Iquique, 22 de Abril de 2010.         

               

   

         

  

 

1. Titulo de la investigación : “Dando vida al desierto”

2. Resumen de investigación:

Utilizando la bacteria desulfatomacolum, presente en la descomposición de la materia orgánica y el compuesto oxido de magnesio (MgO), se estudio la forma de descontaminar el agua utilizada en los procesos de lixiviación del cobre, con el fin de reutilizar los recursos hídricos de nuestra región.

3. Datos del establecimiento educacional: Nombre: Colegio Humberstone. Comuna: Iquique. Región: Tarapacá. Dirección: Rancagua. Nº 3264 Teléfono: 440036 Web: http://www.colegiohumberstone.cl

4. Participantes: Nombre: Fernanda Constanza Kompaiantu Arellano

Guzmán. Rut: 18.899.221-8 Fecha de nacimiento: 2 de Febrero de 1995 Establecimiento educacional:

Colegio Humberstone, Rancagua Nº 3264 , # 440036

Curso: Segundo medio B Dirección: Manuel Bulnes Nº 1366, Iquique, Tarapacá Teléfono particular: 424764 Teléfono celular: 90777512 Email: Kompaiantu@hotmail.com Nombre: Ámbar Victoria Cayupan Bustamante. Rut: 19.093.386-5 Fecha de nacimiento: 29 de Abril de 1995 Establecimiento educacional:

Colegio Humberstone, Rancagua Nº 3264 , # 440036

Curso: Segundo medio B Dirección: Pje Pampa Germania Nº 3248, Iquique, Tarapacá Teléfono particular: 214092 Teléfono celular: 8 3561769 Email: Ambeer.-@hotmail.com

5. Profesor guía:

Nombre: Omar Roberto Rojas Valdenegro. Rut: 12.956.709-0 Especialidad: Profesor de Química. Establecimiento educacional:

Colegio Humberstone.

Dirección del establecimiento

Rancagua Nº 3264

Dirección particular: Pje Salitrera Victoria Nº 3290 Teléfono particular: Teléfono celular: 95082100 Email: Omaroc21@hotmail.com

6. Asesor científico externo:

7. Introducción: En chile, el desierto más árido del mundo está sufriendo el gran problema de abastecimiento del recurso más importante para el desarrollo de la vida el ``agua´´. La región de Tarapacá está rodeada de grandes mineras de cobre, las cuales necesitan grandes cantidades del recurso hídrico para poder realizar el proceso de lixiviación y obtener cobre de alta pureza, lo que implica almacenar agua contaminada en grandes piscinas que luego sufren filtraciones llamadas "drenaje ácido"; pero al ser un desierto extremadamente árido sin grandes cantidades del recurso hídrico dada las condiciones complejas de recuperación a través de su ciclo geoquímico, genera consecuencias como la muerte de especies únicas de flora y fauna del ecosistema aledaño. Un ejemplo es la laguna de la pampa lagunilla, lugar de anidación del flamenco rosado las cuales al ver su hábitat en condiciones deplorables comenzaron a emigrar a otras lagunas o salares, fenómeno que lleva a cuestionar el principio de la minería sustentable. Por eso queremos idear la forma más rentable y eficaz de descontaminar el agua, con el fin de ocuparla en el regadío de cultivos en zonas agrícolas. Esto implica analizar variables económicas y de impacto ambiental. Esto nos llevó proponer que es posible solucionar esta problemática a través de una bacteria anaeróbica que se alimenta del sulfuro presente en el agua ( bacteria desulfatomacolum) y una base recomendada, como el óxido de magnesio, que nos permitiría alcanzar una acidez adecuada para su reutilización.

8. Antecedentes bibliográficos o investigaciones previas :  

La lixiviación del cobre tiene como residuo el acido sulfúrico. Este es contacto con el agua, la acidifica y por procesos de infiltración, estas se drenan a las napas subterráneas, y por consecuencia contamina reservas de aguas en quebradas y lagunas del desierto. Además la alta concentración de azufre genera una contaminación que aumenta la desertificación de los suelos. Para resolver esta problemática se analizó los siguientes antecedentes bibliográficos: Las bacterias anaeróbicas llamadas Desulfatomacolum , viven en ambientes libres de oxígeno y ellas respiran sulfuro para obtener energía eliminándolo como acido sulfhídrico. Son capaces de vivir en pH ácidos y su cultivo es fácil y de bajo costo. Además, habitan en materia orgánica húmeda participando en procesos de descomposición y eliminación natural de azufre. Otro antecedente es la alta acidez de las aguas, para esto, se sabe que las bases son capaces de neutralizar ácidos. Una base como el oxido de magnesio es capaz de neutralizar lentamente, es de fácil adquisición y abundante en la naturaleza. Finalmente, combinando estos dos métodos se intentara lograr disminuir la acidez de agua, reducir la concentración de azufre y reutilizarla para la agricultura en el altiplano.

