación y el tratamiento de estas aguas.
Es importante el uso de los materiales de protección necesarios para evitar una intoxicación de este metal o una contaminación, también con el uso de los EPPs se evitan posibles riesgos de quemaduras ya que se está manipulando material corrosivo como el ácido sulfúrico.
