evaluación de la capacidad de remoción de metales pesados

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

Evaluación de la capacidad de remoción de Metales Pesados en el Agua

Residual de Minas a partir de los desechos sólidos de la valva o concha de

Anadara tuberculosa.

AUTORES:

CARMEN GRACIELA CONTRERAS ESTACIO

MILDRED STEFANIA MORA YUPA

TUTORA:

ING.JUDITH FLORES RIVERA

GUAYAQUIL- ECUADOR

GUAYAQUIL, OCTUBRE 2020




TEMA:

Evaluación de la capacidad de remoción de Metales Pesados en el Agua

Residual de Minas a partir de los desechos sólidos de la valva o concha de

Anadara tuberculosa.

AUTORES:

CARMEN GRACIELA CONTRERAS ESTACIO

MILDRED STEFANIA MORA YUPA

TUTORA:

ING.JUDITH FLORES RIVERA

GUAYAQUIL- ECUADOR

GUAYAQUIL, OCTUBRE 2020

FACULTAD INGENIERIA QUÍMICA

CARRERA INGENIERIA QUÍMICA UNIDAD DE TITULACIÓN

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TRABAJO DE TITULACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO:

“EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE REMOCIÓN DE

METALES PESADOS EN EL AGUA RESIDUAL DE MINAS A

PARTIR DE LOS DESECHOS SÓLIDOS DE LA VALVA O CONCHA DE ANADARA TUBERCULOSA”

AUTORES: CONTRERAS ESTACIO CARMEN GRACIELA

MORA YUPA MILDRED STEFANIA

TUTOR: ING.FLORES RIVERA JUDITH ELIZABETH.

INSTITUCIÓN: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

UNIDAD/FACULTAD: FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO: INGENIERO QUIMICO

FECHA DE PUBLICACIÓN: OCTUBRE 2020 No. DE PÁGINAS: 66

ÁREAS TEMÁTICAS:

PALABRASCLAVES/

KEYWORDS:

Agua de mina, valva o concha, biosorbente,

biosorción, metales pesados.

RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras): El presente trabajo tiene por objetivo evaluar la capacidad de remoción de metales pesados en el agua residual tratada

con los desechos sólidos de Anadara tubercolosa. Para la realización de este trabajo se empleó el método de

biosorción mediante el intercambio iónico a partir de la concha o valva para la reducción de metales pesados en el

agua de mina. Para el procedimiento experimental se analizaron específicamente las concentraciones de los metales

Cobre y Arsénico presentes en el agua de residual previo al tratamiento con la valva y otros parámetros como el pH,

color, turbidez y DQO. Los datos obtenidos de la concentración inicial del agua de mina son 0,57 mg/L para Cobre

y 0.3922 mg/L para Arsénico, posterior a esto se sometió la muestra a diferentes procesos, por decantación se obtuvo

78.94% para Cobre y 36.51% para Arsénico, con la valva se obtuvo 87.71% para Cobre y 38.73% para Arsénico y

por el método tradicional con el carbón activado se obtuvo un aumento del 52.63% para Cobre y una reducción de

34.31% para Arsénico, demostrando que el material usado como biosorbente resulta ser una opción para la reducción

de los metales pesados presentes en el agua residual de mina.

ADJUNTO PDF SI X NO

CONTACTO CON AUTOR/ES:

Teléfono:

0968811444 0994833820

E-mail:

[email protected] [email protected]

CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN:

Nombre: Universidad de Guayaquil - Facultad de Ingeniería Química

Teléfono: 04-229-2949

E-mail: www.fiq.ug.edu.ec

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

http://www.fiq.ug.edu.ec/



UNIDAD DE TITULACIÓN

Guayaquil, 18 de octubre del 2020

Sr. Ing. Bonilla Abarca Luis Alberto, Msc

DIRECTOR (A) DE LA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA



Ciudad. -

Envio a Ud. El informe correspondiente de la tutoria realizada al Trabajo de Titulacion

denominado: "EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE REMOCIÓN DE METALES

PESADOS EN EL AGUA RESIDUAL DE MINAS A PARTIR DE LOS DESECHOS

SÓLIDOS DE LA VALVA O CONCHA DE ANADARA TUBERCULOSA" de los

estudiantes CONTRERAS ESTACIO CARMEN GRACIELA y MORA YUPA

MILDRED STEFANIA, indicando que se ha cumplido con todos los parámetros establecidos

en la normativa vigente:

De mis consideraciones:

• El trabajo es el resultado de una investigación.

• El estudiante demuestra conocimiento profesional integral.

• El trabajo presenta una propuesta en el área de conocimiento.

• El nivel de argumentación es coherente con el campo de conocimiento.

Adicionalmente, se adjunta el certificado de porcentaje de similitud y la valoración del trabajo

de titulación con la respectiva calificación.

Dando por concluida esta tutoría de trabajo de titulación, CERTIFICO, para los fines

pertinentes, que los estudiantes están aptos para continuar con el proceso de revisión final.

Atentamente,

………………………………………………..

ING. FLORES RIVERA JUDITH ELIZABETH TUTORA DE TRABAJO DE TITULACIÓN

CI. 0919597484




CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD

Habiendo sido nombrado Ing. FLORES RIVERA JUDITH ELIZABETH, tutora del trabajo de

titulación certifico que el presente trabajo de titulación ha sido elaborado por CONTRERAS

ESTACIO CARMEN GRACIELA, con C.I.0923210728, y MORA YUPA MILDRED

STEFANIA, con C.I. 0705479046, con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para la

obtención del título de INGENIERO QUÍMICO.

Se informa que el trabajo de titulación: “EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE REMOCIÓN DE

METALES PESADOS EN EL AGUA RESIDUAL DE MINAS A PARTIR DE LOS DESECHOS

SÓLIDOS DE LA VALVA O CONCHA DE ANADARA TUBERCULOSA”, ha sido orientado

durante todo el periodo de ejecución en el programa antiplagio URKUND quedando el 1% de

coincidencia.

https://secure.urkund.com/view/47190530-146492-

467067#q1bKLVayio7VUSrOTM/LTMtMTsxLT1WyMqgFAA==

……………………………………………………………. ING. FLORES RIVERA JUDITH ELIZABETH

TUTORA DE TRABAJO DE TITULACIÓN

CI. 0919597484

VI




Guayaquil, 06 de Octubre 2020

Sr.

Luis Alberto Bonilla Abarca

DIRECTOR (A) DE LA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA



Ciudad.-

De mis consideraciones:

Envío a Ud. el Informe correspondiente a la REVISIÓN FINAL del Trabajo de Titulación “Evaluación de la

capacidad de remoción de metales pesados en el agua residual de minas a partir de los desechos sólidos de la valva o concha de Anadara Tuberculosa” del o de los estudiantes Carmen Graciela Contreras Estacio y Mildred

Stefania Mora Yupa.

Las gestiones realizadas me permiten indicar que el trabajo fue revisado considerando todos los parámetros establecidos

en las normativas vigentes, en el cumplimento de los siguientes aspectos:

Cumplimiento de requisitos de forma:

El título tiene un máximo de 29 palabras.

La memoria escrita se ajusta a la estructura establecida.

El documento se ajusta a las normas de escritura científica seleccionadas por la Facultad.

La investigación es pertinente con la línea y sublíneas de investigación de la carrera.

Los soportes teóricos son de máximo 5 años.

La propuesta presentada es pertinente.

Cumplimiento con el Reglamento de Régimen Académico:

El trabajo es el resultado de una investigación.

El estudiante demuestra conocimiento profesional integral.

El trabajo presenta una propuesta en el área de conocimiento.

El nivel de argumentación es coherente con el campo de conocimiento.

Adicionalmente, se indica que fue revisado, el certificado de porcentaje de similitud, la valoración del tutor, así como

de las páginas preliminares solicitadas, lo cual indica el que el trabajo de investigación cumple con los requisitos

exigidos.

Una vez concluida esta revisión, considero que las estudiantes Carmen Graciela Contreras Estacio y Mildred

Stefania Mora Yupa están aptas para continuar el proceso de titulación. Particular que comunicamos a usted para los

fines pertinentes.

Atentamente,

…………………………………………..

Martha Bermeo Garay TUTOR REVISOR

C.I. 09055104790

Fecha: 06 de Octubre 2020

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y DE AUTORIZACIÓN DE LICENCIA

GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

VII




LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO COMERCIAL DE LA OBRA

CON FINES NO ACADÉMICOS

Yo/ Nosotros, CONTRERAS ESTACIO CARMEN GRACIELA, con C.I.0923210728, y

MORA YUPA MILDRED STEFANIA, con C.I. 0705479046, certifico/amos que los

contenidos desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es “EVALUACIÓN DE LA

CAPACIDAD DE REMOCIÓN DE METALES PESADOS EN EL AGUA RESIDUAL

DE MINAS A PARTIR DE LOS DESECHOS SÓLIDOS DE LA VALVA O CONCHA

DE ANADARA TUBERCULOSA”, son de mi/nuestra absoluta propiedad y responsabilidad,

en conformidad al Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE

LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN*, autorizo/amos la utilización

de una licencia gratuita intransferible para el uso no comercial de la presente obra a favor de la

Universidad de Guayaquil.

Atentamente,

………………………………………… …………………………………………….

Contreras Estacio Carmen Graciela Mora Yupa Mildred Stefania

C.I. 0923210728 C.I. 0705479046

CARMEN CONTRERAS ESTACIO

VIII

DEDICATORIA

El presente trabajo investigativo se lo dedico a mi madre Juana Estacio Alvear por su amor,

dedicación y enseñanzas en todos estos años gracias a ella he logrado llegar hasta aquí siendo

parte de la culminación de mi carrera universitaria y obtención de mi título.

A los que ya no están, pero les guardo un profundo aprecio mis abuelos Carmen Alvear y Juan

Estacio Lerma por su amor incondicional.

A mis tíos y primos que siempre estuvieron aportando a mi vida con consejos y su apoyo

constante sin límites.

A mí novio y mi querido Jeferson que llena de amor y alegría mi vida, motivándome cada día

ser mejor. A mis hermanos Mirka Estacio, Joyce y Fabián Altamirano por estar siempre

presentes en mi vida y a mi hermana María Contreras por su apoyo y consejos.

A todo ellos se los dedico y me siento muy orgullosa de tenerlos como respaldo, porque han

sido un apoyo, una fortaleza muy importante en esta culminación.

CARMEN CONTRERAS ESTACIO

IX

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por bendecirme a lo largo de mi vida, dándome fortaleza, sabiduría para

culminar con éxitos mis estudios.

A mi familia, especialmente a mi madre Juana Estacio por siempre estar conmigo siendo un

vivo ejemplo de perseverancia, constancia, y brindarme su apoyo junto a Fabián Altamirano.

A mis tíos Daniel, Juan Estacio y mis tías Nelly Estacio y Martha Lozano por estar pendiente

de mí aconsejándome y siempre prestos a brindarme su ayuda.

A mis hermanos por llenarme de alegría con sus ocurrencias todos los días.