9. Hipótesis y objetivos : 9.1. Hipótesis:

• La bacteria Desulfatomacolum es una bacteria anaeróbica que utiliza el sulfato

para obtener energía entonces se espera que la bacteria utiliza el sulfuro de agua dejándola libre de este.

• El oxido de magnesio al ser una base , se espera que aumente el pH del Agua y disminuya la acides, para que luego este precipite.

• Neutralizando el pH se espera que disminuya la cantidad de sulfuro y de acidez dejando el agua apta para la agricultura.

• Ocupando ambos métodos, es agua quedaría con un pH optimo ya que el oxido

de magnesio disminuye la acides y la bacteria elimina el sulfuro.

9.2. Objetivo: Objetivos Sociales:

• Encontrar una manera factible, de bajo coste y fácil adquisición para poder descontaminar el agua de la lixiviación.

• Ayudar a la zona en la cual escasea el recurso hídrico, a poder utilizarlo en la agricultura en el altiplano.

• Crear un impacto tanto social y económico como cultural y ecológico a la

zona.

• Prevenir los drenajes ácidos a las napas subterráneas contaminando el agua utilizada por la población y la flora y fauna autóctona de la zona.

• Promover la economía y poblamiento de zonas altiplánicas atreves de la agricultura y mejores condiciones de vida.

• Promover la máxima utilización del recurso hídrico para evitar futuros problemas y necesidad de esta.

Objetivos científicos:

• Cultivar exitosamente la bacteria que logre eliminar el sulfuro del agua. • Que la bacteria sea capaz de realizar la respiración de sulfuro en aguas con

alto contenido de este y a bajos pH. • Que aumente el pH del agua demostrando la eliminación del sulfuro. • El oxido de magnesio sea capaz de neutralizar el pH acido del agua. • Que el oxido de magnesio funcione de manera efectiva sin contaminar el

agua. • Que no se necesiten grandes cantidades para que reaccione. • Que ambos reactivos se complementen y no alteren las propiedades del

agua. • Que el agua quede con un pH óptimo para el riego.

10. Plan de trabajo:

10.1 Método de investigación y experimentación: Se plantea el problema sobre recurso hídrico de la zona y se demuestra que el gran

Causante de este resulto ser el consumo excesivo de las mineras que ocupan para el proceso de lixiviación del cobre oxidado ,para esto recaudamos información a través de un integrante de una organización no gubernamental que se preocupa de el recurso hídrico en la zona ,su uso y preservación, esta persona nos entrega la información necesaria y muestras de agua contaminada de la quebrada de maní con pH 4 ya que esta agua ya esta diluida por el agua de la quebrada que no estaba contaminada a la que denominamos muestra problema, luego de recaudar los antecedentes necesarios para investigación, luego en el laboratorio se prueba la eficacia de los reactivos creando soluciones de acido clorhídrico con diferentes pH y soluciones de acido sulfúrico en diferentes concentración para luego medir el pH y medir los resultados, finalmente utilizando la muestra problema se utilizan ambos reactivos para observar resultados..

Metodología procedimental: Experiencia 1: Determinación de la eficacia del oxido de magnesio sobre muestras

de acido clorhídrico. -Procedimiento de la preparación de las soluciones:

1) Se utiliza una solución preparada de tritrisol de HCl 0.1 molar. 2) Se trasvasija 100 ml de esta solución sobre un matraz de aforo 100 ml, se

afora y se estima un pH 1. HCl =>0.1 M (estimado) 100 ml de HCl 0.1 M pH=1 pH = - Log 0.1 M

3) Se utiliza 10 ml de la solución 0.1 molar de HCl y se trasvasija a un matraz de aforo de 100 ml, se afora y se estima un pH 2. V1 C1 = V2 C2

X 0.1 M = 100 ml 0.01 M pH=2 pH = - Log 0.01 M X= 10 ml

4) Se utiliza 1 ml de la solución 0.1 molar de HCl y se trasvasija a un matraz de aforo de 100 ml, se afora y se estima un pH 3. V1 C1 = V2 C2

X 0.1 M = 100 ml 0.001 M pH=3 pH = - Log 0.001 M X= 1 ml

5) Se utiliza 1 ml de la solución 0.1 molar de HCl y se trasvasija a un matraz de aforo de 1000 ml, se afora y se estima un pH 4.

