universidad de guayaquil facultad de ingenierÍa...

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]

[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




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




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







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







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


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


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


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


36

2.2 MARCO CONCEPTUAL


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


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


Figura 16: Gráfico de concentración de coagulante de cáscara de plátano y % de remoción

de color y turbidez.


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


Figura 17: Grafico de comparación de la variación de pH antes y después de añadir el

coagulante de cáscara de plátano.


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


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.


Color: 2560 (Pt/Co)

Turbiedad: 103 NTU

MEZCLA RÁPIDA

Tiempo: 1min

Velocidad: 100 RPM




Velocidad 40 rpm


26 s-1

Sedimentación Tiempo de sed :15 min

Jarra

No

pH Coagulante

Solución de

cáscaras de yuca


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


Figura 18:Gráfico de concentración de coagulante cáscara de yuca y % de remoción de

color y turbidez.


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



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


Figura 19: Grafico de comparación de la variación de pH antes y después de añadir el

coagulante de cáscara de yuca.


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


Color: 2560 (Pt/Co)

Turbiedad: 103 NTU

MEZCLA RÁPIDA

Tiempo: 1min

Velocidad: 100 RPM




Velocidad 40 rpm


26 s-1

Sedimentación

Tiempo de sed :15

min

Jarra

No

pH Coagulante

Solución de

cáscaras de plátano


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


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’’.


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


Figura 20: Gráfico de concentración de coagulante y % de remoción de color y turbidez

en agua residual con pH de 8.


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



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


Color: 2560 (Pt/Co)

Turbiedad: 103 NTU

MEZCLA RÁPIDA

Tiempo: 1min

Velocidad: 100 RPM




Velocidad 40 rpm


26 s-1

Sedimentación

Tiempo de sed :15 min

Jarra

No

pH Coagulante

Solución de

cáscaras de

plátano


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


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.


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


Figura 21: Gráfico de concentración de coagulante y % de remoción de color y turbidez

en agua residual con pH de 4.1


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



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


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’’.


Color: 2560 (Pt/Co)

Turbiedad: 103

NTU

MEZCLA RÁPIDA

Tiempo: 1min

Velocidad: 100 RPM



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


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


Figura 22: Gráfico de concentración de floculante en combinación con la solución

coagulante de cáscara de plátano y % de remoción de color y turbidez.


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


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


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.


Color: 2560 (Pt/Co)

Turbiedad: 103

NTU

MEZCLA RÁPIDA

Tiempo: 1min

Velocidad: 100 RPM


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


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.


Figura 23: Gráfico de concentración de coagulante de sulfato de aluminio y % de

remoción turbidez.


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


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


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


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

Aguilar, M. (2002). Tratamiento fisico quimico de aguas residuales coagulación-floculación.

Murcia, España.

Alvarado, L. (2012). Uso de las cáscaras de papa como coagulante natural en el tratamiento de

aguas potables de la planta La Diana. Revista Especializada en Ingeniería de Procesos

en Alimentos y Biomateriales, 115.

Andia, Y. (2000). Tratamiento de agua coagulación y floculación. Evaluación de Platas y

Desarrollo Tecnológico, 5-15.

Aquilar, sáez, J., LLoréns, M., & Sole, A. (2014). Tratamiento Físico-Químico de aguas

residuales Coagulación Floculación. Barcelona : Universidad de Murcia .

Arboleda, J. (2000). Teoría y práctica de la purificación del agua. Colombia.

Blanco, V. (2013). Determinacion microbiologica, ph, acidez y grados brix en bebidas

carbonatadas de maquinas dispensadoras en los food court de metrocentro, san

salvador. Universidad de El Salvador, El Salvador.

Bravo, M. (2017). Coagulantes y floculantes naturales usados en la reducción de turbidez,

sólidos suspendidos, colorantes y metales pesados en aguas residualeS. Universidad

distrital Francisco José de Caldas, Bogota.

