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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
“USO DE LA CÁSCARA DE BANANO (MUSA PARADISIACA)
MODIFICADA CON QUITOSANO, COMO AGENTE
BIOSORBENTE DE PLOMO EN AGUAS RESIDUALES
SINTÉTICAS”
AUTORES:
BÉLGICA ALEJANDRA VERA MONTAÑO
MARÍA CRISTINA BRITO BENAVIDES
DIRECTOR DE TESIS:
ING. QUÍM. CARLOS RAFAEL CALLE JARA MSC.
GUAYAQUIL – ECUADOR
SEPTIEMBRE 2018
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE:
INGENIERO QUÍMICO
“USO DE LA CÁSCARA DE BANANO (MUSA PARADISIACA) MODIFICADA
CON QUITOSANO, COMO AGENTE BIOSORBENTE DE PLOMO EN
AGUAS RESIDUALES SINTÉTICAS”
AUTORES:
BÉLGICA ALEJANDRA VERA MONTAÑO
MARÍA CRISTINA BRITO BENAVIDES
DIRECTOR DE TESIS:
ING. QUÍM. CARLOS RAFAEL CALLE JARA MSC.
GUAYAQUIL – ECUADOR
SEPTIEMBRE 2018
III
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO Y SUBTÍTULO: “ USO DE LA CÁSCARA DE BANANO (MUSA PARADISIACA) MODIFICADA CON
QUITOSANO, COMO AGENTE BIOSORBENTE DE PLOMO EN AGUAS
RESIDUALES SINTÉTICAS”
AUTOR(ES)
(apellidos/nombres): BELGICA ALEJANDRA VERA MONTAÑO MARIA CRISTINA BRITO BENAVIDES
REVISOR(ES)/TUTOR(ES) (apellidos/nombres):
REVISOR:
TUTOR: CALLE JARA CARLOS RAFAEL
INSTITUCIÓN: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
UNIDAD/FACULTAD: INGENIERÍA QUÍMICA
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:
GRADO OBTENIDO: TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO
FECHA DE PUBLICACIÓN: Septiembre 2018 No. DE PÁGINAS: 88
ÁREAS TEMÁTICAS: Ingeniería
PALABRAS CLAVES/ KEYWORDS:
Biosorción , Banano, Plomo , Quitosano
RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras):
Debido a la creciente contaminación de metales pesados en cuerpos de agua representa un peligro tanto para el medio ambiente como para los
seres humanos; el plomo es uno de los metales más contaminantes y peligrosos que son desechados en efluentes industriales, ya sea en la industria
minera, química y pinturas. Se han generado diversos métodos económicos para la remoción de Pb donde se ha encontrado que muchos procesos
son ineficaces debidos a sus porcentajes bajos en recuperación. En el presente proyecto de titulación se estudió la adsorción de Pb con cáscara de
banano modificada con quitosano como biomasa adsorbente de metales pesados. El quitosano tiene un gran potencial adsorbente de metales en
aguas contaminadas, por eso fue escogido para actuar con la cáscara de banano. Se utilizó dos variables en este proyecto, la concentración de la
biomasa adsorbente y el tamaño de la partícula del polvo de la cáscara de banano.
ADJUNTO PDF: SI NO
CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono: María Brito:
093280476 Alejandra Vera:
0967952545
E-mail:
CONTACTO CON LA
INSTITUCIÓN: Nombre: Teléfono: E-mail:
IV
V
VI
VII
VIII
DEDICATORIA
Dedico este logro en primer lugar a Dios por brindarme la oportunidad
de terminar una etapa en mi vida dándome sabiduría y las fuerzas
necesarias para superar los diferentes obstáculos que conlleva la vida
universitaria.
A mi familia que fue mi fuerza y guía en todo momento dándome su
incondicional apoyo. Mis padres quienes fueron las personas que se
sacrificaron día a día por brindarme la mejor educación enseñándome
que toda meta se lo gana con esfuerzo y dedicación, los amo con todo
el corazón.
A mis amigos quienes se convirtieron en mi segunda familia
ayudándome en toda mi etapa universitaria.
BRITO BENAVIDES MARÍA CRISTINA
IX
DEDICATORIA
Dedico esta tesis a mis padres Alberto y Lucrecia quienes con su amor,
paciencia, trabajo y esfuerzo me ayudaron a cumplir esta meta; a mis
hermanos Alberto, Victoria, Adrián y Daniela que me presionaron a
culminar esta etapa, gracias infinitas por su apoyo y buena voluntad.
Dedico también a todos mis abuelos, tíos, primos, por estar siempre
presentes en mi vida, por sus palabras de ánimo y por saberme educar
para ser una persona de provecho en este mundo.
BELGICA ALEJANDRA VERA MONTAÑO
X
AGRADECIMIENTO
Primeramente le agradezco a Dios por brindarme la sabiduría
necesaria para culminar una etapa de mi vida y terminar este trabajo
de titulación.
A mi tutor el Ing. Carlos Calle, por su guía, su tiempo, sus
conocimientos brindados en este trabajo.
A los docentes por su colaboración de los laboratorios, Ing
Plutarco Ponce por su ayuda brindada en este trabajo de Titulación.
BRITO BENAVIDES MARÍA CRISTINA
XI
AGRADECIMIENTO
Doy gracias a Dios por las bendiciones recibidas a lo largo de mi etapa
universitaria y por su guía infinita.
Expreso mi más profundo agradecimiento a todos los docentes de la
Facultad de Ingeniería Química por compartir todos sus conocimientos
con los estudiantes y por creer en nosotros, gracias por el apoyo de los
conserjes, asistentes y secretarias de esta valiosa institución.
De igual forma agradezco al Ing. Carlos Calle Jara director de esta tesis
que, gracias a sus concejos, paciencia, confianza, y correcciones
pudimos terminar este proyecto.
Agradezco a todos mis amigos, compañeros, conocidos y hermanos de
la iglesia que influyeron a que pueda seguir adelante y progresar cada
dia.