V1 C1 = V2 C2

X 0.1 M = 1000 ml 0.0001 M pH=4 pH = - Log 0.0001 M X= 1 ml

6) Se miden los pH de cada muestra con un pH digital para ratificar datos,

también se mide el pH de la muestra problema que se obtiene de la quebrada de Maní.

7) Se agregan 100 ml de solución en un vaso precipitado y se le agregan 100 mg de oxido de magnesio.

8) Cada 1 minuto se mide el pH de las soluciones con oxido de magnesio para observar su eficacia.

Experiencia 2: Cultivo de bacteria desulfatomacolum y su eficacia en la eliminación de sulfuro en acido sulfúrico

1) Se cultiva la bacteria en un frasco de vidrio, forrado de nylon, donde se deposita materia orgánica (frutas y vegetales) con tierra de hoja y se le agregan 750 ml de agua, se cierra el frasco para crear un ambiente húmedo que sea apto para el cultivo de la bacteria. Luego de un par de días se verifica la presencia de la bacteria con microscopio.

2) El procedimiento y la preparación de soluciones con presencia de azufre es:

3) Se utiliza acido sulfúrico (H2SO4 ) concentrado 18 M 4) Se prepara soluciones a distintas concentraciones de acido sulfúrico. 5) Se trasvasija 3 ml de acido sulfúrico 18 M a un matraz de aforo de 100 ml.

Se afora y se estima un pH 0: M=18 M V1 C1 = V2 C2

X 18 M = 0.5 M 100 ml X 0.5

------------------------

18 X = 2.78 3 ml

6) Se trasvasija 3 ml de acido sulfúrico de 18 M a un matraz de aforo de 1000 ml. Se estima un pH 1: V1 C1 = V2 C2

X 18 M = 0.05 M 1000 ml X 0.05

------------------------

18 X = 2.78 3 ml

7) Se trasvasija 1 ml de la solución de H2SO4 0.5 a un matraz de 100 ml para obtener una concentración de 0.005 M se estima un pH 2 : V1 C1 = V2 C2

X 0.5 M = 0.005 M 100 ml X 0.005

--------------------------------

0.5 X = 1 ml.

8) Luego se depositan 40 ml de las soluciones sulfuradas en un vaso precipitado y 10 ml de solución acuosa de batería y se mide el pH solución.

Experiencia 3: Eficacia de ambos métodos de neutralización y eliminación de sulfuro.

9) En 40 ml de muestra problema en un vaso precipitado se le agregan 10 ml de solución acuosa de bacteria y se le mide el pH de la solución.

10) Luego se filtra la solución la muestra con bacteria con un embudo y papel filtro para quitar los residuos de bacteria.

11) A la muestra filtrada se le agrega 100 mg de oxido de magnesio y luego se les midan el pH de la muestra finalizada y finalmente se filtra el oxido de magnesio para dejar el agua para el riego

             

    

10.2 Materiales:

11. Presentación de resultados:

Experiencia 1: Determinación de la eficacia del oxido de magnesio sobre

muestras de acido clorhídrico. Los pH de las soluciones de acido clorhídrico obtenidos fueron : Solución con pH 1 = 1.1 Solución con pH 2 = 1.8 Solución con pH 3 = 2.9 Solución con pH 4 = 3.8 pH muestra problema = 4.0 Al agregar 100 mg el oxido de magnesio a 100 ml de cada solución y se mezcla se obtiene: En promedio las unidades de pH aumentaron en 5.7, actuando las muestras luego 2 minutos donde alcanzan su máxima neutralización. Los resultados obtenidos fueron:

• Reactivos: -oxido de magnesio.

              - acido sulfúrico. - acido clorhídrico. - bacteria desulfatomacolum. - agua destilada.

• Utensilios: -pH digital. –matraz. -mechero. –rejilla. -papel filtro. –microscopio. -papel pH. -matraz de Miller. -varilla. -trípode. -balanza. -matraz de aforo. ( de 100 ml y 1000 ml) - vaso de precitado. -pipeta.

