semillas de tamarindo en coagulacion floculacion

REDIELUZ ISSN 2244-7334 / Depósito legal pp 201102ZU3769 Vol. 3 Nº 1 y 2 Enero - Diciembre 2013: 91 - 96 

SEMILLAS DE TAMARINDO ( Tamarindus indica) COMO COAGULANTE EN AGUAS CON ALTA TURBIEDAD Tamarind Seeds (Tamarindus Indica) as a Coagulant in Highly Turbid Water Briyitt Hernández, Iván Mendoza, Mayerling Salamanca, Lorena Fuentes y Yaxcelys Caldera Universidad del Zulia, Núcleo Costa Oriental del Lago, Laboratorio de Investigaciones Ambientales, Cabimas, estado Zulia. [email protected]

Resumen

Abstract

El sulfato de aluminio es el coagulante mayormente utilizado en el proceso de potabilización. Sin embargo, se ha reportado que su aplicación genera aluminio residual en el agua de consumo humano; además, se ha detectado en personas con mal de Alzheimer la presencia de este mineral en el cerebro, presumiéndose una rel relaci ación ón ent entre re am ambos bos.. Act Actual ualme mente nte,, se pla plant ntea ea como alternativa el uso de coagulantes naturales obtenidos de especies vegetales o animales. En esta investigación, se evaluó la efectividad de las semillas de tamarindo (Tamari Tamarindus ndus indica) en aguas con alta turbidez. Los ensayos se realizaron a escala de laboratorio, utilizando agua proveniente del grifo como agua de dilución para la preparación de las muestras con valores de turbidez de 100, 200, 300 y 350 UNT, se emplearon varias dosis dos is de Tamarindus 61,83; 83; 74, 74,19; 19; 86, 86,56; 56; Tamarindus indica de 61, 98,93 y 111,3 ppm, resultando como dosis óptima 61,83 ppm (100 y 200 UNT), 86,56 ppm (300 UNT) y 74,19 ppm (350 UNT). Los resultados mostraron la eficiencia del coagulante, obteniéndose porcentajes de remoción para la turbidez después del tratamiento entre 72,45% y 89,09% para las dosis óptimas, antes del filtrar; y entre 98,78% y 99,71%, después del proceso de filtración. El color se ubicó antes de filtrar entre 120 y 266 UC y después de filtrar entre 30 y 40 UC. El pH y la alcalinidad presentaron pocas variaciones. Estos resultados confirman el uso del Tamarindus indica como coagulante viable en la potabilización de las aguas en sustitución de los productos químicos como el sulfato de aluminio.

Aluminum sulfate is the most widely used coagulant in wat lant water er tre treatm atment ent pro proces cesses ses.. Howe However ver,, it has been reported that its application generates residual aluminum in drinking water; also, the presence of this mineral in the brain has been detected in people with Alzheimer’s disease, presuming a relationship between the two. Currently, an alternative using natural coagulants obtained from plant or animal species is proposed. propo sed. In this research, the effe effectiven ctiveness ess of tamarind seeds was evaluated (Tamarindus indica) in waters with high turbidity. Assays were performed on a laboratory scale, using tap water as the dilution water for preparing preparing the samples with turbi turbidity dity values of 100, 200, 300 and 350 NTU. Various doses of Tamarindus Tamarindus indica were were use used: d: 61. 61.83; 83; 74. 74.19; 19; 86. 86.56; 56; 98. 98.93 93 and 111.3 ppm. The optimal doses were 61.83 ppm (100 and 200 NTU), 86.56 ppm (300 UNT) and 74.19 ppm (350 NTU). Results showed the efficiency of the coagulant in obtaining turbidity removal percentages after treatment of between 72.45% and 89.09% for the optimum optim um doses, before filtering, filtering, and between 98.78 98.78% % and 99.71% after filtration. The color was placed before filtering between UC 120 and 266 and after filtering 30 to 40 CU. The pH and alkalinity showed little variation. These results confirm the use of Tamarindus indica as a viable coagulant for water purification in place of chemicals like aluminum sulphate. Key words: Tamarindus indica, highly turbid waters, coagulant, aluminum sulfate.

Palabras clave: Tamarindus indica, aguas de alta tur bidez, coagulante, sulfato de aluminio.