Gracias a Deniss Ortega por el cariño, apoyo incondicional y estar presto ayudarme para

alcanzar mis metas.

A mis amigas Mariuxi Caiza, María Bonilla, Jessica Guacho quienes aprecio mucho,

agradeciéndole su compañía y los momentos compartidos durante nuestra etapa universitaria.

Agradezco a mi amiga y compañera de tesis Mildred Mora por su apoyo y paciencia durante el

desarrollo del proyecto. A la Ing. Sandra Fajardo, Msc, Dra. Mirella Bermeo, y mi Tutora Ing.

Judith Flores, gracias a su conocimiento y ayuda pude concluir con éxito el trabajo de

investigación.

Un total agradecimiento a todas y cada una de las personas que han conformado parte en mi

formación profesional.

X

DEDICATORIA

Este trabajo se lo dedico a Dios por ser mi fortaleza y porque gracias a él logre culminar mi

carrera.

A mi madre Mildred Yupa Perez y a mi padre Flavio Mora Ramírez, por haberme brindado su

apoyado incondicionalmente dándome aliento de seguir adelante hasta culminar mi carrera, a

mis hermanos Clara Mora y Cristhofer Mora y a toda mi familia, esto es gracias a ustedes.

MILDRED MORA YUPA

MILDRED MORA YUPA

XI

AGRADECIMIENTO

A mi madre por todo el esfuerzo y apoyo que me brindo durante toda mi carrera sin ella no lo

hubiera logrado.

A mis abuelos Rafael Yupa y Yolanda Perez por todo el apoyo que me brindan cada día y a

todos mis tíos Alfredo, José y Ángel Yupa que de alguna manera me apoyaron para lograr esta

meta en mi vida.

A la Ing. Sandra Fajardo, a la Ing. Mirella Bermeo Ph.D y a la Ing. Judith Flores, por su

colaboración y asesoramiento durante la elaboración de nuestro trabajo de titulación.

A mi amiga y compañera de tesis Carmen Contreras por haberme brindado su amistad,

confianza y apoyo durante el proceso de este proyecto.

A los amigos que me regalo esta carrera Cinthia, Tania, Yaritza, Alicia, Yulexy, Melanie y

Edder les guardo un gran aprecio y agradezco por todos los momentos que compartimos juntos

durante nuestra etapa universitaria.

XII

INDICE DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 1

CAPITULO I ......................................................................................................................................... 2

PROBLEMA ......................................................................................................................................... 2

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................ 2

1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA ..................................... 3

1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................... 4

1.3.1 Objetivo general ............................................................................................................ 4

1.3.2 Objetivo específico ........................................................................................................ 4

1.4 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................. 4

1.4.1 Justificación teórica ............................................................................................................. 4

1.4.2 Justificación metodológica .................................................................................................. 5

1.4.3 Justificación practica ........................................................................................................... 5

1.5 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................... 6

1.5.1 Delimitación espacial ........................................................................................................... 6

1.5.2 Delimitación temporal ......................................................................................................... 7

1.5.3 Delimitación del contenido .................................................................................................. 7

1.6 HIPÓTESIS ........................................................................................................................... 7

1.7 VARIABLES ......................................................................................................................... 8

1.7.1 Variable Dependiente .......................................................................................................... 8

1.7.2 Variable independiente ........................................................................................................ 8

1.7.3 Variables operacionales ....................................................................................................... 9

CAPITULO II ..................................................................................................................................... 10

2.1. MARCO REFERENCIAL ................................................................................................. 10

2.1.1. Antecedentes ................................................................................................................ 10

2.2 MARCO TEORICO ........................................................................................................... 11

2.2.1 Sector Minero en el Ecuador ............................................................................................. 11

2.2.2 Pequeña minería en Ecuador ............................................................................................ 12

2.2.3 Agua de mina ...................................................................................................................... 14

2.2.4 Drenaje acido de la minería (DAM) ................................................................................. 14

2.2.5 Metales pesados .................................................................................................................. 15

2.2.6 Cobre ................................................................................................................................... 16

2.2.7 Arsénico .............................................................................................................................. 17

2.2.8 Moluscos ............................................................................................................................. 18

XIII

2.2.9 Anadara tuberculosa.......................................................................................................... 19

2.2.10 Concha de los moluscos ................................................................................................... 20

2.2.11 Carbonato de calcio en conchas ...................................................................................... 21

2.2.12 Carbón activado ............................................................................................................... 22

2.2.13 Hidrolisis ........................................................................................................................... 22

2.2.14 Tipos de hidrolisis ....................................................................................................... 23

2.2 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................................. 24

Biosorción .................................................................................................................................... 24

2.3.3 Diagrama de flujo ............................................................................................................... 27

2.4 MARCO CONTEXTUAL ........................................................................................................ 28

2.5 MARCO LEGAL ...................................................................................................................... 28

CAPITULO III .................................................................................................................................... 31

MARCO METODOLÓGICO ........................................................................................................... 31

3.1 Metodología de la investigación ........................................................................................... 31

3.2 Nivel de investigación ............................................................................................................ 31

3.3 Diseño de investigación ......................................................................................................... 32

3.4 Materiales y equipos ................................................................................................................. 32

3.5 Diseño experimental .................................................................................................................. 33

3.5.1 Recolección de la materia prima ....................................................................................... 33

3.5.2 Tratamiento de la materia prima ............................................................................... 33

3.5.3 Secado de la valva o concha Anadara tuberculosa ................................................... 34

3.5.4 Trituración de la valva o concha ................................................................................ 34

3.5.5 Enjuague de la valva con ácido clorhídrico o ácido muriático ................................ 35

3.5.6 Secado de la valva o concha ........................................................................................ 36

3.5.7 Agitación de la muestra .............................................................................................. 36

3.5.8 Proceso de sedimentación y decantación ................................................................... 37

3.5.9 Obtención del agua residual luego de la filtración ................................................... 38

3.5.10 Procedimiento del tratamiento del agua de mina con Carbón Activado ..................... 39

3.5.10 Proceso experimental .................................................................................................. 40

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ......................................................................... 41

4.1 DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS FISICOQUIMICAS DEL AGUA DE

MINA SIN TRATAR .................................................................................................................. 41

4.2 OBTENCIÓN DEL BIOSORBENTE DE LA CONCHA O VALVA DE ANADARA

TUBERCULOSA ........................................................................................................................ 42

4.3 ANALISIS DE LA REDUCCIÓN DE COBRE Y ARSÉNICO "DECANTACIÓN Y

VALVA" ...................................................................................................................................... 43

4.3.1 Muestra 1 "Decantación" .................................................................................................... 43

XIV

4.3.2 Muestra 2 "Concha Anadara tuberculosa" .......................................................................... 43

4.4 ANALISIS DE LA REDUCCIÓN DE COBRE Y ARSÉNICO CON EL CARBÓN

ACTIVADO ................................................................................................................................. 44

4.4.1 Muestra 3 "Variable de Carbón activado ............................................................................ 44

4.5 COMPARACIÓN ENTRE LA VALVA Y EL CARBÓN ACTIVADO .......................... 45

4.5 VARIACIONES DE BIOSORBENTE EN EL AGUA DE MINA .................................... 46

4.6 CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS .............................................................. 46

4.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................................................................... 47

CAPITULO V...................................................................................................................................... 48

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................ 48

CONCLUSIÓN ............................................................................................................................... 48

RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 49

BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................................. 50

GLOSARIO ......................................................................................................................................... 53

Aguas residuales .......................................................................................................................... 53

ANEXOS .............................................................................................................................................. 56

Anexo 1.1 Ficha Técnica del Sello Rojo ....................................................................................... 56

Anexo 1.2 Ficha técnica del Ácido Clorhídrico ............................................................................ 57

Anexo 1.3 Límites máximos permisibles de los metales ............................................................... 58

Anexo 1.4 Análisis de las Características del Agua ...................................................................... 59

Anexo 1.5 Análisis de las Características del Agua. (Decantación) ............................................. 60

Anexo 1.6 Análisis de las Características del Agua. (Valva de Anadara Tuberculosa) ................ 61

Anexo 1.7 Análisis de las Características del Agua. (Carbón Activado) ...................................... 62

Anexo 1.8 Tabla VI. Metales pesados -Análisis realizados por el Laboratorio Gruntec

Environmental Services (ANGULO, 2014) .................................................................................. 63

Anexo 1.9 Materiales ................................................................................................................... 64

INDICE DE FIGURAS

Fig. 1 Piscinas de Sedimentación – Mina “La Fortuna” Cantón Camilo Ponce Enrique .......... 6

Fig. 2 Zonas Mineras del Ecuador (ECUADOR, 2013) .......................................................... 12

Fig. 3 Minería artesanal que ejecutan la extracción de arena en sectores como Los Ranchos,

Los Tamarindos,....................................................................................................................... 13

Fig. 4 Minería a pequeña escala (Grupo de Diálogo Minería y Desarrollo Sostenible, 2016)14

Fig. 5 Distrito Minero Afectado por Drenaje Ácido de Mina (Virginia, 2010) ..................... 15

Fig. 6 Rocas de Metales pesados (EcuRed, 2011) ................................................................... 16

XV

Fig. 7 Roca de cobre (Una web para aprender más sobre minerales | 10 años en la red., 2018)

..................................................................................................................................................17

Fig. 8 Arsénico y minería del cobre (EcoMetales, 2017) ....................................................... 17

Fig. 9 Tipos de molusco: Gaterópodo,Bivalvos y Cefalópodos (Francisco, 2011) ................. 18

Fig. 10 Vista exterior e interior de las valvas de Anadara tuberculosa mostrando algunas de

sus partes (ANADARA TUBERCULOSA, 2019) .................................................................. 19

Fig. 11 Calcita y aragonito son dos polimorfos de CaCO3 con que los moluscos construyen

sus conchas. La calcita es un polimorfo estable en condiciones ambientales en cambio el

aragonito es un polimorfo de alta presión. (Imágenes de Antonio Checa) (CHECA, 2017) ... 20

Fig. 12 Modo de alimentación de los Bivalvos (Francisco, 2011) .......................................... 21

Fig. 13 Concha triturada para la producción de carbonato de calcio para uso agrícola.