Solución con pH 1 = 1.1 + MgO =6.8 Solución con pH 2 = 1.8 + MgO =7.8 Solución con pH 3 = 2.9 + MgO = 8.6 Solución con pH 4 = 3.8 + MgO = 9.3 pH muestra problema = 4.0 + MgO =9.7 Experiencia 2: Cultivo de bacteria desulfatomacolum y su eficacia en la eliminación de sulfuro en acido sulfúrico. Los pH obtenidos en las soluciones de acido sulfúrico fueron: Concentración 0.5 M = pH 1.3 Concentración 0.05 M = pH 1.8 Concentración 0.005 M = pH 2.1 Luego de los resultados se extraen 40 ml de cada solución y cada se depositan en vasos precipitados, mas la muestra problema y a esto se le agrego 10 ml se solución acuosa de bacteria. En promedio las unidades de pH aumentaron en 3.65. El azufre provoca el acides y al ser una bacteria anaeróbica elimina el sulfuro de la solución aumentando su pH y así disminuyendo la acidez: Concentración 0.5 M = pH 1.3 + bacteria = pH 1.8 Concentración 0.05 M = pH 1.8 + bacteria = pH 3.2 Concentración 0.005 M = pH 2.1 + bacteria = pH 4.6 Muestra problema = pH 4.0 + bacteria = pH 5.0 Experiencia 3: Eficacia de ambos métodos de neutralización y eliminación de sulfuro.

Las soluciones ( H2SO4) con la bacteria son filtradas con papel filtro en un embudo depositándolas en un matraz de Miller. Al recuperar las soluciones que ya reaccionaron con la bacteria se le agregan a los 40 ml de solución, 100 mg de oxido de magnesio. Luego al medir el pH final resulto:

Concentración 0.5 M + bacteria+ MgO= pH 2.1 Concentración 0.05 M + bacteria+ MgO= pH 3.3 Concentración 0.005 M + bacteria+ MgO= pH 4.8 Muestra problema + bacteria+ MgO= pH 6.7 En promedio las unidades de pH aumentaron en 2.7. La bacteria elimina el sulfuro Y el oxido de magnesio neutraliza las soluciones demostrado por el alza en el pH inicial significando a la vez una disminución de la acidez.

12. Análisis de resultado: Experiencia 1: Determinación del efecto del oxido de magnesio sobre muestras de

acido clorhídrico.

Al estudiar el efecto del oxido de magnesio sobre el acido clorhídrico que nos permite determinar la eficiencia de la base, se observa las siguientes reacciones:

  

  

  

 

Experiencia 2: Cultivo de bacteria desulfatomacolum y su eficacia en la eliminación de sulfuro en acido sulfúrico. Al estudiar la respiración anaeróbica de la bacteria y su efectividad en la eliminación de sulfuro, se observan las siguientes reacciones:

Experiencia 3: Eficacia de ambos métodos de neutralización y eliminación de sulfuro. Para poder observar la eficacia de ambos métodos , se demuestran atreves de las siguientes reacciones:  

  

 

  13. Conclusión:

Experiencia 1: Determinación del efecto del oxido de magnesio sobre muestras de

acido clorhídrico. • El oxido de magnesio es una base que funciona de manera eficaz y rápida sobre

ácidos en pequeñas cantidades aumentado el pH de las soluciones. • Debido a las unidades de pH que aumenta es apto para utilizarlo en pH

altamente ácidos.

• El oxido de magnesio al hidratarse se trasforma en hidróxido de magnesio el

cual luego de neutralizar la solución precipita dejándola libre de este y siendo fácil su filtración.

• El hidróxido de magnesio es una base altamente insoluble lo que permite su precipitación.

• Al disminuir la acides y aumentar el pH de las solucione, y al precipitar es una forma bastante factible de neutralizar ácidos disueltos para luego

• utilizarlos para el riego de cultivos, sin alterar las propiedades del agua. Experiencia 2:

• La bacteria Desulfatomacolum al ser anaeróbica reduce el sulfuro de las soluciones, disminuyendo la acides y aumentando el pH.

• Al ser una bacteria que se habita en materia orgánica no contamina el agua y aporta nutrientes ya que la materia orgánica se utiliza para abonar así no altera las propiedades del agua.

• El sulfuro del agua es eliminado en forma de acido sulfhídrico, eliminando en su totalidad el sulfuro del agua sin contaminarla ya que sale en forma de gas.

• La bacteria al habitar en la materia orgánica es más fácil su filtración dejando al agua sin estos residuos.

• Las bacterias anaeróbicas no solo reducen las concentraciones de sulfuro sino que elimina hidróxido neutralizando la acidez.

• Es de fácil obtención y de bajo coste. Tampoco es dañino con el medio ambiente siendo una manera muy factible de reducción de sulfuro y disminución de acidez.

• También sería una manera inteligente de utilizar la basura orgánica dándole un uso que no solo aguadaría en la contaminación del suelo sino en la contaminación hídrica.