BELGICA ALEJANDRA VERA MONTAÑO
XII
TABLA DE CONTENIDO
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN .................................................... III
DEDICATORIA .................................................................................................................... VIII
AGRADECIMIENTO .................................................................................................................X
AGRADECIMIENTO ................................................................................................................XI
TABLA DE CONTENIDO .........................................................................................................XII
INDICE DE TABLAS.............................................................................................................. XVI
INDICE DE FIGURAS ........................................................................................................... XVII
RESUMEN ........................................................................................................................ XVIII
ABSTRACT ........................................................................................................................... XX
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 22
CAPITULO I .......................................................................................................................... 24
EL PROBLEMA ...................................................................................................................... 24
1.1 TEMA ............................................................................................................................. 24
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................. 24
1.3 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA .................................................... 25
1.3.1 Formulación del problema ........................................................................................... 25
1.3.2 Sistematización del problema ..................................................................................... 25
XIII
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................. 25
1.4.1 Objetivo General ........................................................................................................... 25
1.4.2 Objetivos Específicos ................................................................................................... 25
1.5 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................... 26
1.5.1 Justificación Teórica ..................................................................................................... 26
1.5.2 Justificación Metodológica ........................................................................................... 26
1.5.3 Justificación Práctica .................................................................................................... 27
1.6 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................... 28
1.7 HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN .................................................................................. 29
1.8 VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................. 29
1.9 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES ..................................................................... 30
Tabla 2: Las variables operativas ......................................................................................... 30
CAPITULO II ..................................................................................................................... - 31 -
MARCO REFERENCIAL ...................................................................................................... - 31 -
2.1 Antecedentes de la investigación .............................................................................. - 31 -
2.2 MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... - 33 -
2.2.1. Cáscara de banano ...................................................................................... - 33 -
2.2.1.1 Definiciones ........................................................................................................... - 33 -
Tabla 2. Composición química de la harina de plátano .................................................... - 34 -
Tabla 3. Composición química del plátano banano .......................................................... - 35 -
XIV
2.2.2. Aguas residuales .......................................................................................... - 36 -
Tabla 4: Composición Típica de Aguas residuales domesticas .......................................... - 38 -
Tabla 5: Tratamientos químicos en aguas residuales industriales .................................... - 39 -
2.2.3. Quitosano ...................................................................................................... - 40 -
2.2.4. Proceso de Biosorción de Metales Pesados ........................................... - 42 -
2.2.5. Metal Pesado Plomo .................................................................................... - 42 -
Tabla 6: Propiedades químicas del Plomo ........................................................................ - 44 -
CAPITULO III .................................................................................................................... - 53 -
MARCO METODOLÓGICO ................................................................................................ - 53 -
3.1. NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN .............................................................................. - 53 -
3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN............................................................................ - 53 -
Tabla 8: Variables utilizadas en la experimentación ......................................................... - 53 -
3.3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... - 53 -
3.4. RECURSOS ........................................................................................................... - 54 -
3.4.1. Materiales y Equipos ............................................................................................... - 54 -
3.6. INGENIERIA DE PROCESOS .................................................................................. - 57 -
CAPÍTULO IV .................................................................................................................... - 60 -
ANALISÍS DE RESULTADOS ............................................................................................... - 60 -
4.1. Análisis de muestra sintética de plomo ..................................................... - 60 -
Tabla 9: Datos de concentración inicial de muestra patrón de plomo .............................. - 60 -
XV
Tabla 10: Datos de concentración final de plomo de la muestra de 2 mL de agente biosorbente
.............................................................................................................................................. - 61 -
Tabla 11: Datos de concentración final de plomo de la muestra de 4mL de agente biosorbente
.............................................................................................................................................. - 61 -
CONCLUSIONES ................................................................................................................ - 63 -
RECOMENDACIONES ........................................................................................................ - 64 -
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. - 65 -
ANEXOS ........................................................................................................................... - 69 -
XVI
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Las variables operativas -30-
Tabla 2: Composición química de la harina de plátano -34-
Tabla 3 Composición química del plátano banano -35-
Tabla 4: Composición Típica de Aguas residuales domesticas -38-
Tabla 5: Tratamientos químicos en aguas residuales industriales -39-
Tabla 6: Propiedades químicas del Plomo -44-
Tabla 7: Límites de descarga al sistema de alcantarillado público
Variables utilizadas en la experimentación -51-
Tabla 8: Variables utilizadas en la experimentación -53-
Tabla 9: Datos de concentración -60-
Tabla 10: Datos de concentración -61-
Tabla 11: Concentraciones finales de los experimentos y
capacidad de absorción -61-
XVII
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Mapa de la zona de trabajo. .................................................... 29
Figura 2: Relación estructural entre la queratina, quitosano y quitano
............................................................................................ ………………40
Figura 3: Hidrogeles a partir del quitosano……….….……………………. 41
Figura 4: Diagrama de flujo…………………………….…………….……….58
Figura 5: Diagrama de flujo tratamiento de quitosa………………………..59
XVIII
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
“USO DE LA CÁSCARA DE BANANO (MUSA PARADISIACA) MODIFICADA CON
QUITOSANO, COMO AGENTE BIOSORBENTE DE PLOMO EN AGUAS
RESIDUALES SINTÉTICAS”
Autores: Brito Benavides María Cristina; Vera Montaño Bélgica Alejandra
Tutor(a): Ing. Carlos Rafael Calle Jara
RESUMEN
Debido a la creciente contaminación de metales pesados en cuerpos de agua
representa un peligro tanto para el medio ambiente como para los seres
humanos; el plomo es uno de los metales más contaminantes y peligrosos
que son desechados en efluentes industriales, ya sea en la industria minera,
química y pinturas. Se han generado diversos métodos experimentales para
la remoción de Plomo donde se ha encontrado que muchos procesos son
ineficaces debidos a sus porcentajes bajos en recuperación. En el presente
trabajo se estudió la adsorción de Plomo de una solución patrón de plomo de
2.5 ppm utilizando como agente biosorbente 2 y 4 ml de cáscara de banano
combinada con quitosano con una concentración de 50000 ppm. Al realizar la
experimentación se observó que el quitosano tiene un gran potencial
adsorbente de metales en aguas contaminadas, por eso fue escogido para
actuar con la cáscara de banano. Se utilizó dos variables en este proyecto, el
XIX
agua sintética contaminada con plomo y la concentración del biosorbente
(cáscara de banano y quitosano).
Concluimos también que el porcentaje de biosorcion de plomo para la
muestra de 2 ml de biosorbentes es 68.414 % y para la muestra de 4 ml de
biosorbentes es 88.81 %
Palabras claves: Biosorción, Banano, Quitosano, Plomo
XX
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
“USE OF THE BANANA PEEL (MUSA PARADISIACA) MODIFIED WITH
CHITOSAN, AS A BIOADSORVENT AGENT OF LEAD IN SYNTHETIC
WASTEWATER”
Autors: Brito Benavides María Cristina, Vera Montaño Bélgica Alejandra
Tutor(a): Ing. Carlos Rafael Calle Jara
ABSTRACT
Due to the increasing contamination caused by heavy metals in bodies of
water, it represents a danger for the environment and humans; Lead is one of
the metals that are throw out in industrial effluents, , whether in the mining,
chemical and paints industry. Several economic methods have been
generated for the removal of lead , but it has been found that many process
are ineffective due to their low percentages in recovery. In the present project,
In the present work, the Lead adsorption of a 2.5 ppm lead standard solution
was studied using biosorbent agent 2 and 4 ml of banana peel combined with
chitosan with a concentration of 50,000 ppm. During the experimentation, it
was observed that chitosan has a great metal adsorbing potential in
contaminated waters, that is why it was chosen to act with the banana peel.
Two variables were used in this project, the synthetic water contaminated with
lead and the concentration of the biosorbent (banana peel and chitosan).
XXI
We also conclude that the percentage of biosorption of lead for the sample of
2 ml of biosorbents is 68.414% and for the sample of 4 ml of biosorbents it is
88.81%
Key words: Biosorption, Banana, Chitosan, Lead
22
INTRODUCCIÓN
El agua es un líquido vital indispensable para los seres vivos, el planeta
tierra está compuesto por un 97% de agua salada y apenas un 3% de agua
dulce distribuido entre ríos, lagos, acuíferos subterráneos entre otros. Este
recurso elemental para la vida se está contaminando debido a las múltiples
actividades humanas haciendo que se vuelva no apta para el consumo.
Actualmente tanto a nivel nacional como internacional se da un mínimo
tratamiento a las aguas residuales, optando muchas veces eliminarlas sin
ningún tipo de tratamiento que pueda reducir el contenido de metales
pesados que estas contienen. Hoy en día se utilizan varios procesos para
el tratamiento de efluentes con metales pesados entre ellos tenemos:
Carbón activado, extracción de solventes, Intercambio iónico,
Ultrafiltración, osmosis inversa entre otros. Muchos de estos procesos son
muy costosos y requieren de una gran cantidad de mucha energía, debido
a esto las pequeñas empresas se les haga imposible acceder a estos
procesos optando por verter sus aguas en fosas sépticas o pozos
profundos. El objetivo de la investigación es el uso de materiales residuales
como absorbentes debido a su abundancia y bajo costo. [1]
La cáscara de plátano tiene en su composición Hidroxilo y Carboxilo de
Pectina sustancias aptas para absorber metales pesados. Siendo la pectina
una fibra natural que se desarrolla mientras las frutas maduran, contiene
grupos carboxílicos que se hidratan en medios ácidos. Esto significa que la
cascara de banano deshidratado y pulverizado en contacto con agua a un
23
pH menor a 7 la pectina actuaría como polímero estabilizante capaz de
atraer a las moléculas de carga positiva de los metales pesados.