(Avicultura Española, 2017) .................................................................................................... 21

Fig. 14 Carbón activado (CARBÓN ACTIVADO, 2020) ....................................................... 22

Fig 15 Hidrolisis de Sales: Hidrolisis del Cloruro de Sodio. (Moreno, 2017-2018) ............... 24

Fig. 16 Valva o concha Anadara tuberculosa Fig. 17 Agua residual de mina .... 33

Fig. 18 Lavado de las conchas ................................................................................................. 34

Fig. 19 Valva o concha Anadara tuberculosa, presentando desprendimiento de su color

característico ............................................................................................................................ 34

Fig. 20 Valva o concha triturada .............................................................................................. 35

Fig. 21 Inicio de la efervescencia Fig. 22 Final de la efervescencia ...... 35

Fig. 23 Secado de la valva ....................................................................................................... 36

Fig. 24 Mezcla del agua residual de mina con la valva ........................................................... 37

Fig. 25 Inicio de la filtración por medio de papel filtro ........................................................... 37

Fig. 26 Final de la filtración por medio de papel filtro ............................................................ 38

Fig. 27 Agua obtenida luego de la filtración ............................................................................ 38

Fig. 28 Mezcla del agua de mina con Carbón activado .......................................................... 39

XVI

INDICE DE GRAFICO

Graf. 1 Reducción de Cobre y Arsénico ................................................................................. 43

Graf. 2 Reducción de Cobre y Arsénico ................................................................................. 44

Gráf. 3 Aumento de Cobre y disminución de Arsénico .......................................................... 45

Graf. 4 Comparación de la reducción de metales entre la valva y el carbón activado ............ 45

Graf. 6 Concentración de Cobre y Arsénico por diferentes métodos ...................................... 47

XVII




Evaluación de la capacidad de remoción de Metales Pesados en el Agua Residual de Minas a

partir de los desechos sólidos de la valva o concha de Anadara tuberculosa.

Autores: Contreras Estacio Carmen Graciela

Mora Yupa Mildred Stefania

Tutora: Ing. Judith Flores Rivera

RESUMEN

El presente trabajo tiene por objetivo evaluar la capacidad de remoción de metales pesados en

el agua residual tratada con los desechos sólidos de Anadara tubercolosa. Para la realización

de este trabajo se empleó el método de biosorción mediante el intercambio iónico a partir de

la concha o valva para la reducción de metales pesados en el agua de mina. Para el

procedimiento experimental se analizaron específicamente las concentraciones de los metales

Cobre y Arsénico presentes en el agua de residual previo al tratamiento con la valva y otros

parámetros como el pH, color, turbidez y DQO. Los datos obtenidos de la concentración

inicial del agua de mina son 0,57 mg/L para Cobre y 0.3922 mg/L para Arsénico, posterior a

esto se sometió la muestra a diferentes procesos, por decantación se obtuvo 78.94% para

Cobre y 36.51% para Arsénico, con la valva se obtuvo 87.71% para Cobre y 38.73% para

Arsénico y por el método tradicional con el carbón activado se obtuvo un aumento del 52.63%

para Cobre y una reducción de 34.31% para Arsénico, demostrando que el material usado

como biosorbente resulta ser una opción para la reducción de los metales pesados presentes

en el agua residual de mina.

Palabras Claves:

Agua de mina, valva o concha, biosorbente, biosorción, metales pesados.

XVIII




Evaluación de la capacidad de remoción de Metales Pesados en el Agua Residual de Minas a

partir de los desechos sólidos de la valva o concha de Anadara tuberculosa.

Autores: Contreras Estacio Carmen Graciela

Mora Yupa Mildred Stefania

Tutora: Ing. Judith Flores Rivera

ABSTRACT

The objective of this work is to evaluate the ability to remove heavy metals in the wastewater

treated with solid waste from Anadara tubercolosa. To carry out this work, the biosorption

method was used through ion exchange from the shell or valve for the reduction of heavy metals

in the mine water. For the experimental procedure, the concentrations of the metals Copper and

Arsenic present in the wastewater prior to the treatment with the valve and other parameters

such as pH, color, turbidity and COD were specifically analyzed. The data obtained from the

initial concentration of the mine water are 0.57 mg / L for Copper and 0.3922 mg / L for

Arsenic, after which the sample was subjected to different processes, by decantation 78.94%

was obtained for Copper and 36.51% For Arsenic, with the valve 87.71% was obtained for

Copper and 38.73% for Arsenic and by the traditional method with activated carbon an increase

of 52.63% was obtained for Copper and a reduction of 34.31% for Arsenic, showing that the

material used as biosorbent turns out to be an option for the reduction of heavy metals present

in mine wastewater.

Keywords:

Mine, shell or shell water, biosorbent, biosorption, heavy metals.

1

INTRODUCCIÓN

Para la supervivencia de la vida en nuestro planeta, es necesario el uso del agua siendo un

recurso natural indispensable y primordial para el desarrollo de los seres vivos, recurso que

debe ser cuidado debido a que en el planeta existe un 96,5% de agua es salada y un 3% agua

dulce siendo la más importante para los seres humanos; sin embargo existiendo mayor

porcentaje de agua salada, por lo que se ha generado diferentes procesos para la obtención

de agua potable apta para las diferentes actividades cotidianas y generación de energía.

(Astillero, 2019)

El excesivo uso del agua y los diferentes factores contaminantes que llegan a los afluentes

de agua, podrían convertir al agua en un recurso no renovable y difícil de conseguir, por lo

que se busca del cuidado de este recurso tan indispensable para la humanidad. En el Ecuador

está regido por leyes para el control de uso y calidad del agua, incentivando el uso de energías

más limpias en las diferentes industrias, aquellas deben cumplir con normas en las descargas

de sus efluentes, realizando distintos tratamientos con la finalidad de lograr los límites

permisibles establecido en el Anexo 1.del Acuerdo Ministerial 097 en la tabla 8.Si estas

aguas residuales contaminadas por metales pesados además de provocar daños ambientales,

si estos metales se descargaran directamente al sistema de alcantarillado por encima de los

parámetros establecidos, generarían graves daños en el tratamiento biológico. (Cañizares.R,

2016)

La biosorción se ha presenta como una alternativa viable como método de eliminación de

metales en efluentes industriales. La biosorción es utilizada mayormente en la relación de la

captación de metales que lleva a cabo una biomasa viva o muerta, a través de mecanismos

fisicoquímicos como la adsorción o el intercambio iónico. Este proceso involucra una fase

sólida (biosorbente) y una fase líquida (solvente, que es normalmente agua). Una de las

2

principales ventajas es la utilización de biosorbentes de bajo coste como los residuos

agroalimentarios que representan por un lado la reutilización de un residuo y por otro un coste

muy inferior frente a los adsorbentes tradicionales como carbón activo o resinas comerciales

de intercambio iónico. Algunos de los sólidos que han sido empleados como biosorbentes

son: las hojas y cortezas coníferas, cascaras de arroz, nuez, maní, cáscaras de naranja, cáscara

de plátano, cáscaras de toronja, algas, hongos, nopal, huesos de aceituna, etc. (Cardona

Gutiérrez, 2013)

CAPITULO I

PROBLEMA

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad, existen diversos focos de contaminación, afectando las condiciones óptimas

del agua, este recurso no renovable se ve afectado por las actividades humanas e industriales

donde estos residuos industriales se encuentran de manera líquida siendo vertidos a cursos de

agua limpias sin ser tratados adecuadamente.

La industria minera es considerada como uno de los principales contaminantes ambientales

ya que para la obtención de minerales como el oro (Au) y la plata (Ag) donde se extrae el

material en bruto de las minas y luego ese material es tratado en las plantas de procesamiento

donde se llevan la reducción del mineral en bruto mediante molinos, hasta la fase de lixiviación

utilizando cianuro (CN) en las piscinas de lixiviación. Durante el proceso de extracción se

necesita un elevado consumo de agua, energía, productos químicos y sus desechos resultantes

forman relaves, grandes cantidades de aguas residuales con altas concentraciones de metales

pesados como plomo (Pb), arsénico (As), Cadmio (Cd) y mercurio (Hg), eliminados a los ríos

causando graves impactos ambientales debido a su toxicidad y no realizarse un adecuado

tratamiento del agua antes de ser descargadas. (Escuela Superior Politécnica del Litoral, 2017)

3

Debido a los problemas ambientales existentes ha nacido la necesidad de desarrollar

tecnologías limpias y sustentables en los procesos industriales, con normas rigurosas para

disminuir las descargas de sustancias contaminantes en el medio ambiente. A pesar de muchos

esfuerzos aún hay empresas que generan concentraciones de sustancias contaminantes (metales

pesados), los cuales son considerados como uno de los grupos más peligrosos, debido a su baja

biodegradabilidad, su alta toxicidad a baja concentraciones y su capacidad para acumularse en

diferentes organismos.

Por ello la minería responsable en el Ecuador tiene como visión “Posicionar la minería

responsable para el desarrollo de los recursos minerales del Ecuador de una manera sostenible

y que beneficie al Estado y a las comunidades, a la vez que protege el medio ambiente “

(MINERÍA, MINERIA RESPONSABLE EN EL ECUADOR, 2019)

1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA

a) Formulación del problema de investigación

¿El uso de la valva o concha de la Anadara tuberculosa como biosorbente en el proceso

de biosorción, para tratamiento de agua residual de mina reduciría eficientemente la

remoción de metales pesados?

b) Sistematización del problema de investigación

En el tratamiento del agua de mina al utilizar el método de la biosorción se analiza las

características fisicoquímicas, porcentaje de remoción de metales pesados, para

establecer si existe el cumplimiento de los límites y normativas para su reutilización

4

además de la eficiencia, ventajas y desventajas del biosorbente en comparación del

adsorbente tradicional como el carbón activado

1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.3.1 Objetivo general.

Evaluar la capacidad de remoción de metales pesados en el agua residual de mina

tratada con los desechos sólidos de Anadara tuberculosa.

1.3.2 Objetivo específico.

Determinar los parámetros fisicoquímicos del agua residual procedente de una

mina en el cantón Ponce Enríquez, provincia del Azuay.

Elaborar el biosorbente aprovechando las propiedades químicas de la valva.

Experimentar las variaciones de concentración del biosorbente para mayor

remoción de metales pesados.

Comparar la eficiencia de remoción de metales del biosorbente de la valva o

concha de Anadara tuberculosa con el carbón activo.

1.4 JUSTIFICACIÓN

1.4.1 Justificación teórica

En la actualidad la industria minera además de genera ingresos económico para el país tiene

como finalidad desarrollar una minería más amigable con el medio ambiente rígido por la Ley

Minera, en el capítulo II Art.79 sobre el tratamiento de agua se establece que el agua utilizada

durante el proceso, deben devolverle al cauce original del río o a la cuenca del lago o laguna

de donde fueron tomadas, libres de contaminación o cumpliendo los límites permisibles

5

establecidos en la normativa ambiental y del agua vigentes, con el fin que no se afecte a los

derechos de las personas y de la naturaleza reconocidos constitucionalmente. (Nacional, 2018)

Se busca el desarrollo de prácticas más limpias y amigables con el medio ambiente, el

tratamiento previo del agua residual tiene la finalidad de remover los metales pesados a través

de los desechos del molusco Anadara tuberculosa, este desecho contiene carbonato de calcio

siendo eficaz para el tratamiento de aguas contaminadas por metales pesados para que el agua

pueda ser devuelta al agua de origen no genere contaminación.