INTRODUCCIÓN

Recibido: 04 / 06 / 2013. Aceptado: 17 / 07 / 2013

El agua es una de las sustancias necesarias para el sostenimiento de la vida y un recurso cada vez más preciado. Para lograr la potabilización del

C i e n c i a s E x a c t a s , N a t u r a l e s y A g r o p e c u a r i a s

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Briyitt Hernández, Iván Mendoza, Mayerling Salamanca, Lorena Fuentes y Yaxcelys Caldera Semillas de tamarindo (Tamarindus indica) como coagulante en aguas con alta turbiedad

agua es preciso someterla a varios tratamientos elementales, que comprenden la clarificación, desinfección, acondicionamiento químico y organoléptico. La clarificación incluye la coagulación–floculación, proceso mediante el cual las partículas presentes en el agua se aglomeran formando pequeñas masas que presentan un peso específico mayor que el del agua, de esta forma las partículas sedimentan y permiten que el agua alcance las características idóneas para el consumo humano (Porras, 2001). En Venezuela, actualmente, se utiliza como coagulante el sulfato de aluminio Al2(SO4)3, el cual se ha demostrado que puede ser nocivo para la salud al ser ingerido en altas concentraciones. Por esta razón, surge la necesidad de evaluar la efectividad de especies vegetales como coagulantes que permitan la sustitución total o parcial del sulfato de aluminio. Entre los coagulantes naturales de origen vegetal se incluyen semillas en polvo de Moringa oleífera (Mendoza et al ., 2000), Stenocereus griseus (Fuentes et al ., 2011), además de Hylocereus lemairei (Mendoza et al ., 2008), Aloe vera (Díaz y Díaz, 2007) y la especie Tamarindus indica, la cual se ha utilizado en la remoción de color del agua residual de industrias textileras (Anuradhha y Malvika, 2004). El propósito de esta investigación fue evaluar la actividad coagulante del extracto de semillas de tamarindo (Tamarindus indica) en aguas con alta turbidez. Las semillas de tamarindo son fuentes ricas en diferentes componentes (Ishola et al., 1990; Ajayi et al ., 2006). En general, las semillas son buena fuente de proteína, fibra cruda y carbohidratos. Las concentraciones de minerales son altas, especialmente las de potasio y magnesio (Ajayi et al ., 2006). Las semillas y los granos son ricos en proteínas (13-20%), mientras que la cubierta de la semilla es rica en fibra (20%) y taninos (20%) (El-Siddig et al ., 2006).

METODOLOGÍA Procedimiento para la obtención del coagulante Tamarindus indica Las semillas de tamarindo fueron adquiridas en un local comercial y trasladadas hasta el laboratorio. Se extrajo la parte coagulante del tamarindo a partir de los cotiledones de las semillas. Para ello, primero se separaron las semillas de tamarindo de la pulpa, luego se retiró la membrana que cubre la semilla y esta última se golpeó ligeramente para someterla a un proceso de hidratación durante 5 a 7 días. Una vez hidratada, se removió la capa marrón hasta obtener los cotiledones de color blanco. Posteriormente, se trituraron los cotiledones en un procesador doméstico hasta obtener un polvo blanquecino. Se pesaron 5 gr del polvo obtenido, se colocaron en un vaso de precipitado y se agregó agua destilada hasta completar 100 ml de suspensión. Se colocó dicha suspensión en la plancha de agitación y calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 65°C, obteniendo así una mezcla viscosa que se dejó reposar a temperatura ambiente, separándose en dos fases: una acuosa y una viscosa (Figura 1). De la suspensión coagulante se extrajo el sobrenadante (fase acuosa) y se aplicó en diferentes dosis 2.5, 3, 3.5, 4 y 4.5 ml a muestras de agua con altos valores de turbidez.

Obtención del agua sintética Para la obtención del agua sintética se procedió a tomar el agua del grifo del Laboratorio de Investigaciones Ambientales del Núcleo Costa Oriental del Lago (LIANCOL). Para obtener la turbidez inicial requerida en este estudio (100, 200, 300 y 350 UNT),

Figura 1. Proceso de obtención de la mezcla coagulante. Fuente: autores (2013).

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se agregó al agua arcilla comercial. Para la preparación de la arcilla se tomaron 26 g de la misma, se colocaron en un vaso de precipitado y se agregó agua hasta completar 100 ml, luego se agitó la mezcla durante 5 minutos con el propósito de disolver la mayor parte y se dejó hidratar durante 24 horas a temperatura ambiente. La mezcla arcillosa sobrenadante se adicionó al agua del grifo para obtener los valores de turbidez inicial deseados. Las muestras de agua acondicionadas según los valores de turbidez en estudio, también requirieron un ajuste del pH (aproximadamente 4,00 unidades), pues diversos ensayos preliminares permitieron establecer que la mayor cantidad de flóculos se forman a pH@ 4,00.

Ensayos de laboratorio Una vez obtenido el coagulante natural, se procedió a realizar los ensayos relativos a los parámetros fisicoquímicos (turbidez, color, pH y alcalinidad) para las muestras de agua en estudio. Antes de adicionar el coagulante y después de ello (antes y después del proceso de filtración).