24
CAPITULO I
EL PROBLEMA
El agua es uno de los elementos más indispensable para la vida en la
Tierra, ya que sin ella la existencia de todo organismo vivo fuera imposible
las propiedades físicas y químicas del agua han permitido a los seres vivos
aparecer, sobrevivir y evolucionar en este planeta. [2]
Debido al crecimiento industrial de 3.68% en la industria manufacturera y
con un PBI de 11.8% en el Ecuador [2] ha llevado a la contaminación del
agua por metales pesados como arsénico, cromo, cadmio, plomo, etc. En
las industrias las descargas de efluentes, son una fuente constante de
contaminación; el incremento de la actividad industrial y el desarrollo
urbano ha provocado un aumento considerable de la concentración de
metales pesados generando una gran acumulación de estas sustancias
tóxicas altamente nocivas para los seres vivos. [3]
1.1 TEMA
Uso de la cáscara de banano (musa paradisiaca) modificada con quitosano,
como agente biosorbente de plomo en aguas residuales sintéticas.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el presente trabajo enfocaremos a la biosorción como un proceso para
la remoción de plomo en el tratamiento de aguas residuales.
Para reducir o eliminar los niveles de este contaminante, en la actualidad
se utilizan costosos procesos, pero con esta alternativa deseamos abaratar
25
costos. La cáscara de banano será combinada con quitosano debido a su
gran capacidad de adsorción y su propiedad de modificar a otras biomasas.
1.3 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA
1.3.1 Formulación del problema
o ¿Es posible la biosorción de plomo con la cáscara de banano
combinada con quitosano?
1.3.2 Sistematización del problema
o ¿Se puede utilizar quitosano como agente biosorbente?
o ¿Es posible que la cáscara de banano adsorba las partículas de
plomo?
o ¿Se podrá obtener buenos resultados utilizando este método?
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo General
o Evaluar el poder de la biosorción de la cáscara de banano
(musa paradisiaca) combinada con quitosano para la
eliminación de plomo, en el tratamiento de aguas residuales
sintéticas.
1.4.2 Objetivos Específicos
o Caracterizar el agua sintética de la solución patrón de plomo.
26
o Obtener los agentes biorsorbentes a partir de la cáscara de
banano y quitosano.
o Determinar el porcentaje de biosorcion de Plomo.
1.5 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.5.1 Justificación Teórica
Esta investigación se realiza con el objetivo de aportar al conocimiento
existente sobre el uso de la cáscara de banano combinada con quitosano
como agente biosorbente de plomo en el tratamiento de aguas, debido a
que esta técnica ha sido empleada como una alternativa física y química
ya existente en la industria que en ocasiones son demasiados costosos y
de alto costo energético para las pequeñas empresas donde se podría
utilizar residuos de materiales biológicos como absorbentes. En Ecuador
el banano es un producto abundante y su cáscara muchas veces es
desechada. El quitosano es considerado como un adsorbente natural
excelente para los iones de metal debido a la presencia de grupos amino
(-NH2) e hidroxilo (-OH).
1.5.2 Justificación Metodológica
La metodología a emplear en este proyecto está basada en los procesos
de operaciones unitarias los cuales son indispensables en la Ingeniería
Química, como son secado de las cáscaras de banano para después
pasar a la molienda y terminar en el tamizado de la misma. Esta es una
27
técnica que fue descubierta por la doctora en ciencias químicas Milena
Boniolo de la Universidad Federal de Sao Carlos, en Sao Paulo.
Este barato sistema es posible ya que como adsorbentes para la remoción
de la cáscara de banano y quitosano son biomasas con gran eficiencia de
retención de plomo, el primero es de fácil adquisición por ser un residuo
de gran abundancia y el último es un químico de fácil extracción. Es por
esto que se plantea como una buena alternativa el estudio de la cáscara
de banano combinada químicamente con quitosano, además que se
contribuye a presentar alternativas para el manejo de residuos sólidos
agroindustriales.
1.5.3 Justificación Práctica
Para nadie es un secreto que la contaminación industrial del agua es un
problema, principalmente porque la mayoría de las industrias del país
están ubicadas cerca a mares o ríos, y por la peligrosidad de las
sustancias que vierten a esos cauces.
Tanto la industria manufacturera como la agroindustria vierten a las aguas
residuos con altas concentraciones de metales pesados, que generan
efectos irreversibles en la calidad de las aguas superficiales y
subterráneas del país. A ello se le suman la contaminación por materias
orgánicas, sólidos suspendidos y otras sustancias.
La presente propuesta pretende resolver los problemas de la
contaminación de plomo en el agua utilizando los residuos de la cáscara
de banano combinada con quitosano, como sabemos nuestro país es un
28
exportador mundial de banano por lo cual tenemos la materia prima a
nuestra disposición mientras que el quitosano es de fácil adquisición.
1.6 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Para el tema propuesto se toma en cuenta un método teórico-práctico, ya
que aplicamos una investigación documental que se obtendrá mediante la
revisión de documentos, enfocándose en el objeto de estudio y hallando
de esta manera referencias sobre las cuales se pueda basar la
metodología experimental a elegir, organizando la información a las
fechas de publicación e importancia clasificando la más apropiada para el
desarrollo de este proyecto
El proyecto se realizará de manera experimental en las instalaciones del
laboratorio de Operaciones Unitarias, laboratorio de Microbiología y
laboratorio de Biotecnología ubicados en la Facultad de Ingeniería
Química de la Universidad de Guayaquil cuya ubicación es Cdla.
Universitaria "Salvador Allende", Malecón del Salado entre Av. Delta y Av.
Kennedy
29
Figura 1: Mapa de la zona de trabajo.
Fuente: (Google maps, 2017)
1.7 HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN
Se logrará absorber Plomo de las aguas residuales sintéticas
mediante el uso de la cáscara de banano combinada con quitosano.
1.8 VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN
1.8.1 Variable Dependiente
o Entre las variables dependientes tenemos el agua sintética
contaminada con plomo.
1.8.2. Variable Independiente
o Concentración del biosorbente (cáscaras de banano y
quitosano)
30
1.9 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES
Tabla 1: Las variables operativas
Fuente: (Brito & Vera, 2018)
TIPO DE VARIABLE VARIABLE DEFINICIÓN
INDICADOR DE MEDICIÓN
UNIDAD DE MEDIDA
INDEPENDIENTE
• Concentración del biosorbente
• Es la cantidad en que se encuentran las sustancias
que se disuelven, expresado en unidades de
concentración.
• Masa, Volumen,
Moles
• % p/p
DEPENDIENTE
• Agua sintética contaminada con plomo
• Es el agua que va a recibir el proceso de biosorcion, actuando en el las
variables independientes.
• Volumen,
Concentración
• % p/p
Numérico
- 31 -
CAPITULO II
MARCO REFERENCIAL
2.1 Antecedentes de la investigación
Agua es un líquido vital muy valioso en las necesidades humanas, sí el
agua no existiera no habría sociedad, economía, cultura no habría vida.