Características de las aguas residuales. (2017). Escuela de ciencias agricolas, pecuarias y del

medio ambiente.

Carrasquero, J., & Ferrer, S. (2017). Efectividad de coagulantes obtenidos de residuos de papa

y plátano en la clarificación de aguas. Facultad de Ciencias Básicas, 90-99.

65

Carrasquero, J., Montiel, S., & Faria, D. (2017). Efictividad de coagulantes obtenidos de

residuos de papa Sonalum Tuberosum y platano Musa paradisiaca en la clarificacion de

aguas. Facultad de ciencias básicas, 2-3.

Carvajal, M. (2017). Caracterización de las proteinas de la cáscara del plátano. Caracterización

de las proteinas de la cáscara del plátano. Universidad de Guayaquil, Guayaquil.

Choque, J., Aydee, M., & Solano, R. (2018). Capacidad floculante de coagulantes naturales en

el tratamiento de agua. Scielo, 298-309.

Espigares, M., & Perez, J. (s.f.). Aguas Residuales. Composición. Servicio de Publicaciones.

Universidad de Granada, Barcelona.

Gonzalez, C. (2011). Turbidez. Monitoreo de la calidad del agua, 2-9.

Lambis, H. (2015). Extracción de almidón a partir de residuos de piel de plátano. Congreso

Colombiano de Ingeniería Química.

Muñoz, X., Hinostroza, F., & Mendoza, M. (2017). La yuca en el Ecuador su origen y

diversidad genética. Misioneros del agro, 5-7.

Navarro, N. (2015). Prueba de Jarras. Ingenieria y servicios ambientales. ISA, Quito.

OEFA. (2014). Fiscalización ambiental en aguas residuales. Organismo de evaluación y

fiscalización ambiental.

Paz, R., & Pesantez, Z. (2013). Potencialidad del plátano verde en la nueva matriz productiva

del Ecuador. Yachana, 203-210.

Ramírez, H. (2015). Agentes naturales como alternativa para el tratamiento de agua. 136-149.

66

Romero, M. V. (2006). Aprovechamiento de algunos materiales en el desarrollo de coagulantes

y floculantes para el tratamiento de aguas en Costa Rica. Tecnología en marcha.

Solis, R. (2015). Tratamiento de aguas residuales. Dialnet.

Stamping, M. (2016). Procesos Industriales para el tratamiento de aguas residuales. Jom, 1-4.

Techeira, N. (2015). Suspensiones Coloidales. Universidad central de Venezuela, 2-10.

Tejada, C. (2016). Aprovechamiento de Cáscaras de Yuca y Ñame para el Tratamiento de

Aguas Residuales Contaminadas con Pb(II). Universidad de Cartagena, Cartagena.

Trejo, R. (2014). Riesgos a la salud por presencia del aluminio en el agua potable . Redalyc, 2-

3.

Troconis, A. (2010). Tratamiento de Aguas Residuales. Belzona Inc, 1-12.

Urquijo, E. (2016). Identificación de impactos ambientales relacionados con el proceso de

beneficio humedo del café. Obtenido de

Varela, M. (2017). Compost de residuos vegetales. Compost residuos organicos. Ecovidrio,

Quito.

Velasquez, A. (2004). Extracción de taninos presentes en el banano verde. Redalyc.org.

67

ANEXOS

Fuente: (Cedeño & Sacoto, 2018)

Gráfica 1. Acondicionamiento de cáscaras de plátano.

68


Gráfica 2. Acondicionamiento de cáscaras de yuca.

69




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


Gráfica 6. Turbidímetro HACH 2100P


71

Gráfica 7. Formación de floc al añadir coagulante


Gráfica 8. Agua residual antes y después del tratamiento con el coagulante de cáscara de

plátano.


72

Gráfica 9. Agua residual antes y después del tratamiento con el coagulante de cáscara de

yuca.


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)

universidad de guayaquil facultad de ingenierÍa...

Documents