1.4.2 Justificación metodológica

Debido a la extracción de estos minerales, la industria minera está implementando

remediaciones ambientales debido a esto el tratamiento previo para ser reutilizadas. Su

tratamiento es muy viable ya que la materia prima para el tratamiento del agua residual son

desechos orgánicos por medio de este se produce el intercambio iónico entre la materia prima

y los iones del agua a tratar esto garantiza la remoción de metales pesados. ((CIPA), 2019)

Se genera el método de biosorción se caracterizado por la retención del metal mediante una

interacción fisicoquímica del metal, en presencia del biosorbente capaz de participar en los

procesos de extracción en sistemas acuosos como cursos de aguas o efluentes de diversos

orígenes, incrementan los rendimientos en la captación de mezclas de metales pesados

pertenecientes a la superficie celular. (Vullo, 2003)

1.4.3 Justificación practica

Esta investigación se está desarrollando con la finalidad de disminuir la concentración de

metales pesados en aguas residuales proveniente del proceso de extracción de minerales,

demostrando la eficacia de la utilización del biosorbente de valva o concha de la Anadara

tuberculosa para el tratamiento de aguas residual, posteriormente realizar las pruebas

pertinentes para aguas residuales de los que generalmente destacan los parámetros de turbidez,

color, pH y presencia de metales para analizarlo con las normativas correspondientes que

6

puedan afirmar su porcentaje de remoción en la muestra obtenida de la piscinas de

sedimentación de la “Mina La Fortuna” del cantón Ponce Enríquez del Azuay , zona

perteneciente al grupo de Provincias con gran potencial minero (MINERÍA, PLan Nacional

de Desarrollo del Sector Minero, 2016)

1.5 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.5.1 Delimitación espacial

Este trabajo realizó los análisis de aguas para metales pesados en las instalaciones del

laboratorio de Ingeniería de aguas y medio ambiente ubicado en la Facultad de Ingeniería

Química perteneciente a la Universidad de Guayaquil después de haber aplicado el método de

biosorción a la muestra del agua residual obtenida de la mina “La Fortuna” en el cantón Camilo

Enríquez Ponce, ver en la Fig. 1.

Fig. 1 Piscinas de Sedimentación – Mina “La Fortuna” Cantón Camilo Ponce Enrique.

7

1.5.2 Delimitación temporal

Para desarrollo del trabajo de titulación se estima alrededor de 3 meses, distribuidos

equitativamente para la redacción teórica y para la realización experimental que implica la

caracterización de la muestra del agua residual proveniente de la mina “La Fortuna” del cantón

Camilo Ponce Enríquez, para la obtención de los resultados, análisis en los respectivos

parámetros de evaluación final.

1.5.3 Delimitación del contenido

El trabajo de titulación está enfocado en evaluar la capacidad de remoción de metales a través

del aprovechamiento de desechos sólidos como la valva o concha de la Anadara tuberculosa

para el tratamiento de agua de mina, conformado por cuatro capítulos, en los dos primeros

detalla sobre la contaminación del agua generada en la explotación minera, recurso de gran

importancia de preservación, generando otra alternativa para su reutilización como el proceso

de biosorción en el capítulo III y la conclusión de los resultados obtenidos en el capítulo IV.

1.6 HIPÓTESIS

Hi: La evaluación de la capacidad de remoción de los metales pesados en el agua de mina se

logrará a partir de los desechos sólidos de la valva o concha de Anadara tuberculosa.

Ho: La evaluación de la capacidad de remoción de los metales pesados en el agua de mina no

se logrará a partir de los desechos sólidos de la valva o concha de Anadara tuberculosa.

Ha: La evaluación de remoción de los metales pesados a partir de los desechos sólidos de la

valva o concha de Anadara tuberculosa benefician al tratamiento del Agua Residual de Minas.

8

1.7 VARIABLES

1.7.1 Variable Dependiente

Capacidad de remoción de Metales Pesados en el Agua Residual de Minas

1.7.2 Variable independiente

Desechos sólidos de la valva o concha de Anadara tuberculosa.

1.7.3 Variables operacionales

Tabla 1. Variables operacionales

Objetivos Específicos Tipo de Variable Descripción Indicadores Unidades Métodos

Determinar los parámetros

fisicoquímicos del agua

residual procedente de una

mina en el cantón Ponce

Enríquez, provincia del Azuay.

Elaborar biosorbente

aprovechando las propiedades

químicas de la valva.

Experimentar variaciones

concentraciones del

biosorbente para mayor

remoción de metales pesados.

Comparar la eficiencia de

remoción de metales del

biosorbente de la valva o

concha de Anadara tuberculosa

y carbón activo.

Dependiente

Agua residual de mina

Estas aguas residuales

provienen de la extracción de

minerales tales como (oro,

plata, cobre y pirita), siendo

agua contaminada de varios

compuestos químicos

utilizados en el proceso de

extracción y refinación de los

mismos.

Color Pt/Cu Cualitativo

pH Adimensional Numérico

Turbidez NTU Cuantitativo

Concentración de metales

pesados

mg/L

Cuantitativo

Independiente

Valva de Anadara

Tuberculosa

La biosorción es un método

que busca principalmente la

remoción de metales pesados,

usando valva de la Anadara

tuberculosa como biosorbente

en este proceso experimental.

Concentración de la valva

(carbonato de calcio)

gr

Cuantitativo

Peso del material

absorbente

mg/L

Cuantitativo

Tiempo

min

Numérico

Elaborado por autores 9

10

CAPITULO II

2.1. MARCO REFERENCIAL

2.1.1. Antecedentes.

En el campo de estudio se encuentra sin números de investigaciones enfocadas en la aplicación

de métodos convencionales o procesos para la purificación del agua procedente de los procesos

de explotación de minas, por lo que a continuación se mostraran varios artículos enfocados en

el mismo objetivo, pero vasados en métodos diferentes.

De acuerdo a la investigación sobre la remoción de sulfatos y metales pesados en

medios filtrantes de piedra caliza con bacterias sulfato reductoras en Santiago de Chile.

Realizaron estudios de aguas símil a un drenaje acido de mina, empleando columnas

compuestas de piedra caliza como medio filtrante, obteniendo una remoción del 50%

para la concentración del sulfato, en cambio se obtuvo una remoción del 100% para los

metales pesados tales como el hierro, arsénico, aluminio, plomo y zinc. Werner Sánchez

Norberto Andrés, 2016

Según la investigación realizada sobre aplicación de cascara de huevo calcinada para la

remoción de metales pesados en soluciones acuosa; Se debe a la cantidad de cascaras

de huevos desechadas sin darles algún uso secundario se realizó el estudio aplicándolas

como absorbente de metales pesados en aguas residuales obteniendo mejores resultados

con las cascarillas de huevo calcinada que la cascarilla de huevo sin calcinar, dando

entre un 80 a 100% de remoción de metales pesados. Mesías Evangelista Anais

Manuela, 2019.

11

En esta investigación se realizó Evaluación de un filtro biológico como unidad de post-

tratamiento de aguas residuales utilizando conchas marinas como material de soporte.

Se evaluó la eficiencia de un filtro biológico a escala piloto, usando conchas marinas

como material de soporte para las aguas residuales municipales provenientes de un

previo tratamiento anaerobio-aerobio. Dando como resultado una remoción de materia

orgánica, en Tiempos de Retención hidráulica de 6,34h (SST, 29%; SSV, 23,8% y SSF,

50%), pero para coliformes totales y fecales en el filtro biológico fueron altos por lo

que se el Tiempo de Retención Hidráulica fue de 12,85h obteniendo entre un 97,24 a

94,63%, mostrando que las conchas marinas (Arca zebra) logran resultados

satisfactorios. Andrés Galindo, Enrique Toncel, Nancy Rincón; 2016.

2.2 MARCO TEORICO

2.2.1 Sector Minero en el Ecuador

La Minería en el Ecuador la pequeña minería tuvo sus inicios en la Compañía Industrial Minera

Asociada (CIMA) explotaban oro en la provincia del El Oro en Portovelo – Zaruma hasta

finales de los años 70, debido al aumento del precio del oro y la desarticulación de la

administración minera del Estado provocó el surgimiento de actividades mineras de pequeña

escala de manera informal e insegura por antiguos trabajadores de la compañía CIMA esto

generó problemas entre mineros y el estado. Luego en la década de 1980 impulsados por el

aumento del precio del oro internacionalmente emergen dos nuevos distritos mineros en

Nambija en la región amazónica y Ponce Enríquez en la provincia del Azuay. La organización

giró en torno de cooperativas de mineros informales, con escaso trabajo técnico-científico

agregado en su actividad. Sin embargo, las cooperativas tuvieron un papel muy importante en

el proceso de legalización de las concesiones, que proporcionó a la pequeña minería un mayor

margen de maniobra en sus negociaciones con el Estado y las compañías mineras. [ Fig.1]

12

En la década de 1990 la pequeña minería se consolido sus procesos productivos, nuevas formas

de organización empresarial y su legalización, además la incorporación de equipos y

maquinarias para las perforaciones y voladuras, como la trituración y molienda, el transporte y

la recuperación del mineral, uno de los procesos más sobresaliente que se implemento fue la

cianuración siendo más eficiente que el proceso tradicional de amalgamación con mercurio.

(por Fabián Sandoval Moreano & Jorge Albán Gómez, 2000)

Fig. 2 Zonas Mineras del Ecuador (ECUADOR, 2013)

2.2.2 Pequeña minería en Ecuador

La pequeña minería en Ecuador está integrada por tres sectores claramente identificados:

De subsistencia: Actividad extractiva llevada a cabo por segmentos marginales de la

población, que complementa sus ingresos monetarios, principalmente agrícolas, con

labores mineras a escala muy reducida. Una expresión de esta actividad es el platáneo con

bateas del oro aluvial, en yacimientos secundarios a orillas de los ríos, o la extracción de

arena, piedra y carbonato de calcio de yacimientos primarios.

Artesanal: Se caracteriza por su informalidad legal; uso intensivo de mano de obra,

particularmente no calificada; ausencia de planificación; poco capital; escasa tecnología;

baja productividad; reducida cultura ambiental; alta contaminación.

13

Fig. 3 Minería artesanal que ejecutan la extracción de arena en sectores como Los Ranchos,

Los Tamarindos,

Los Arenales y otros de la parroquia Crucita. (Minería en Línea, 2015)

En pequeña escala: Actividades extractivas legalmente constituidas sobre una concesión

máxima de 150 hectáreas mineras; con incorporación de tecnología mediana; cuadros

profesionales; procesos de planificación productiva; volúmenes de mineral extraído de

hasta 100 Tm diarias; cultura empresarial; una inversión de hasta un millón de dólares

USA; medidas básicas de prevención y control de la contaminación. (por Fabián Sandoval

Moreano & Jorge Albán Gómez, 2000)

14

Fig. 4 Minería a pequeña escala (Grupo de Diálogo Minería y Desarrollo Sostenible, 2016)

2.2.3 Agua de mina

El agua que ingresa a la mina juega un papel muy importante en cada etapa de la misma. Cada

gota de agua que comienza como lluvia para luego alimentar los ríos y lagos que posteriormente

será usada en cada una de las operaciones de la mina.

Cuando se cierra una mina, se realizan trabajos para desviar el agua de la mina, aunque cierta

cantidad de agua es tratada y reutilizada nuevamente en cada proceso.