[4] El agua natural puede contener impurezas que son características del
ciclo hidrológico, puede llegar directamente a la industria ya sea mediante
una captación independiente o por una red de suministro donde puede
llegar a modificar las características del agua de su composición inicial.
[5]
En los últimos años se han desarrollado procesos para el tratamiento de
aguas residuales. [6] Los tratamientos preferidos son los biológicos debido
a que tienen un alto rendimiento, sus costes económicos de explotación y
mantenimiento son menores; destruyendo los contaminantes y
transformándolos en sustancias inocuas. Los tratamientos biológicos se
los puede identificar según el tipo de compuesto que se desea eliminar,
por ejemplo, tenemos tratamientos biológicos que eliminan compuestos
carbonados, compuestos nitrogenados o fósforo. [6].
El agua que ha sido contaminada por plomo es una fuente de intoxicación
ya que este elemento se acumula en el organismo. Cuando el agua pasa
por un sistema de conducción por tuberías revestidas por algún metal
contaminante estos se combinan afectando significativamente la salud de
quien la consuma. [7]
Los metales pesados son elementos químicos con una alta densidad
generalmente tóxica para los seres vivos. Constituyen un grupo cercano
- 32 -
a los 40 elementos de la Tabla Periódica con una densidad mayor o igual
a 5 g/cm3. Entre los elementos que se presentan generalmente en el agua
está el mercurio plomo, níquel, cromo entre otros.
Sin embargo la mayor concentración de metales en las aguas se debe a
la actividad humana. [8]. La toxicidad de estos metales es equitativo a la
facilidad de ser absorbidos por los seres vivos, esto quiere decir que si un
metal esta disuelto en forma iónica puede absorberse fácilmente en
comparación con que este su forma elemental, y si esta se halla reducida
finamente sus posibilidades aumentan su oxidación y retención por los
diversos órganos. [9]
- 33 -
2.2 MARCO TEÓRICO
2.2.1. Cáscara de banano
2.2.1.1 Definiciones
Las propiedades beneficiosas del banano han ofrecido muchas utilidades
para el ser humano, como es el caso de la fabricación de plásticos,
purificación del agua, alimentación animal, entre otros beneficios. [10] El
banano es originario de Asia meridional. Su cultivo ha sido extendido en
Centroamérica y Sudamérica, así como de África subtropical; siendo la
base de alimentación de muchas regiones tropicales. El banano es uno
de los más importantes cultivos de frutas del mundo. El fruto tarda entre
80 y 180 días en desarrollarse. La cáscara de banano es rica en taninos
siendo un uso importante en el tratamiento del cuero. Cuando esta
carbonizada se lo utiliza como tintura oscuro, o en la producción de
detergente debido a su alto contenido de potasio. Las cáscaras y pulpas
del banano presentan en su contenido principios activos contra hongos y
microbacterias. Al analizar la cáscara se evidencia una transformación de
su almidón a azúcares aproximada del 90 % en 12 días después de su
cosecha. El contenido de azúcares en base seca ofrece valores alrededor
de 14,6 %. En la cáscara puede existir un contenido de fibra en base seca
del 13 % y presenta como principales componentes en la cáscara: la
hemicelulosa en un15%, lignina en 60 % y celulosa con el 25 % [11]
2.2.1.2 Composición Química de la Cáscara del Banano.
El contenido de fibra en la cáscara es de 13 % en base seca: Los
principales componentes de la cáscara son: celulosa (25 %), hemicelulosa
(15 %) y lignina (60 %). La cáscara de banano tiene una propiedad de
- 34 -
adsorción para la extracción de iones metálicos, específicamente para
metales pesados contenidos en el agua. Esta absorción que presenta la
cáscara de plátano la determina la presencia de lignina, sustancia que
pertenece a la clase de polímeros insolubles. El peso molecular es
elevado por la unión de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos. [11]
Tabla 2. Composición química de la harina de plátano
Componentes Promedio por 100g
Proteínas 1.15
Almidón 56.6
Cenizas 1.52
Albúmina 0.31
Hierro 0.01
Manganeso 0.1
Potasio 40
Fosforo 6.09
Calcio 0.2
Sílice 2.04
Cloro 52.11
Fuente: (La química del banano, 2015)
- 35 -
Tabla 3. Composición química del plátano banano
Componentes Banano Verde Banano Maduro
Agua 69.58 75.12
Almidón 15.37 4.21
Celulosa 7.54 0.92
Sacarosa 9.36
Glucosa 0.58 5.19
Dextrosa 1.82 1.76
Gomas 0.67 1.6
Tanino 0.06 0.01
Proteínas 2.1
Cenizas 0.76 0.76
Fuente: (La quimica del banano, 2015)
2.2.1.3 Uso de cáscara de banano como agente biosorbente de
plomo en aguas residuales
Según Silva Claudineia y Moura Andrade Graziela et alii., (2013). Después
de utilizar cáscaras de plátano como elemento para filtrar aguas
contaminadas por “pesticidas” concluyó que las cáscaras de plátano,
desecadas y pulverizadas, al mezclarlas con agua contaminada la limpian
de metales pesados. [12] Una proporción de 5 ml por 100 de líquido es
capaz de purificar en un 65% agua con moléculas de uranio, cadmio o
níquel. Para realizar el proceso de descontaminación de agua que
contienen metales pesados, la cáscara de plátano se la puede utilizar
como filtro o directamente puede ser adicionada al agua contaminada. La
- 36 -
cáscara de plátano deberá pasar por un proceso donde primeramente se
la deshidrata luego debe ser micropulverizada, tamizada y finalmente
mezclada con el agua o utilizada como filtro. Según las científicas, los
métodos tradicionales de tratamiento de agua para el abastecimiento
humano no son suficientes para remover totalmente los residuos de
químicos utilizados como defensivos agrícolas. Para obtener agua
totalmente potable y sin riesgos para la salud humana se requiere un
tratamiento adicional y de bajo costo que elimine los metales.
La cáscara de banano es un residuo altamente disponible y barato. En su
composición podemos encontrar carboxila de pectina e hidroxila
elementos cuya capacidad de absorción es muy alta ya sea de
compuestos orgánicos y metales pesados. La carga positiva de los
metales pesados tienden a ser atraídos por las moléculas negativas del
polvo de la cáscara de banano.
2.2.2. Aguas residuales
2.2.2.1 Definiciones
El agua líquido vital para la vida en la tierra, recurso importante para el
desarrollo de cualquier país; es el recurso más abundante del planeta
debido a que un 70% de la superficie de la tierra está cubierta por agua
resultando indispensable para el desarrollo de la vida. Su disponibilidad
es paulatinamente menor debido a su contaminación por diversos medios,
incluyendo a los mantos acuíferos, lo cual representa un desequilibrio
ambiental, económico y social. [13]
- 37 -
Se denomina como aguas residuales aquellas que provienen del sistema
de abastecimiento de agua de una población siendo estas modificadas
por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias.