Experiencia 3: Eficacia de ambos métodos de neutralización y eliminación de

sulfuro.

• Tanto el oxido de magnesio como la bacteria desulfatomacolum son efectivos en neutralizar acides y reducir el sulfuro respectivamente.

• La bacteria tiene la capacidad de en forma natural reducir el sulfuro y eliminarlo en forma de acido sulfhídrico gaseoso y eliminado hidróxido que neutraliza la acides pero aun así su pH no es el necesario para los estándares de agua de riego.

• El oxido de magnesio neutraliza la muestra con bacteria dejándola apta para el riego con el pH que se establece y sin sulfuro.

• Ambos métodos se complementan ya que la bacteria elimina el sulfuro pero no logra aumentar el pH en lo necesario.

• Es necesaria que la bacteria sea aplicada antes que la bacteria o sino el magnesio se convertiría en sulfuro de magnesio que es un compuesto soluble contaminado.

• Toda la solución acidas con un pH > 2.9 y < 4.6. Es apto para el método de neutralización, ya que el rango de pH de agua para riego es entre pH 5.6 a 7.3.

• El método de reducción de sulfuro y neutralización de aguas utilizadas en la lixiviación del cobre es posible realizarla ya que es factible, de bajo coste y aplicables en las mineras pidiendo abastecer a pueblo del altiplano con el recurso hídrico para el cultivo.

Conclusión general: Se verifica que es posible disminuir el grado de acidez y concentración de sulfuros, utilizando la desulfatomacolum, y el óxido de magnesio como agente de neutralización, con el fin de lograr un pH óptimo para los fines que se destina el agua. Esta investigación deja una línea investigación hacia el estudio comparativo entre cultivos tratados con aguas ácidas con alta concentración de azufre y aguas libres de estas sustancias.

14. Bibliografía:

• Proceso lixiviación – texto escolar 2009 primero medio química • Oxido de magnesio -

www.monografias.com/trabajos14/escalaph/escalaph.shtml • Bacteria desulfatomacolum- http://es.wikipedia.org/wiki/Desulfotomaculum • Atentados ambientales, lugares de ubicación para hallar muestras -

http://www.youtube.com/watch?v=uxkUjxdjWPg&feature=channel • Química General Problemas y ejercicios -Long - Hertz Tercera Edición • Curso se química general Tomo II-Francisco Santa Maria Editorial

Universitaria • Biología Séptima Edición (Claude A. Villee}Editorial Interamericana • Bacterias anaeróbicas- http://www.clinicadam.com/salud/5/003439.html • Agua contaminada en Iquique- http://www.chilecologico.cl/category/iquique • Pica y matilla - http://www.atinaiquique.cl/content/view/63221/Pica-y-

Matilla-el-oasis-se-muere-de-sed.html • Proceso de lixiviación del cobre. http://www.portalchoapa.cl/detalle.php?seccion=cultura&id=15 • Bacterias anaeróbicas:

http://es.wikipedia.org/wiki/Respiraci%C3%B3n_anaer%C3%B3bica • Texto escolar 2009 primero medio química - procesos industriales • el agua como recurso reutilizable -

www.portalplanetasedna.com.ar/recursos_naturales.htm • ¿composta que es y como se hace?- http://www.animales-en-extincion.com/composta-que-es.html

15. Anexos:

Soluciones de acido clorhídrico. Muestra problema.

Precipitación de sal de magnesio. Bacteria Desulfatomacolum.

Microscopio. Acido sulfúrico y bacteria.

                                                                             

         

          Medición de pH. Cultivo de bacteria.

Filtración de soluciones con bacteria. pH digital.

Rango de pH, establecidos por el United States Department of Agriculture, USDA (Departamento de Agricultura de los Estados Unidos):

Rango de pH

Denominación Efectos esperables

< 4,5 Extremadamente

ácido Condiciones muy desfavorables.

4,5-5,0

Muy fuertemente ácido

5,1-5,5

Fuertemente ácido

Posible toxicidad por Al y exceso de: Co, Cu, Fe, Mn, Zn. Deficiencia de: Ca, K, N, Mg, Mo, P, S. Suelos sin carbonato

cálcico. Actividad bacteriana escasa.

5,6-6,0

Medianamente ácido Intervalo adecuado para la mayoría de cultivos.

6,1-6,5

Ligeramente ácido Máxima disponibilidad de nutrientes.

6,5-7,3

Neutro Mínimos efectos tóxicos (por debajo de pH = 7 el carbonato cálcico

no es estable en el suelo).