2.2.4 Drenaje acido de la minería (DAM)

Cuando las grandes extensiones de rocas que contienen minerales sulfatados son excavadas en

tajo abierto o en vetas en minas subterráneas, estos materiales reaccionan con el aire y con el

agua para crear ácido sulfúrico. Cuando el agua llega a un cierto nivel de acidez, un tipo de

bacteria común llamada "Tiobacilus Ferroxidante", suele aparecer acelerando el proceso de

oxidación y acidificación, produciendo un lixiviado más los desechos que generan los residuos

de los metales.El ácido producido lixiviara la roca mientras que la roca fuente este expuesta al

aire y al agua, este proceso seguirá hasta que los sulfatos sean extraídos completamente; este

15

proceso puede durar cientos o quizás miles de años. El ácido es transportado desde la mina por

el agua, las lluvias o por corrientes superficiales y luego depositado en los estanques de agua,

arroyos, lagos ríos y mantos acuíferos cercanos. El drenaje acido de la minería degrada

severamente la calidad del agua y puede destruir la vida acuática, así como volver el agua

totalmente inservible. (REVILLA, 2018)

Fig. 5 Distrito Minero Afectado por Drenaje Ácido de Mina (Virginia, 2010)

2.2.5 Metales pesados

La contaminación del agua es causada por algunos metales pesados tales como el cobre, el

plomo, el arsénico, el cadmio, el cobalto, la plata, el zinc y el oro, estos se encuentran en las

rocas excavadas o expuestas en vetas en una mina subterránea que entran en contacto con el

agua. Los metales que son extraídos son llevados rio abajo, mientras que el agua limpia la

superficie rocosa. Aunque los metales pueden ser transportados en condiciones de pH neutral,

la lixiviación es particularmente acelerada en condiciones de pH bajo, tales como las creadas

por el drenaje ácido de minería. (REVILLA, 2018)

16

Fig. 6 Rocas de Metales pesados (EcuRed, 2011)

2.2.6 Cobre

El cobre es un elemento metálico de color rojo pardo, brillante, maleable y dúctil; más pesado

que el níquel y más duro que el oro y la plata. Provino de las profundidades de la tierra hace

millones de años, impulsado por los procesos geológicos que esculpieron nuestro planeta. Al

llegar cerca de la superficie dio origen a diversos tipos de yacimientos. Es un metal que ocurre

naturalmente en el ambiente en rocas, el suelo, el agua y el aire. Es esencial para plantas y

animales (incluso seres humanos), lo que significa que es necesario para la vida. Por lo tanto,

las plantas y los animales deben absorber cobre de los alimentos o bebidas que ingieren, o del

aire que respiran. Los compuestos de cobre son usados comúnmente en la agricultura para tratar

enfermedades de las plantas, como el moho, para tratar agua, y como preservativos para

alimentos, cueros y telas. Todo el mundo debe absorber pequeñas cantidades de cobre

diariamente debido a que el cobre es esencial para la salud. Los niveles altos de cobre pueden

ser dañinos (ATSDR, 2004b).

En la actualidad la mayor parte del cobre disponible aparece disperso en grandes áreas,

mezclado con material mineralizado y con roca estéril. Estos son los yacimientos porfíricos,

que sólo pudieron ser explotados cuando se desarrollaron las habilidades metalúrgicas

necesarias para separar y recuperar el metal. Hay una gran cantidad de compuestos que

17

contienen Cobre, que se clasifican en dos grupos: los minerales sulfurados y los minerales

oxidados (Icarito, 2011).

Fig. 7 Roca de cobre (Una web para aprender más sobre minerales | 10 años en la red., 2018)

2.2.7 Arsénico

El arsénico es un elemento y un mineral que se encuentra distribuido ampliamente en el

ambiente (ATSDR13, 2007a), ocupa el lugar número 20 entre los elementos más abundantes

de la corteza terrestre y está ampliamente distribuido en rocas y suelos, en las fuentes de agua

natural y en pequeñas cantidades en todos los seres vivos (Wang & Mulligan, 2006). Se

encuentra naturalmente en el océano, pero los sedimentos en el fondo del mar filtran el agua

de mar, lo que mantiene bajo los niveles de arsénico natural. Sin embargo, el arsénico también

es vertido en el mar por las aguas residuales de las plataformas de petróleo y de los vertidos

accidentales de petróleo y las fugas de los depósitos de petróleo en el subsuelo (Chávez, 2010).

Fig. 8 Arsénico y minería del cobre (EcoMetales, 2017)

18

2.2.8 Moluscos

Los moluscos o vertebrados de cuerpo blanco forman parte de los grupos más grandes de la

tierra luego de los artrópodos. Su nombre proviene del latín "mollis", que significa suave,

flácido, ya que no constan con un esqueleto interno que los sostenga, en algunos casos son

protegidos por una concha calcárea con simetría bilateral. La estructura corporal se divide en

tres partes:

1. La cabeza. - se encuentran los tentáculos y la boca.

2. El pie muscular. - el cual permite su desplazamiento.

3. El manto. - sirve de protección para las vísceras.

Su clasificación se da en tres grandes grupos como son: los cefalópodos, los bivalvos y los

gasterópodos.

Fig. 9 Tipos de molusco: Gaterópodo,Bivalvos y Cefalópodos (Francisco, 2011).

19

2.2.9 Anadara tuberculosa

Anadara tuberculosa o concha negra es un bivalvo perteneciente a la Familia Arcidae, Género

Anadara, especie tuberculosa conocida en Perú “concha negra”,” concha prieta” o “concha

hembra” en Ecuador y “piangua” en Colombia. La Anadara tuberculosa grande alcanza tallas

de 8 centímetros de longitud, aunque el promedio más común es de 6 centímetros.

Su habitad es en sustratos suaves y fangosos, arcillosos o limo-arcillosos, enterrados en el fango

entre las raíces de los árboles de mangle a profundidades de 10 a 30 centímetros en sectores de

mayor salinidad y al momento de bajar la marea muchas de estas quedan expuestas a la

superficie. Con respecto a su alimentación se puede decir que son filtradores, utilizando las

branquias además de su función respiratoria para la obtención de su alimento es el

"fitoplancton”. La forma de las conchas es ovalada de color blanco pero cubierta por una costra

rojiza o negruzca que presenta entre 33 a 37 costillas radicales en cada valva. Con respecto a

su reproducción hay machos y hembras, su proceso de fertilización ocurre externamente

cuando alcanzan de 23 a 26 milímetros de longitud. (ANADARA TUBERCULOSA, 2019)

Fig. 10 Vista exterior e interior de las valvas de Anadara tuberculosa mostrando algunas de

sus partes (ANADARA TUBERCULOSA, 2019)

20

2.2.10 Concha de los moluscos

La concha de los moluscos son estructuras de suma importancia para su adaptación ya que les

sirve como defensa contra otros animales y de anclaje o soporte de las partes blandas. Esta

concha está formada por dos minerales que son aragonito y calcita cuya composición química

es la misma que el Carbonato Cálcico. Los dos minerales son polimorfos de Carbonato Cálcico

lo que los diferencia es la ordenación de sus moléculas dentro de sus redes cristalinas con

diferentes simetrías, denominados sistemas cristalinos (trigonal en calcita y ortorrómbico en

aragonito) [Fig.3], lo que hace que los cristales de ambos minerales tengan morfologías y

propiedades mecánicas y optimas diferentes. Varios moluscos han reducido o perdido la concha

secundaria y la han reemplazado por defensas químicas (nudibranquios) o por una gran

eficiencia hidrodinámica (cefalópodos endococleados). (CHECA, 2017)

Fig. 11 Calcita y aragonito son dos polimorfos de CaCO3 con que los moluscos construyen

sus conchas. La calcita es un polimorfo estable en condiciones ambientales en cambio el

aragonito es un polimorfo de alta presión. (Imágenes de Antonio Checa) (CHECA, 2017)

Al cerrarse la concha, la valva derecha se dobla y se adapta al interior de la valva izquierda ya

que esta es más rígida, así se logra un cierre completo de la concha, esto es útil frente a

depredadores o de una forma intermareal como un mecanismo para evitar la deshidratación.

21

Fig. 12 Modo de alimentación de los Bivalvos (Francisco, 2011)

2.2.11 Carbonato de calcio en conchas

El carbonato de calcio es el componente principal de las calizas, es necesario que las rocas

tengan un 98,5% como mínimo de CaCO3, se usan tanto industrialmente como comercial.

Esta sustancia es común en las ricas de todas partes, además de ser el componente predominante

de las conchas, de los organismos marinos y cascara de huevo. Cuenta con un área específica

de entre los 200 y 400 cm2/g lo que permite una eliminación selectiva de diferentes compuestos

ya que es en este sitio donde se dan las interacciones entre los contaminantes y el sustrato,

consta con un volumen de poro de 0,02 cm2/g y un tamaño de poro de 105 Angstrom que resulta

beneficioso en aplicaciones como la adsorción. (EL CARBONATO DE SODIO, 2020)

Fig. 13 Concha triturada para la producción de carbonato de calcio para uso agrícola.

(Avicultura Española, 2017)

22

2.2.12 Carbón activado

El carbón activado es uno de los adsorbentes más empleado por su alta área superficial de entre

los 400 a 1.500 m2/g volumen de poros en carbonos activados de 0,02 ml/g con un tamaño en

Macroporos (>50 nm de diámetro), Mesoporos (2-50 nm de diámetro), Microporos (>2 nm de

diámetro) y su capacidad de modificación química. Posee redes interconectadas al azar que

proporciona estructuras de poros internos accesible altamente desarrollados para la absorción

de contaminantes. Muestra afinidad de sustancias polares como H2O, H2S, NH3, SO2, con

algunos alcoholes, aminas y surfactantes. (Vasco, Ramirez, Gomez., 2016)

Fig. 14 Carbón activado (CARBÓN ACTIVADO, 2020)

2.2.13 Hidrolisis

Definición de hidrólisis Proviene de las palabras griegas hidros, que significa agua y lisis que

significa ruptura. Reacción en la cual una sustancia reacciona con uno o ambos iones del agua

para generar dos productos, sin que se produzca transferencia de electrones. La hidrólisis de

una sal describe la reacción de un anión o un catión de una sal, o de ambos, con el agua. Por lo

general, la hidrólisis de una sal determina el pH de una disolución.

23

2.2.14 Tipos de hidrolisis

1. Hidrolisis de sal de ácido fuerte – base fuerte

En este caso no se produce casi hidrolisis. Por ejemplo, NaCl, esta sal proviene del HCl y del

NaOH, por lo tanto, Na+ y Cl-, serán respectivamente débiles. Na+ + H2O no hay reacción y

el pH en este caso será neutro.

2. Hidrolisis de sal de ácido débil – base fuerte

Para este caso la debilidad del ácido (anión) generará iones hidroxilo, mientras que el catión,

siendo fuerte no reaccionará. Por ejemplo, NaCl (Na+ CN-), la cual proviene del HCN (ácido

débil) y del NaOH (base fuerte), por tanto, Na+ será débil y CN- fuerte. Na+ + H2O no hay

reacción CN- + H2O; HCN+ OH-, por tanto, el pH será básico.