En la mayoría de los países con excepción de los más desarrollados, las
aguas residuales se vierten directamente al medio ambiente sin ningún
tipo adecuado de tratamiento. Esto tiene repercusiones negativas en la
salud humana, la productividad económica, la calidad de los recursos de
agua dulce ambiental y los ecosistemas. [14]
2.2.2.2 Tipos de Aguas residuales
Las aguas residuales provienen de diferentes lugares así que depende
del origen de la misma se clasifican según se clasifican en:
o Aguas residuales domesticas: Se generan de las zonas de
viviendas, edificios comerciales, instituciones, entre otros. [15]
- 38 -
Tabla 4: Composición Típica de Aguas residuales domesticas
CONTAMINANTES mg/L FUERTE MEDIA DÉBIL
Sólidos, en total mg/L 1200 700 350
Disueltos, en total mg/L 850 500 250
Fijos mg/L 525 300 145
Volátiles mg/L 325 200 105
Suspendidos, en total mg/L 35 200 100
Fijos mg/L 75 50 30
Volátiles mg/L 275 150 70
Solidos sedimentables (mL/L) mg/L 20 10 50
Demanda bioquímica de oxígeno, 5 días
20°C
mg/L 300 200 100
Carbono orgánico total (COT) mg/L 300 200 100
Demanda bioquímica de oxigeno (DQO) mg/L 1000 500 250
Nitrógeno (total como N) mg/L 85 40 20
Orgánico mg/L 35 15 8
Amoniaco libre mg/L 50 25 12
Nitritos mg/L 0 0 0
Nitratos mg/L 0 0 0
Fosforo (total P) mg/L 0 10 6
Orgánico mg/L 5 3 2
Inorgánico mg/L 15 7 4
Cloruros mg/L 100 50 30
Alcalinidad CaCO3 mg/L 200 100 50
Grasa mg/L 150 100 50
Fuente: (Marcelo Delgadillo Luisa Jimena Condori , 2010)
- 39 -
o Aguas residuales industriales: Son generadas en los procesos
de producción, transformación o manipulación de productos que se
desarrollan en las industrias [15] . Algunos tratamientos químicos
se resumen en la siguiente tabla.
Tabla 5: Tratamientos químicos en aguas residuales industriales
Tratamientos Tipo de
residuo
Modo de
operación
Grado de
tratamiento Observaciones
Coagulación
Cartón
refinería
caucho
pintura
textiles
Batch o
continuo
Remoción
total de
materia
suspendida
y coloidal
Floculación y
sedimentación en
tanques con lecho
de lodos, se
controla pH
Adsorción
Tóxicos y
orgánicos
refractarios
Columnas
granulares
carbón
activado
Remoción
total o
parcial de
los
orgánicos
Carbón activado
con procesos de
lodos activados
Oxidación
química
Tóxicos y
orgánicos
refractarios
Batch o
continuo
Oxidación
parcial o
completa
Oxidación parcial
para depuración de
orgánicos mas
biodegradables
Fuente: (García Pulido,2015)
- 40 -
2.2.3. Quitosano
2.2.3.1 Definiciones
Se puede encontrar de forma natural en las paredes celulares de algunas
plantas y hongos (por ejemplo en el Mucor rouxii llega a representar hasta
un tercio de su peso) [15]. Sus propiedades presentan una mayor
efectividad económica y práctica debido a su excelente capacidad de
formación de películas, no produce contaminantes, es biocompatible, no
presenta toxicidad, naturalmente abundante y renovable. [16]
Figura 2: Relación estructural entre la queratina, quitosano y quitano
Fuente: (Torres Escudero, 2015)
El quitosano tiene una alta capacidad de retención de metales pesados
similar a las resinas de intercambio iónico, debido a la presencia de grupos
aminos (NH2); el quitosano es uno de los materiales más versátiles por la
posibilidad de realizar una amplia variedad de modificaciones, tales como
la reacciones de anclaje de enzimas, reacciones de injerto y obtención de
películas entrecruzadas, esto hace del quitosano un biomaterial
económicamente atractivo para estos fines. [17]
- 41 -
2.2.3.2 Perlas de quitosano
Últimamente se ha originado gran énfasis en el estudio de la adsorción de
metales pesados en aguas residuales utilizando adsorbentes de origen
biológico.
El quitosano poli(2-glucosamina), es considerado un buen adsorbente de
metales por esa razón se han desarrollado distintas modificaciones físicas
y químicas, con el fin de mejorar su calidad y capacidad como adsorbente.
Hernández, Herver, Marquez en 2016 obtuvieron un hidrogel a partir del
quitosano donde se concluyó que a diámetros menores la absorción de
las perlas de quitosano es mejor removiendo hasta un 153.85 mg de metal
adsorbido
Figura 3: Hidrogeles a partir del quitosano
Fuente: (Rossainz-Castro, De-La-Rosa-Gómez, Carreño-De León, ,
Martínez-Gallegos, S , 2018)
- 42 -
2.2.4. Proceso de Biosorción de Metales Pesados
2.2.3.1 Definiciones
La biosorción es un proceso fisicoquímico que incluye los fenómenos de
adsorción y absorción de moléculas e iones.[18]
El término “biosorción”, se utiliza para referirse a la captación de metales
que lleva a cabo una biomasa. [19] La biosorción surge como una
alternativa para ayudar en la remoción de iones de metales pesados en
los efluentes industriales, permitiendo darle un tratamiento a los desechos
agrícolas como zumos o residuos cítricos que antes no tenían ninguna
utilidad. Esta biomasa residual conocida como material biosorbente se
encuentra disponible en grandes cantidades y en ciertos productos
residuales de operaciones industriales o agrícolas; son de fácil adquisición
y de bajo costo. [20] Los sólidos utilizados son: cáscara de naranja y
toronja de arroz, cáscara de banano y cortezas hojas de coníferas. [21]
Al unirse los cationes de los metales da paso al proceso de la biosorción
debido a las interacciones electrostáticas que se encuentran en los
biosorbentes. Los centros activos se ubican en grupos sulfónico, carboxilo
y amino, que integran la estructura de muchos polímeros de origen.
2.2.5. Metal Pesado Plomo
2.2.5.1 Definiciones
El plomo es un elemento químico de número atómico 82, cuyo símbolo es
Pb. Es un metal resistente a la corrosión, se funde con facilidad y así se
transforma en un metal maleable para poderle dar muchos usos además
de encontrarse principalmente en pinturas y en emanaciones tóxicas de
- 43 -
industrias como la metalurgia, minería y la industria química, es difícil
encontrar el plomo en su estado elemental en la superficie terrestre ya
que las actividades humanas influyen en el aumento de las
concentraciones de iones plomo. Las sales de plomo pueden encontrarse
en el ambiente por medio de los gases generados por los vehículos que
utilizan productos derivados de la refinación del petróleo. [21]
El plomo como la mayoría de los metales pesados al no tener ninguna
función esencial suelen ser muy tóxicos en el cuerpo humano. El
envenenamiento por plomo se conoce como plumbosis y puede provocar
anemias, falta de oxígeno, incremento de la presión sanguínea, daños
cerebrales como perturbación al sistema nervioso incluso puede llegar
hasta la muerte [21]
.
- 44 -
2.2.5.2 Características y propiedades químicas del Plomo
Tabla 6: Propiedades químicas del Plomo
Nombre Plomo
Número atómico 82
Valencia 2 y 4
Estado de oxidación + 2
Masa atómica (g/mol) 207,19
Densidad (g/ml) 11,4
Punto de ebullición (°C) 1725
Punto de fusión (°C) 327,4
Electronegatividad 1,9
Color Gris azulado
Compuesto más importante Óxido de plomo
Fuente: (García Pulido, 2015)
2.2.5.3 Contaminación por Plomo
Todo contaminante sea elemento químico o metal posee un mecanismo
de acción. Uno de los metales más frecuentes es el plomo que da origen
a varias enfermedades en el organismo, como es el caso de perjudicar las
neuronas. Entre otras afectaciones encontramos daño al sistema renal.
La intoxicación por plomo puede simular otras enfermedades, como por
ejemplo la esclerosis, que es una enfermedad incurable muy complicada
en cuanto a sus síntomas, y la intoxicación por plomo puede simular y
afectar al sistema nervioso con la misma sintomatología, como
parestesias, paresias, fatiga, etc., y puede producir en general una
- 45 -
disfunción, luego algo importante del plomo es que se lo ha relacionado
últimamente con la generación de conductas antisociales, y también hay
una relación con retardo mental y pérdida de habilidades cognitivas. [22]
Dada las múltiples fuentes de exposición al plomo para el organismo
humano y dadas las grandes variaciones en que podemos encontrar este
elemento, es recomendable tener presente estas características
particulares de la contaminación ambiental ante cualquier evaluación
epidemiológica o de riesgos que se pretenda efectuar. Las fuentes más
comunes de emisión de plomo que contaminan la atmósfera, el suelo y
los cursos de agua son aquellas que involucran a los procesos industriales
que utilizan plomo o productos que lo contienen y las naftas adicionadas
de tetraetilo de plomo. La principal contaminación ambiental se debe a
compuestos inorgánicos de plomo. En las áreas contaminadas, aumenta
el nivel de residuos en los alimentos y bebidas, así como su contenido en
suelo y ambientes interiores. [22]
Un estudio comparativo de exposición en la población general (1981-
1983) en Bélgica, Malta, México y Suecia demostraron que los valores
medios de concentración de plomo en sangre en los cuatro países son
distintos: 165 (Bélgica), 307 (Malta), 269 (México) y 83 (Suecia) en 1981.
En 1983 fueron 137 (Bélgica), 243 (Malta), 195 (México) y 59 (Suecia).
Los autores concluyeron que las fuentes de exposición más importantes
fueron los alimentos y el aire contaminados. La población está expuesta
al plomo por la ingestión de alimentos y líquidos contaminados, por
inhalación de humos y polvos (la vía de absorción más importante) y por
la absorción por vía dérmica en el caso particular de los compuestos
- 46 -
orgánicos. Los niños pueden ingerirlo además por su presencia en otros
materiales, como es el caso de pinturas con contenido de plomo utilizadas
en el recubrimiento de inmuebles o juguetes. Las principales vías de
absorción de compuestos de plomo son la inhalación y la ingestión. Casi
el 40% de los vapores de óxido de plomo inhalados se absorben a través
del aparato respiratorio. La absorción del polvo de plomo depende del
tamaño (menores a 5 micras) y solubilidad de las partículas y del
volumen/minuto respiratorio. Una mala higiene en el trabajo, el hábito de
fumar durante el mismo, por contaminación de manos y tabaco, así como
la ingesta al tomar mate, aumenta la absorción por vía oral. Entre un 5 y
un 10% de los compuestos de plomo ingeridos se absorben por el aparato
digestivo. Esta absorción es de hasta 50 % en niños, según la fuente de
contaminación de que se trate, llegan a absorber una cantidad de plomo
entre 4 y 5 veces mayor que los adultos. Por si esto fuera poco, su
curiosidad innata y la costumbre, propia de su edad, es llevarse cosas a
la boca, eso los hace más propensos a chupar y tragar objetos que
contienen plomo o que están recubiertos de este metal [23]
2.2.5.4 Datos de mortalidad debido a la exposición al plomo
El Instituto de Sanimetría y Evaluación Sanitaria ha estimado que, según
datos de 2015, la exposición al plomo causó 494 550 muertes y la pérdida
de 9,3 millones de años de vida ajustados en función de la discapacidad
(AVAD) debido a sus efectos a largo plazo en la salud. La mayor carga
corresponde a los países de ingresos bajos y medianos. El Instituto estimó
asimismo que la exposición al plomo fue responsable del 12,4% de la
- 47 -
carga mundial de discapacidad del desarrollo intelectual idiopático, del
2,5% de la carga mundial de cardiopatía isquémica, y del 2,4% de la carga
mundial de accidentes cerebrovasculares. [24]
2.2.5.5 Saturnismo hídrico
Se llama saturnismo hídrico a la enfermedad que se produce por la
contaminación de plomo en el agua ingerida, ya que este metal no aporta
gusto al agua ni a los alimentos lo convierte fácil de ingerir, se le llama
saturnismo debido a que al plomo se lo comparaba con el Dios de la
mitología romana Saturno o Cronos para la mitología griega, esto se debe
a que la enfermedad produce alucinaciones, problemas de agresividad
hasta llegar a parecer como un demente; características propias de este
Dios mitológico. Además de fatiga, disminución de la capacidad física,
alteraciones del sueño, cefalalgias, dolores de huesos, gástricos,
estreñimiento, inapetencia, palidez de la piel. [24]
2.3 MARCO CONCEPTUAL
2.3.1 Efluentes industriales
Se denomina a las descargas residuales originados por distintos usos del
agua industrial, como son aguas de purgas de circuitos cerrados o semi-
cerrados de la refrigeración, de producción de vapor, de recirculación de
aguas de proceso, aguas de condensados, limpieza de equipos, entre
otros. La composición de los efluentes varía según el tipo de industria y el
proceso que se lleva a cabo. [25]
- 48 -
2.3.2 Residuos orgánicos
Pueden ser degradados por acción biológica. Se descomponen, con el
tiempo, para resintetizar productos que pueden integrarse al suelo. Su
origen es de tipo animal, vegetal y todos aquellos materiales que
contengan carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Su inadecuado
manejo puede conducir a la contaminación del suelo el agua y el aire. [26]
2.3.3 Cinética de biosorción
Es aquella que estudia la velocidad de extracción del adsorbato mediante
el cual el tiempo de residencia es controlado en la interface sólido-
disolución adicionalmente se puede calcular la respectiva velocidad en el
contaminante es removido del efluente [27]
2.4 MARCO LEGAL
El acuerdo ministerial Nº 97/A perteneciente a la Norma de calidad
ambiental y de descarga de efluentes al recurso agua nos dice las normas
generales para descarga de efluentes al sistema de alcantarillado
o Se prohíbe la descarga de residuos líquidos sin tratar hacia el
sistema de alcantarillado, provenientes del lavado y/o
mantenimiento de vehículos aéreos y terrestres, así como el de
aplicadores manuales y aéreos, recipientes, empaques y envases
que contengan o hayan contenido agroquímicos u otras
sustancias tóxicas. Las descargas tratadas deben cumplir con los
valores establecidos en la Tabla 7.
- 49 -
o Las descargas líquidas provenientes de sistemas de
potabilización de agua no deberán disponerse en sistemas de
alcantarillado, a menos que exista capacidad de recepción en la
planta de tratamiento de aguas residuales, ya sea en
funcionamiento o proyectadas en los planes maestros o
programas de control de la contaminación, en implementación. En
cuyo caso se deberá contar con la autorización de la Autoridad
Ambiental Nacional o la Autoridad Ambiental Competente que
corresponda.
o Se prohíbe descargar en un sistema público de alcantarillado
sanitario, combinado o pluvial cualquier sustancia que pudiera
bloquear los colectores o sus accesorios, formar vapores o gases
tóxicos, explosivos o de mal olor, o que pudiera deteriorar los
materiales de construcción en forma significativa. Esto incluye las
siguientes sustancias y materiales, entre otros:
a) Fragmentos de piedra, cenizas, vidrios, arenas, basuras, fibras,
fragmentos de cuero, textiles, etc. (los sólidos no deben ser
descargados ni aún después de haber sido triturados).
b) Resinas sintéticas, plásticos, cemento, hidróxido de calcio.
c) Residuos de malta, levadura, látex, bitumen, alquitrán y sus
emulsiones de aceite, residuos líquidos que tienden a
endurecerse.
d) Gasolina, petróleo, aceites vegetales y animales, aceites
minerales usados, hidrocarburos clorados, ácidos, y álcalis.