3. Hidrolisis de al de ácido fuerte – base débil

Contrario al anterior la debilidad de la base (catión) generará iones hidronio (hidroxomio)

mientas que los aniones no reaccionarán. Por ejemplo, NH4Cl (NH4+ Cl-) que provienen del

HCl (ácido fuerte) y del NH3 (base débil) por lo que NH4+ será fuerte y el Cl- será débil Cl-

+ H2O no hay reacción NH4+ + H2O; NH3 + H3O, por tanto, el pH resultante será ácido.

4. Hidrolisis de sal de ácido débil – base débil

Por la alta reactividad de los cationes como de los aniones, habrá un equilibrio mayor o menor

en la reacción que producirá tantos iones hidroxilo como hidróxidos. Por ejemplo, NH4 CN

(NH4+ CN-) que proviene del HCN (ácido débil) y del NH3 (base débil), por tanto, NH4+ y

CN- serán fuertes.NH4+ + H2O; NH3+ H3O+, por tanto, el pH de esta reacción será neutro.

(Raffino, 2020)

24

Fig 15 Hidrolisis de Sales: Hidrolisis del Cloruro de Sodio. (Moreno, 2017-2018)

2.2 MARCO CONCEPTUAL

Biosorción

La biosorción se ha considera como una opción viable para la eliminación de metales en aguas

residuales, una de las principales ventajas es el uso de biosorbentes de bajo costo, mediante la

reutilización de residuos como los residuos de alimentos agrícolas siendo son más accesibles y

de muy bajo costo en comparación a los absorbentes como el carbón activado o las resinas de

intercambio iónico de uso comercial.

La biosorción se genera mediante una fase sólida y las sustancias que serán absorbidas en este

caso los metales pesados. Entre los mecanismos de acción de la biosorción tenemos:

Intercambio Iónico

Es el intercambio iónico entre dos electrolitos o una solución de electrolitos con gran

de cantidad de sales como Na+, K+, Ca2 + y Mg2+ y un complejo.

25

Adsorción

Proceso en el que los átomos o moléculas de una determinada sustancia se adhieren o

permanecen en la superficie de otra sustancia a través de las fuerzas de van der Waals

y atracciones electrostáticas.

Formación de complejos

Mediante la unión del metal a sustancias prominentes en el biosorbentes.

Precipitación

Precipitación de sustancias tóxicas mediante la variación de pH o en presencia de

microorganismos.

La contaminación por metales pesados se debe a que no pueden degradar químicamente ni

biológicamente, sino que se van acumulando alcanzando elevadas concentraciones siendo

perjudicial para la salud del ser humano.

26

Tabla 2. Ventajas e Inconvenientes de Tratamientos de Agua Residual para eliminación de

metales pesados.

TRATAMIENTOS

VENTAJAS

INCONVENIENTES

Precipitación Química

Bajo coste de Inversión

Operación Simple

Formación de barros o

residuos.

Costes de tratamientos de

residuos

Osmosis Inversa

Elevada eliminación de

efluente puro

Alto consumo energético.

Ensuciamiento de la

membrana.

Elevado costo.

Intercambio Iónico

Muy efectivo

Alto costo de la resina.

Sensible a partículas.

Adsorción sobre el carbón

Activado

Tecnología Convencional

Alto costo del carbón

Activado.

Electrodiálisis

Operación Simple

Elevado consumo energético

Extracción con disolventes

Operación Simple

Contaminación cruzada.

Coagulación –Floculación

Alta eficacia de Eliminación

Formación de barros o

residuos

Fuente: ((U.P.C.), 2017)

27

pH = 5

Biosorción

Filtración

DBO (mg/L)

Análisis de

Laboratorio

Sedimentación

Solución de HCl

Caracterización de la muestra

enviada a un laboratorio de

aguas acreditado

Sin ajuste de pH Ajustar pH

Protocolo de toma de muestra

Toma de muestra

Adsorción:

Carbón Activado

pH

2.3.3 Diagrama de flujo

Color (Pt Co)

Concentración de Arsénico (mg/L)

Concentración de Cobre (mg/L)

Concentración de

Metales Pesados (mg/L)

Análisis de resultados

Turbidez (NTU)

Agua Residual

28

2.4 MARCO CONTEXTUAL

El campo de la minería se ha convertido en un enfoque importante para el Ecuador, por el

potencial con el que cuenta el país, grandes firmas internacionales han colocado su atención en

este territorio. En la actualidad hay una serie de métodos y procesos para el tratamiento de

aguas residuales que consisten en realizar varios procesos para poder eliminar contaminantes

físicos, biológicos o químicos de las aguas, con el único fin de producir efluentes no

contaminantes, con la propuesta expuesta consiste analizar el agua residual de una planta

minera ubicada en La Fortuna de la provincia del Azuay con un método que beneficiara a la

Industria minera de nuestro país, con el reemplazo de químicos por un producto elaborado de

desechos como lo es el molusco llamado "Anadara tuberculosas", siendo más económico ya

que para tratar las aguas residuales se necesita de tratamientos con costos elevados con el fin

de ajustarse a los parámetros permisibles. La industria de la minería al ir ganando campo dejan

de lado el tratamiento de sus aguas residuales usadas en varias etapas del proceso, siendo así

que las eliminan o descargan directamente a efluentes como ríos, lagos entre otros; sin darse

cuenta el daño provocado al medio ambiente y a la salud de pueblos que se sirven de dichas

aguas, el proceso que exponemos se lo realiza con el fin de desarrollar tecnologías amigables

con el medio ambiente dándole un valor agregado a un residuo que se genera del molusco,

impulsando a la mejora del país.

2.5 MARCO LEGAL

Constitución de la República del Ecuador. Registro Oficial No. 449, del 20 de octubre

del 2008.

Código Orgánico Integral Penal. Registro Oficial No. 180, del 10 de febrero del 2014.

Código Orgánico de Ambiente. Suplemento del Registro Oficial No. 983, del 12 de

abril del 2017.

29

Ley de Minería. Registro Oficial Suplemento No. 517, del 29 de enero del 2009.

Ley Orgánica Reformatoria a la Ley de Minería. Registro Oficial No. 037, del 16 de

Julio del 2013.

Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y Aprovechamiento del Agua. Segundo

Suplemento del Registro Oficial No. 305, del 06 de agosto del 2014.

Decreto Ejecutivo 119, Reglamento General de la Ley de Minería. Suplemento del

Registro Oficial No. 67, del 16 de noviembre del 2009.

Decreto Ejecutivo 650. Reglamento a la Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y

Aprovechamiento del Agua. Primer Suplemento del Registro Oficial No. 483, del 20

de abril del 2015.

Decreto Ejecutivo 752. Reglamento al Código Orgánico del Ambiente. Suplemento

del Registro Oficial No. 507, del 12 de junio del 2019.

Acuerdo Ministerial 026, Procedimientos para Registro de Generadores de Desechos

Peligrosos, Gestión de Desechos Peligrosos Previo al Licenciamiento Ambiental y

para el Transporte de Materiales Peligrosos. Segundo Suplemento del Registro

Oficial No. 334, del 12 de mayo del 2008.

Acuerdo Ministerial 037, Reglamento Ambiental de Actividades Mineras. Segundo

Suplemento del Registro Oficial No. 213, del 27 de marzo del 2014.

Acuerdo Ministerial 080, Reforma al Reglamento Ambiental de Actividades Mineras.

Suplemento del Registro Oficial No. 520, del 11 de junio del 2015.


Registro Oficial No. 79, del 12 de Julio del 2016.


Edición Especial del Registro Oficial No. 886, del 23 de abril del 2019.

Acuerdo Ministerial 020, Reforma al Acuerdo Ministerial 009 del 24 de enero del

30

2019. Edición Especial del Registro Oficial No. 865, del 12 de abril del 2019.

Acuerdo Ministerial 061, Reforma del Libro VI del Texto Unificado de Legislación

Secundaria del Ministerio del Ambiente. Edición Especial No. 316 del Registro

Oficial del 4 de mayo del 2015.

Acuerdo Ministerial 109, Reforma al Acuerdo Ministerial 061, publicado en la

Edición Especial del Registro Oficial No. 316 de 04 de mayo de 2015. Edición

Especial No. 640 del Registro Oficial del 23 de noviembre del 2018.

Acuerdo Ministerial 013, Reforma al Acuerdo Ministerial 109, publicado en la

Edición Especial del Registro Oficial No. 640 de 23 de noviembre de 2018. Registro

Oficial No. 466, del 11 de abril del 2019.

Acuerdo Ministerial 097-A, Anexos del Texto Unificado de Legislación Secundaria

del Ministerio del Ambiente. Edición Especial No. 387 del Registro Oficial del 4 de

noviembre del 2015.

Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2266:2013; Transporte, Almacenamiento y

Manejo de Materiales Peligrosos. Requisitos. Registro Oficial No. 881, del 29 de

enero del 2013.

Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2288:2000; Productos Químicos Industriales

Peligrosos. Etiquetado de Precaución. Requisitos. Registro Oficial No. 117, del 11 de

julio del 2000.

Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2841:2014; Gestión Ambiental.

Estandarización de Colores para Recipientes de Depósito y Almacenamiento

Temporal de Residuos Sólidos. Requisitos. Del 28 de marzo del 2014. Registro

Oficial No. 214, del 28 de marzo del 2014.

31

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

3.1 Metodología de la investigación

Este trabajo de investigación consta de pruebas experimentales con la finalidad de demostrar

la efectividad que tiene la valva o concha Anadara tuberculosa en la remoción de metales

pesados en el agua residual de mina. El análisis del agua se lo realizo en el laboratorio de Agua,

Petróleo y Medio Ambiente de la Universidad de Guayaquil. El procedimiento que se realizó

en primera instancia fue el tratamiento de la valva para ajustar el pH y eliminar cualquier tipo

de materia orgánica presente, realizando varios procesos con la misma finalidad, posterior se

agregó el agua residual de la mina en la valva tritura monitoreándolo para observar el

comportamiento de la misma y observar los resultados obtenidos.

3.2 Nivel de investigación

El presente trabajo de investigación es de tipo aplicativo porque se requiere realizar una

evaluación del éxito de la intervención del tratamiento o de la solución al problema, se supone

que en este último nivel interviene en las unidades de estudio, para lograr un resultado positivo

y transformar positivamente la realidad.

Además, es descriptiva por lo que implica observar y describir el comportamiento de las

variaciones de la muestra y los resultados obtenidos de cada una.

Se aplica la investigación longitudinal debido a que las variables van a ser tomadas en más de

dos ocasiones para obtener un antes y después del tratamiento realizado al agua residual.

32

3.3 Diseño de investigación

En este proyecto se llevó a cabo una investigación de tipo experimental, la cual consistió en

someter el agua residual de mina en una cierta cantidad de valva o concha Anadara tuberculosa

trituradas, para observar cuales son los efectos que produce la valva en el agua residual.

3.4 Materiales y equipos

Tabla 3. Materiales y equipos requeridos

Materiales Equipos Reactivos

1 Pliego Papel Filtro Nº 1

corrugado.