- 50 -
e) Cianuro, ácido hidrazoico y sus sales, carburos que forman
acetileno y sustancias tóxicas.
o La EPS (entidad prestadora de servicios de agua potable y
saneamiento) podrá solicitar a la Entidad Ambiental de Control, la
autorización necesaria para que los regulados, de manera parcial
o total descarguen al sistema de alcantarillado efluentes, cuya
calidad se encuentre por encima de los estándares para descarga
a un sistema de alcantarillado, establecidos en la presente norma.
o La EPS (entidad prestadora de servicios de agua potable y
saneamiento) deberá cumplir con los parámetros de descarga
hacia un cuerpo de agua, establecidos en esta Norma.
o Las descargas al sistema de alcantarillado provenientes de
actividades sujetas a regularización, deberán cumplir, al menos,
con los valores establecidos en la TABLA 7, en la cual las
concentraciones corresponden a valores medios diarios.
- 51 -
Tabla 7: Límites de descarga al sistema de alcantarillado público
PARAMETROS EXPRESADOS COMO UNIDAD LIMITE PERMISIBLE
Aceites y grasas Sust. Solubles en hexano mg/L 70,0
Explosivos o inflamables Sustancias mg/L Cero
Alkil mercurio mg/L No detectables
Aluminio Al mg/L 5,0
Arsenico total As mg/L 0,1
Cadmio Cd‐ mg/L 0,02
Cianuro total CN mg/L 1,0
Cinc Zn mg/L 10,0
Cloro Activo Cl mg/L 0,5
Cloroformo Extracto carbon
cloroformo
mg/L 0,1
Cobalto total Co mg/L 0,5
Cobre Cu mg/L 1,0
Compuestos fenolicos Expresado como fenol mg/L 0,2
Compuestos organoclorados Organoclorados totales mg/L 0,05
Cromo hexavalente Cr+6 mg/L 0,5
Demanda bioquimica de oxigeno(5 dias) DBO5 mg/L 250,0
Demanda quimica de oxigeno DQO mg/L 500,0
Dicloroetilico Dicloroetilo mg/L 1,0
Fosforo total P mg/L 15,0
Hidrocarburos totales de petroleo TPH mg/L 20,0
Hierro total Fe mg/L 25,0
Manganeso total Mn mg/L 10,0
Mercurio (total) Hg mg/L 0,01
Niquel Ni mg/L 2,0
- 52 -
Nitrogeno total Kjedahl N mg/L 60,0
Organofosforados Especies totales mg/L 0,1
Plata Ag mg/L 0,5
Plomo Pb mg/L 0,5
Potencial hodrogeno pH mg/L 6-9
Selenio Se mg/L 0,5
Solidos sedimentales SD mg/L 20,0
Solidos suspendidos totales SST mg/L 220,0
Solidos totales ST mg/L 1600,0
Sulfatos SO4-2 mg/L 400,0
Sulfuros S mg/L 1,0
Temperatura oC mg/L < 40,0
Tensoactivos Sustancias activas al azul
de metileno
mg/L 2,0
Tetracloruro de carbono Tetracloruro de carbono mg/L 1,0
tricloroetilico Tricloroetileno mg/L 1,0
Fuente: (corresponde a la tabla 8 del Acuerdo ministerial 097A Norma de calidad
ambiental y de descarga de efluentes al recurso agua,, 2015)
- 53 -
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1. NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN
La presente investigación es de carácter descriptivo, debido a que se
detalla cada proceso y los parámetros que se debe cumplir para el método
de biosorción de plomo usando cáscara de banano combinada con
quitosano.
3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
La investigación planteada en este trabajo de titulación es de tipo
experimental y correlacional de variables. Se definen los procedimientos
utilizando como variables el agua sintética contaminada con plomo y la
concentración del agente biosorbente.
Tabla 8: Variables utilizadas en la experimentación
Agua sintética Concentración del
biosorbente
Solución 200 ml de 2.5 ppm de Plomo Solución de 50000 ppm (2 ml)
Solución 200 ml de 2.5 ppm de Plomo Solución de 50000 ppm (4 ml)
Fuente: (Brito & Vera, 2018)
3.3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
Como primer paso, se obtuvo la materia prima que es la cáscara de
banano, se clasifico y lavo las cáscaras para después someterlas al
proceso de secado, cuando estaban las cáscaras secas se procedió a
molerlas y finalmente al proceso de tamizado para obtener los distintos
tamaños de partículas de polvo de la cáscara de banano; después de
- 54 -
obtener el polvo se lo sometió al tratamiento con quitosano y al final al
proceso de biosorción de plomo. El proyecto se hizo en el laboratorio de
Operaciones Unitarias y el laboratorio de Microbiología de la facultad de
Ingeniería Química.
3.4. RECURSOS
3.4.1. Materiales y Equipos
Equipos de laboratorio
o Molino de bolas
o Horno Eléctrico
o Balanza Analítica
o Tamiz
Sustancias utilizadas
o Quitosano 90%
o Cáscara de banano
o Solución patrón de plomo
o Hidróxido de Sodio 0.1 N
o Ácido Acético al 5%
o Agua destilada
Materiales de laboratorio
o Vaso de precipitación 100 ml, 250 ml, 500 ml
o Matraz de aforado 1L
o Bureta de 50 ml
o Soporte metálico
o Pinzas
- 55 -
o Aros metálicos
o Probeta de 500 ml
o Agitador de vidrio
o Espátula
Equipos de protección personal
o Guantes
o Cofia
o Mandil
o Mascarilla
3.5. FORMULACIÓN DE LOS EXPERIMENTOS Y DESCRIPCIÓN DEL
PROCESO
3.5.1 Obtención del polvo de la cáscara de banano
o Toma de la muestra
Se toma las cáscaras de banano comprando el fruto, después de
consumir la pulpa obtuvimos la cascara.
o Lavado de la muestra
Se lava las cáscaras con agua potable y se la somete a agitación para
eliminar las impurezas que tenían las cascaras.
o Secado de la muestra
Después del lavado e inspección de las cáscaras se procedió a secarlas
en un secador solar artesanal y después en un horno eléctrico a 80°C,
posteriormente se corto las cáscaras en pedazos pequeños para pasar al
proceso de molienda.
- 56 -
o Molienda
La molienda se realizó en un molino de bolas para obtener la debida
presentación de polvo.
o Tamizado
o El polvo de la cáscara de banano se tamizo en un tamiz industrial del
laboratorio de operaciones unitarias para su debida clasificación por
tamaños.
3.5.2 Tratamiento con quitosano
o Se prepara una solución de 250 ml de ácido acético al 5%.
o Se obtiene el quitosano comercial al 90%.
o Se mezcla 7 gr de quitosano con la solución de ácido acético y se agita
durante 20 min hasta formar un gel homogéneo para la biosorción.
o Se agrega 5 gr del polvo de la cáscara de banano a la mezcla de quitosano
y ácido acético; se agita durante 15 min.
o Se activa el gel y neutraliza con una solución de hidróxido de sodio 0,1 N
mediante titulación, después de eso se lava con agua destilada en un
embudo y se filtra.
3.5.3 Preparación del agua residual sintética
Para la solución de agua residual sintética se prepara 1 L de una solución patrón
de plomo de 2.5 ppm en agua destilada, obteniendo así una cantidad no
permisible en la caracterización de aguas residuales.
- 57 -
3.5.4 Preparación de las muestras de experimentos.
La concentración del agua residual sintética de 2.5 ppm de Plomo fue la misma
para todos los ensayos, lo que varía de acuerdo a las variables es la
concentración de la biomasa con quitosano.
Se mezcló en un matraz aforado de 500 ml; 200 ml de la solución patrón de
plomo de 2.5 ppm como solución de agua residual sintética y 2 ml de agente
biosorbente con concentración 50000 ppm.
Se mezcló en un matraz aforado de 500 ml; 200 ml de la solución patrón de
plomo de 2.5 ppm como solución de agua residual sintética y 4 ml de agente
biosorbente con concentración 50000 ppm.
3.6. INGENIERIA DE PROCESOS
A continuación, se esquematizará el respectivo diagrama de flujo para el proceso
de biosorción de plomo usando el polvo de la cáscara de banano.
- 58 -
Figura 4 : Diagrama de flujo Harina de cáscara de banano.
Fuente:(Brito & Vera, 2018)
INICIO
Secado
Inspección Molienda
Tamizado Aceptabilidad
FIN
Lavado
Recepción de materia prima
Pelado
Cascara de banano
Pulpa
Impurezas Agua
Cascara de banano seca
Si
No
Harina de Cascara
De banano
de banano
- 59 -
Figura 5: Diagrama de flujo tratamiento de quitosano
Tratamiento
con quitosano
FIN
Lavado
Ácido acético
Quitosano
Ácido acético
Agua
Quitosano,
Ácido acético
Harina de cascara
- 60 -
CAPÍTULO IV
ANALISÍS DE RESULTADOS
4.1. Análisis de muestra sintética de plomo
Se empieza realizando la solución patrón de plomo con una concentración de
2.5 ppm en el laboratorio, se realizó un análisis de determinación de plomo por
espectrofotometría de Absorción Atómica en el laboratorio ELICROM acreditado
ISO 17025 por el SAE y nos dio como resultado 2.4505 mg/L.
Tabla 9: Datos de concentración inicial de muestra patrón de plomo
Fuente: (ELICROM, 2018)
4.2 Análisis de las muestras tratadas con el agente biosorbente (polvo de
cáscara de banano combinado con quitosano)
Se mezcla 200 ml de la solución patrón de plomo con una concentración de 2.5
ppm de plomo con 2 ml del agente biosorbente (polvo de cáscara de banano
combinado con quitosano) a una concentración de 50000 ppm en el laboratorio,
se realizó un análisis de determinación de plomo por espectrofotometría de
Absorción Atómica en el laboratorio ELICROM acreditado ISO 17025 por el SAE
y nos dio como resultado 0.7740 mg/L.
- 61 -
Tabla 10: Datos de concentración final de plomo de la muestra de 2 mL de
agente biosorbente
Fuente: (ELICROM, 2018)
Se mezcla 200 ml de la solución patrón de plomo con una concentración de 2.5
ppm de plomo con 4 ml del agente biosorbente (polvo de cáscara de banano
combinado con quitosano) a una concentración de 50000 ppm en el laboratorio,
se realizó un análisis de determinación de plomo por espectrofotometría de
Absorción Atómica en el laboratorio ELICROM acreditado ISO 17025 por el SAE
y nos dio como resultado 0.2742 mg/L.
Tabla 11: Datos de concentración final de plomo de la muestra de 4mL de
agente biosorbente
Fuente: (ELICROM, 2018)
- 62 -
La capacidad de Adsorción fue obtenida mediante una formula bibliográfica para
la obtención de iones Plomo. [32]
𝑞 (𝑚𝑔
𝑔) =
𝑉(𝐿) ∗ (𝐶0 − 𝐶𝑓)(𝑚𝑔
𝐿 )
𝑚 (𝑔)
V = Volumen de la solución patrón de plomo
C0 = Concentración inicial de plomo
Cf = Concentración final de plomo
M = Masa del agente biosorbente expresada en gramos
Densidad del quitosano = 1,025 g/ml
Masa 1 del biosorbente (2 ml) = 2,05 g
Masa 2 del biosorbente (4 ml) = 4,1 g
𝑞 (𝑚𝑔
𝑔) =
0,2(𝐿) ∗ (2,4505 − 0,7740)(𝑚𝑔
𝐿 )
2,05 (𝑔)= 0,1635
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑙𝑜𝑚𝑜
𝑔 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑞 (𝑚𝑔
𝑔) =
0,2(𝐿) ∗ (2,4505 − 0,2742)(𝑚𝑔
𝐿 )
4,1(𝑔)= 0.1061
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑙𝑜𝑚𝑜
𝑔 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑒
4.3 Calculo del porcentaje de biosorción
% 𝑏𝑖𝑜𝑠 =𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
% 𝑏𝑖𝑜𝑠 =2,4505 − 0,7740
2,4505∗ 100 = 𝟔𝟖, 𝟒𝟏𝟒 %
% 𝑏𝑖𝑜𝑠 =2,4505 − 0,2742
2,4505∗ 100 = 𝟖𝟖, 𝟖𝟏 %
- 63 -
CONCLUSIONES
o Se concluye que la solución patrón de plomo a una concentración de 2.5
ppm como agua residual sintética fue la ideal estuvo de acuerdo a las
normativas, ya que según el acuerdo ministerial 97 A para la descarga de
efluentes al alcantarillado público el limite permisible es 0.5 mg/L y para
efluentes de agua dulce es 0.2 mg/L , logrando así un porcentaje de
remoción de plomo efectivo.
o Podemos indicar como conclusión que los agentes biosorbentes cáscara
de banano y quitosano, presentan un gran potencial para la biosorción de
plomo ya que la capacidad de adsorción de iones plomo oscila entre 0.1635
– 0.1061 mg de iones plomo / g de biosorbente.
o Concluimos también que el porcentaje de biosorcion de plomo para la
muestra de 2 ml de biosorbentes es 68.414 % y para la muestra de 4 ml de
biosorbentes es 88.81 %. Afirmando que el polvo de la cáscara de banano
combinado con quitosano si pueden retener metales pesados en aguas
contaminadas.
- 64 -
RECOMENDACIONES
o El tamaño de la partícula no influye en el proceso de estudio por
lo tanto se recomienda utilizar partículas de diferentes tamaños
sin alterar el proceso.
o Debido a que la cáscara de banano y el quitosano, presentan un
gran potencial para la biosorción de metales pesados se
recomienda ahondar más en el tema de modificaciones entre
biomasas residuales, así como otras realizar diferentes
modificaciones de quitosano con otros tipos de biomasas
o Se recomienda buscar métodos alternos para la obtención de
perlas de quitosano ya que comprobamos su capacidad
adsorbente.
o Es importante también que se realicen estudios de diferentes
sustancias biosorbentes como el caso de la cáscara de naranja,
toronja etc. Y de igual forma trabajar con otras combinaciones.
- 65 -
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- 69 -
ANEXOS
Obtención de Materia prima
Lavado de materia prima
- 70 -
Secado de las cáscara de banano
- 71 -
Obtención de harina de cáscara de banano
Tamizado de la harina de la cascara de banano
- 72 -
Harina Tamizada
- 73 -
Experimentación
- 74 -
+
- 75 -
Tratamiento de quitosano con Ácido acético
- 76 -
- 77 -
Quitosano y harina de banano (muestra 1)
- 78 -
- 79 -
Quitosano y harina de banano (muestra 2)
- 80 -
Muestra Quitosano
- 81 -
Titulación con Hidróxido de Sodio
- 82 -
Preparación de la muestra sintética de Acetato de Plomo
- 83 -
Filtrado de cristales de quitosano
- 84 -
Muestra de Agua sintética y Quitosano harina
- 85 -
- 86 -
- 87 -
- 88 -
- 89 -
- 90 -
- 91 -