4 Vasos precipitados de

1000 ml

1 Embudo de plástico

Matraz Erlenmeyer de

1000ml

Residuo sólido de la

Anadara Tuberculosa (valva

o concha)

Una caneca Agua residual

de mina

Triturador (diseñado por

autores)

Estufa de secado (T de

190°C)

Balanza (balanza SF-400)

Agitador magnético

(prototipo casero):

Regulador de potencia

Ventilador de PC.

4 Imanes de neodimios

Caja plástica para

instalación eléctrica.

Hidróxido de Sodio comercial o

escamas.

(NaOH concentración 0.2 M)

HCl (Ácido Clorhídrico o ácido

muriático al 20% a 0.1 M)

1 Galón de Agua destilada.

Desmineralizada.

Elaborado por autores

33

3.5 Diseño experimental

3.5.1 Recolección de la materia prima

La recolección de la valva o concha Anadara tuberculosa se la realizo en el mercado La

Caraguay al sur de la ciudad de Guayaquil, el estado en que se recolecto la valva fue en estado

fresco sin haberlas sometido a cocción y la recolección del agua residual de mina se la realizo

en los exteriores de la mina "La fortuna" del Cantón Ponce Enrique, en las piscinas de

sedimentación.

Fig. 16 Valva o concha Anadara tuberculosa Fig. 17 Agua residual de mina

3.5.2 Tratamiento de la materia prima

Una vez obtenida las conchas se procede a realizar un lavado únicamente con agua para evitar

intervenciones en los resultados al usar cualquier tipo de material para lavarlas.

34

Fig. 18 Lavado de las conchas

3.5.3 Secado de la valva o concha Anadara tuberculosa

Después de lavar la valva se dejó secar al aire libre en presencia de luz solar durante una

semana, la valva o concha de la Anadara tuberculosa o concha negra, presento un

desprendimiento en su color característico oscuro, parcialmente en forma de ceniza

volviéndose la valva más blanquecina que oscura.

Fig. 19 Valva o concha Anadara tuberculosa, presentando desprendimiento de su color

característico

3.5.4 Trituración de la valva o concha

Una vez secada la concha empezamos a realizar el proceso de trituración, se pesaron 30 gramos

de valva triturada para agregar en la solución de hidróxido de sodio a 0.2 M, se observaba el

desprendimiento del color oscuro de la valva.

35

Fig. 20 Valva o concha triturada

3.5.5 Enjuague de la valva con ácido clorhídrico o ácido muriático

Se procedió a enjuagar con abundante agua destilada para agregar la valva en la solución de

ácido clorhídrico o ácido muriático al 20% a 0.1 M, con esto se logrará ajustar el pH a 5,

eliminando la materia orgánica presente.

3(s) +2() → 2(ac) +23(ac)

Reacción de efervescencia entre Carbonato de calcio y Ácido clorhídrico

Fig. 21 Inicio de la efervescencia Fig. 22 Final de la efervescencia

36

Al término de la efervescencia, la materia orgánica presente en la valva quedó suspendida en

la solución, donde se procedió a separar la valva y enjuagar con abundante agua destilada para

proceder a secar la valva para utilizar en el tratamiento de agua de mina.

3.5.6 Secado de la valva o concha

Luego de haber enjuagado la valva con agua destilada se llevó a cabo el secado a una

temperatura de 190ºC por un tiempo de 90 minutos para la eliminación del exceso de agua en

su totalidad.

Fig. 23 Secado de la valva

3.5.7 Agitación de la muestra

Se colocó 1000ml de agua de mina en un vaso precipitado y luego con el agitador magnético

se procedió a agitar por el transcurso de una 1 hora. Luego se fue añadiendo la valva al agua

residual mientras se agitaba manualmente posterior a esto se dejó reposar la mezcla

observándola cada cierto tiempo.

37

Fig. 24 Mezcla del agua residual de mina con la valva

3.5.8 Proceso de sedimentación y decantación

En los 1000ml de agua de mina colocados en un vaso precipitado se logró observar que su

turbidez inicial iba disminuyendo, al haber transcurrido los 90 minutos, en la parte inferior del

vaso precipitado se observó el descenso del lodo o sedimento que estaba presente en el agua

residual, lo cual se fue precipitando con facilidad por efecto de gravedad. Por ello en la mina

la Fortuna utilizan piscinas de sedimentación acumulando alto contenido de sedimentos para

luego proceder a la decantación y reutilización del agua.

Al trascurrir las 24 horas el agua se tornó totalmente incolora y se procedió a la filtración de la

muestra mediante un embudo y papel filtro.

Fig. 25 Inicio de la filtración por medio de papel filtro

38

3.5.9 Obtención del agua residual luego de la filtración

Al finalizar el proceso de sedimentación y decantación se procedió a una filtración de la

muestra en papel filtro quedando como resultados las costras de la concha con una cantidad de

sedimento con un tono de gris con café y por otra parte el agua filtrada que a diferencia del

inicio presenta una aclaración notoria.

Fig. 26 Final de la filtración por medio de papel filtro

Fig. 27 Agua obtenida luego de la filtración

39

3.5.10 Procedimiento del tratamiento del agua de mina con Carbón Activado

Para este procedimiento se colocaron 1000ml de agua de mina en un vaso de precitado, luego

de esto se pesaron 30 gramos de carbón activado.

Luego se procedió a agitar con el agitador magnético por el transcurso de 1 hora, luego de eso

se dejó reposar la mezcla la mezcla esperando obtener los resultados.

Fig. 28 Mezcla del agua de mina con Carbón activado

40

Enjuagar

Mezclar Disolución de

HCl a 0.1 M

Agua destilada

Filtrar

Sedimentación Mezclar con

carbón activado

para la absorción

Recepción de la valva

Selección y limpieza

Lavado

Secado

Solución

pH= 5

Secar

Mezclar con el producto

secado para generar la

biosorción

Filtrar Añadir Disolución de

HCl a 0.1 M

Agua Residual de Mina

Análisis de Parámetros

3.5.10 Proceso experimental

Filtrar

Mezclar

Disolución de

OHNa a 0.2 M

t= 2 Horas

Trituración

41

CAPITULO IV

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS FISICOQUIMICAS DEL AGUA DE

MINA SIN TRATAR

Muestra 1000ml

Tabla 4. Resultados del análisis inicial físico químicos del agua residual de mina.

Parámetros

Concentraciones

Unidades

Límites máximos

permisibles

Potencial de

hidrogeno

7.33

6 - 9

Color

328

Pt/Co

75

Turbidez

983

NTU

100

Demanda

Bioquímica de

Oxigeno

29

mg/l

< 4

Concentración de

Cobre

0.57

mg/l

2

Concentración de

Arsénico

0.3922

mg/l

0.1

Fuente: Laboratorios de aguas, petróleo y medio ambiente de la Universidad de

Guayaquil,2020.

42

En la tabla 4 se puede observar la caracterización de los parámetros de contaminación del agua

de mina, dando los valores iniciales en que se cuenta el agua de mina, con el objetivo de

disminuirlo y al finalizar conocer el porcentaje de remoción comprobando la efectividad de la

valva.

4.2 OBTENCIÓN DEL BIOSORBENTE DE LA CONCHA O VALVA DE ANADARA

TUBERCULOSA.

Se obtuvieron 30 gramos de valva triturada.

Se agrego la valva en una solución de hidróxido de sodio al 0.2 M para controlar la acidez del

agua.

Luego se ajustó el pH con ácido clorhídrico o ácido muriático al 0.1M.

4.2.1 Cálculos de las disoluciones de Hidróxido de sodio y Ácido Clorhídrico.

Disolución de 0.2 M de Hidróxido de sodio (comercial) en 500 ml de agua.

Peso Molecular del NaOH = 40

500 ml disolución de Na OH × 0.2 1000

100 = 4.21 g NaOH Comercial 95

× 40

×

1

4.2.2 Disolución de Ácido Clorhídrico o Ácido Muriático al 20 % en 500 ml de agua.

Densidad (20ºC) = 1.09

Peso Molecular del HCl = 36.46

1 ó ×

100 ó ×

36.46 ×

0.1 × 0.5 = 8.36

1.09 ó

20

1 1

43

Decantación Graf. 1 Reducción de Cobre y Arsénico

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

Antes de la filtración Despues de la filtración

Cobre Arsénico

4.3 ANALISIS DE LA REDUCCIÓN DE COBRE Y ARSÉNICO "DECANTACIÓN Y

VALVA"

4.3.1 Muestra 1 "Decantación"

Tabla 5. Análisis de la reducción de Cu y As después de proceso de decantación

Metales Antes de la filtración Después de la filtración Porcentaje

Cobre 0.57 0.12 78.94 %

Arsénico 0.3922 0.249 36.51 %

Fuente: Anexo 1.4

Fuente: Elaborado por autores

4.3.2 Muestra 2 "Concha Anadara tuberculosa"

Tabla 6. Análisis de la reducción de Cu y As después del proceso con la concha

Anadara Tuberculosa


Cobre 0.57 0.07 87.71 %

Arsénico 0.3922 0.2403 38.73 %

Fuente: Anexo 1.5

44

Concha Anadara Tuberculosa

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0


Cobre Arsénico

Graf. 2 Reducción de Cobre y Arsénico


4.4 ANALISIS DE LA REDUCCIÓN DE COBRE Y ARSÉNICO CON EL CARBÓN

ACTIVADO

4.4.1 Muestra 3 "Variable de Carbón activado"

Tabla 7. Análisis de la reducción de Cu y As después del proceso con

Carbón activado


Cobre 0.57 0.87 52.63 %

Arsénico 0.3922 0.2576 34.31 %

Fuente: Anexo 1.6

45

Variable de Carbón Activado

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0


Cobre Arsénico

Comparación Valva/Carbón activado

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0 Inicial Valva Carbón activado

Cobre Arsénico

Graf. 3 Aumento de Cobre y disminución de Arsénico


4.5 COMPARACIÓN ENTRE LA VALVA Y EL CARBÓN ACTIVADO

Tabla 8. Comparación del biosorbente propuesto (valva) con el carbón

activado.

Metales Inicial Valva Carbón activado

Cobre 0.57 0.07 0.87

Arsénico 0.3922 0.2403 0.2576

Graf. 4 Comparación de la reducción de metales entre la valva y el carbón activado


46

Se compararon ambos resultados con respecto a los valores iniciales del agua de mina,

observando una disminución con respecto a la valva en ambos metales cobre y arsénico, pero

se puede notar que para el carbón activado ahí un aumento en cobre, pero para arsénico si

presenta una leve disminución.

4.5 VARIACIONES DE BIOSORBENTE EN EL AGUA DE MINA

Agua residual de Mina: 1000 ml

Temperatura Ambiente

Tabla 9. Análisis de la variación de los metales pesados correspondiente a la

biosorción

Peso de la valva

Concentración de

Metales Pesado cobre

(mg/L)

Concentración de Metales

Pesados: Arsénico

(mg/L)

10 gramos 0.21 0,080

30 gramos 0,07 0,2403

50 gramos 0,042 0.144

Fuente: Realizado por autores

4.6 CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS

Agua residual de Mina 1000 ml

Temperatura Ambiente

Biosorbente: 30 gramos

Adsorbente: 30 gramos

47

Remoción de cobre y ársenico

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

Decantación valva de A. tuberculosa Carbón Activado

Porcentaje de remoción de cobre Porcentaje de remocion de arsenico

Tabla 10. Concentración de metales pesados en la cantidad de 30 gr, por diferentes métodos

Método


Pesado cobre

(mg/L)


Pesados: Arsénico

(mg/L)

Decantación 0,12 mg/l 0,2490 mg/l

Valva de A. tuberculosa 0,07 mg/l 0,2403 mg/l

Carbón Activado 0,87 mg/l 0,2576 mg/l

Fuentes: Realizado por autores

Graf. 5 Concentración de Cobre y Arsénico por diferentes métodos


4.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la Tabla 4 se pueden observar los valores iniciales en los que se encuentra el agua residual

de mina antes de ser sometida a algún tipo de tratamiento. Posterior a esto el agua se sometido

a diferentes tratamientos de los cuales en el proceso de decantación se observó una diferencia

48

en la reducción de metales pesados dando como resultado 0.12 mg/L para Cobre y 0.2403 mg/L

para el Arsénico. Tabla 5.

En el proceso con la concha o valva anadara tuberculosa se pudo observar una diferencia en la

reducción de metales dando como resultado 0.07 mg/L para Cobre y 0.2403 mg/L para el

Arsénico. Tabla 6.

En el proceso con el carbón activado se observó una diferencia en la reducción de metales

dando como resultado 0.87 mg/L para Cobre presentando un aumento al valor inicial y 0.2576

para el Arsénico. Tabla 7.

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIÓN

El análisis inicial de los parámetros físico químicos de la muestra del agua residual de

mina, determino que los valores iniciales en lo que se encontraba el agua antes de ser

sometida a algún tratamiento son pH de 7.33, color 328 Pt/Co, turbidez 983 NTU, DBO

29 mg/l, cobre de 0.57 mg/l y 0,3922 mg/l de arsénico que exceden los límites máximos.

El biosorbente se lo obtuvo debido a su composición del 90% de carbonato de calcio,

se usaron 30 gramos agregándolos en una solución de hidróxido de sodio y luego en

una solución de ácido clorhídrico para ajustar su pH a 5, presentando una suspensión

de la materia orgánica

El proceso con la valva fue el más óptimo ya que presento mayor remoción de metales

a diferencia de los otros dos procesos; por decantación hubo reducción del 78.94% para

49

cobre y 36.51% para arsénico y en el caso del carbón activado hubo un aumento del

52.63% para cobre y una reducción del 34.31% para arsénico.

De acuerdo con los resultados obtenidos se ha podido establecer que, la valva de

anadara tuberculosa presenta una capacidad de remoción del 87.71 % para cobre y

38.73% para Arsénico y el carbón activado hubo un aumento del 52.63% para cobre y

una reducción del 34.31% para arsénico, mostrando la eficiencia del biosorbente

propuesto.

RECOMENDACIONES

Debido a que la concha o valva anadara tuberculosa es un residuo sólido que por lo

general no lo reutilizan generándose grandes cantidades de este material por ende se

recomienda usarlo el en el agua residual proveniente de diferentes industrias como la

textil, papelera y cosméticas ya que generan gran cantidad de efluentes de distintos

procesos.

Al ver obtenido resultados óptimos en este trabajo se sugiere realizar estudios más

afondo de la valva con el fin de ser usado no solo como biosorbente de metales en el

tratamiento de aguas residuales, sino además, ser usado para otros fines como en la

avicultura y en el sector agrícola debido a su contenido de carbonato de calcio.

50

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http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/Actualizaciones/metales/metales.htm

http://www.forodeminerales.com/2018/02/cobre-propiedades-caracteristicas-y-

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http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/Actualizaciones/metales/metales.htm

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GLOSARIO

Afluente

Es el agua, agua residual u otro líquido que ingrese a un reservorio, planta de trata

miento o proceso de tratamiento.

Efluente

Líquido que sale de un proceso de tratamiento.

Contaminación del agua

Introducción en el agua de elementos o compuestos objetables o dañinos, en una concentración

tal que la hacen no apta para el uso deseado.

Agua potable

Es el agua apta para consumo humano, es decir, el agua que puede beberse directamente o

usarse para lavar y/o preparar alimentos sin riesgo alguno para la salud.

Aguas residuales

Las aguas residuales son aguas usadas, domesticas urbanas y de residuos líquidos industriales

o mineros, estos causan gran contaminación al ecosistema, al llegar al rio producen la reducción

de oxígeno a niveles tan bajos que todo ser vivo no resiste a las nuevas condiciones y muere.

(ALARCÓN, 2019)

La mayor parte de estas aguas son descargadas en ríos, lagos, mares, o en el suelo a cielo abierto

en otros casos son conducidos a pozos sépticos y rellenos sanitarios.

Los desechos sin ningún tratamiento ocasionan fuertes daños que afectan a la flora y la fauna,

para que estén en condiciones de ser devueltos a la naturaleza se deben llevar a cabo

tratamientos adecuados que sean capaces de transformar las condiciones físicas, químicas y

microbiológicas. (HÉCTOR, 2017)

Turbidez

La turbidez del agua es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido

a la presencia de partículas en suspensión; mide la claridad del agua, el tamaño de estas

partículas varía desde 0,1 a 1.000 nm (nanómetros) de diámetro. Elevados niveles de turbiedad

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pueden proteger a los microorganismos de los efectos de la desinfección y estimular la

proliferación de bacteria.

Una alta turbidez suele asociarse a altos niveles de microorganismos como virus, parásitos y

algunas bacterias.

MÉTODOS DE ANÁLISIS Método Nefelométrico son expresados en UNT (Unidades

nefelométricas de Turbidez

Adsorción

El proceso de adsorción consiste en la captación de sustancias solubles en la superficie de un

sólido. Un parámetro fundamental es este caso será la superficie específica del sólido, dado

que el compuesto soluble a eliminar se ha de concentrar en la superficie de este. Es considerado

como un tratamiento de refino, y por lo tanto al final de los sistemas de tratamientos más

usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico.

Biofiltro

Se lo usa para el tratamiento de agua residuales debido a su capacidad de remoción de

contaminantes, consta de lechos filtrantes a diferentes dimensiones estas pueden ser anaerobias

o aerobias. (HYPATIA, 2017)

Filtración

La filtración es un proceso físico-mecánico donde se separan ciertos elementos de una mezcla

en el medio filtrante, este medio filtrante es donde las partículas serán retenidas y solo pasara

el fluido, para el medio filtrante se pueden usar uno o más filtros. (GIRALDO, 2015)

DBO

La demanda bioquímica de oxígeno es un parámetro muy importante en el estudio de aguas no

tratadas, ayuda a identificar la biodegradabilidad del material orgánico presente en el agua y

establecer la cantidad de oxígeno que se necesita para estabilizar el carbono orgánico.

DQO

La demanda química de oxígeno, es la cantidad de oxígeno que se necesita para oxidar

químicamente un material orgánico y lograr conocer las concentraciones biodegradables y las

no biodegradables de la materia orgánica, así como también compuestos inorgánicos que

pueden ser oxidados químicamente. (CARLOS MENÉNDEZ, 2018)

55

Metales pesados.

Los metales pesados son compuestos naturales que se encuentran en la corteza terrestre, son

aquellos que constan con un peso atómico y peso específico concreto. Estos metales tienden a

bioacumularse por lo que son peligrosos para la salud y afectan negativamente al organismo.

Arsénico (As)

Es un metaloide que se encuentra en el suelo de manera natural, si este metal llega a ser

consumido y llegar al organismo puede llegar a provocar enfermedades epiteliales, también

desarrollar cáncer.

Cobre (Cu)

El cobre es un metal que al acumularse en las plantas altera su normal desarrollo y en los

animales provoca envenenamiento. La mala ejecución de las aguas residuales termina en los

suelos o en el agua, alterando el pH, la actividad microbiana y la perdida de materia orgánica.

Zinc (Zn)

El cinc se lo encuentra de manera natural en los causes de agua, la presencia de este metal en

el agua puede cambiar su sabor y aumentar su turbidez.

Cadmio (Cd)

El cadmio es un subproducto de la minería y de la fundición de plomo y zinc, se lo usa en la

fabricación de fertilizantes, en los plásticos de PVC y pigmentos de pinturas, el cadmio que se

encuentra en las aguas residuales contamina los suelos que son absorbidos por los lodos y llegar

a contaminar aguas superficiales y subterráneas.

Hierro (Fe)

Este metal al entrar en contacto con el agua se oxida produciendo hidróxidos, provocando que

las aguas lleguen a tener un olor característico y tornarse de un color rojizo.

Plomo (Pb)

Es un metal pesado, flexible inelástico y se funde con facilidad, se lo considera toxico para la

salud y el medio ambiente, en los que se presentan mayores casos de intoxicación es en niños.

El plomo es resistente al contacto con ácidos sulfúricos y clorhídricos, pero se disuelve con

facilidad en el ácido nítrico

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ANEXOS

Anexo 1.1 Ficha Técnica del Sello Rojo.

57

Anexo 1.2 Ficha técnica del Ácido Clorhídrico.

58

Anexo 1.3 Límites máximos permisibles de los metales.

Recolección de una muestra de 5 conchas Anadara tuberculosa de las zonas cercas a Petroleras

y Mineras de la provincia de Esmeraldas donde se utilizaron para el análisis de metales la

espectrometría de masas.

Metales en seco (mg/kg) Rango

Arsénico 0,5 – 2,1

Azufre 1618 – 22915

Bario 0,05 – 0,2

Cadmio 0,04 – 0,8

Cobre 0,9 – 1,4

Cromo 0,2 – 0,3

Estroncio 5,5 – 16

Fósforo 500 – 1000

Magnesio 300 – 1000

Manganeso 0,6 – 1,8

Potasio 1000 – 2000

Sodio 2000 – 5000

Vanadio 0,2 – 0,5

Zinc 6,3 – 18

Tabla 11. Fuente: Datos recopilados de la Tabla VI. Metales pesados -Análisis

realizados por el Laboratorio Gruntec Environmental Services (ANGULO, 2014)

59

Anexo 1.4 Análisis de las Características del Agua.

60

Anexo 1.5 Análisis de las Características del Agua. (Decantación)

61

Anexo 1.6 Análisis de las Características del Agua. (Valva de Anadara Tuberculosa)

62

Anexo 1.7 Análisis de las Características del Agua. (Carbón Activado)

63

Anexo 1.8 Tabla VI. Metales pesados -Análisis realizados por el Laboratorio Gruntec

Environmental Services (ANGULO, 2014)

64

Anexo 1.9 Materiales

Hidróxido de sodio comercial

Ácido muriático

65

Solución Hidróxido de Sodio

Agua de Mina

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Valva o concha

Carbón Activado Granulado

evaluación de la capacidad de remoción de metales pesados

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