Prueba de jarras Para el ensayo preliminar y general, se utilizó un equipo de jarras JLTG Leaching test digital, el cual permite simular en el laboratorio las fases del proceso de potabilización (coagulación, floculación y sedimentación). Para realizar las pruebas de jarras, se llenaron los vasos con 1 L de agua a altos valores de turbidez. El equipo se encendió ajustado a 100 rpm durante 1 minuto de agitación, agregando las diferentes dosis de coagulante. Transcurrido el minuto de agitación rápida, se procedió a la agitación lenta, la cual se hace a 30 rpm con una duración de 20 minutos, y finalmente se suprimió la agitación para simular la fase de sedimentación durante 30 minutos.

Medición de parámetros fisicoquímicos Para la determinación de la turbidez, se utilizó el equipo HF scientific, Inc. Micro 100 Turbidimeter. Su calibración se realizó utilizando soluciones de formazina. Para la medición del pH, se empleó un potenciómetro Orion 3 Star, el cual se calibró con soluciones amortiguadoras de pH 10, 7,00 y 4,01. Para la determinación del color, se utilizó el equipo Orbeco – Hellige. La medición del parámetro alcalinidad se ejecutó a partir de la titulación de las muestras con ácido sulfúrico (H2SO4), a 0,02N con el indicador anaranjado de metilo.

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ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Caracterización del agua del grifo Las muestras de agua provenientes del grifo se caracterizaron en cuanto a los parámetros fisicoquímicos turbidez, color, pH y alcalinidad, obteniéndose inicialmente los valores que se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1. Valores iniciales de los parámetros fisicoquímicos del agua del grifo Turbidez UNT 9,00 5,05 7,05

Color (UC) 40 30 40

pH 5,61 6,01 7,30

Alcalinidad (mg CaCO3 /L) 30 26 28

Fuente: Autores (2013).

Como se puede observar, los valores presentes en el agua del grifo en su mayoría no cumplen con los parámetros establecidos por las normas (Gaceta Oficial, 1998), pero estos valores sirvieron de punto de partida para la preparación de aguas sintéticas de acuerdo a los requerimientos del estudio 100, 200, 250, 300 y 350 UNT.

Evaluación del pH óptimo para turbiedades de 100 y 350 UNT El estudio realizado con extracto de semillas de Tamarindus indica evidenció que a valores de pH iguales y mayores de 7,00 unidades no formaba flóculos, por lo cual se procedió a evaluar su eficiencia a valores de pH bajos, lográndose una mayor remoción a pH igual a 4,00 unidades. Los resultados pueden observarse en las Figuras 2 y 3. Con base a estos resultados, se evaluaron los diversos valores de turbidez inicial a un pH ajustado experimentalmente a 4 unidades. Específicamente, a una turbidez inicial de 100 UNT con valores de pH ajustados a 7 y 9 unidades, no se observó disminución en el parámetro turbidez después del tratamiento con el coagulante obtenido a partir de Tamarindus indica; mientras que, a un pH de 4 unidades la turbidez disminuyó aproximadamente a 29,03 UNT, observándose flóculos esféricos y muy numerosos (Figura 2). Al evaluar aguas con turbiedad inicial de 350 UNT, tratadas con Tamarindus indica aplicando diferentes niveles de pH, se observa de forma análoga al caso anterior, que a valores de pH ajustados a 7 y 9 unidades no se formaron flóculos y la turbidez solamente presenta una ligera disminución; a diferencia

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Figura 2. Remoción de turbidez por adición del coagulante Tamarindus indica a pH=4.00, pH=7.00 y pH=9.00para muestras. Fuente: autores (2013).

Figura 3. Remoción de turbidez por adición del coagulante Tamarindus indica a pH=4.00, pH=7.00 y pH=9.00para muestras con turbidez inicial de 350 UNT. Fuente: autores (2013).

de la muestra ajustada a pH de 4 unidades con la cual se observa en promedio 28,51 UNT, disminuyendo considerablemente dicho parámetro (Figura 3).

tros fisicoquímicos del agua sintética utilizada para realizar el proceso de coagulación-floculación se presentan en la Tabla 2.

Caracterización del agua sintética

Remoción de turbidez

Debido a que los valores de turbidez del agua cruda se encontraban por debajo de los valores iniciales requeridos para este estudio, donde el pH debía ser de 4 unidades, se preparó agua sintética agregando arcilla y ajustando el pH con ácido acético hasta los valores deseados. Los resultados de los paráme-

Como se puede evidenciar en la Tabla 3, para turbiedades de 100 y 200 UNT se obtuvo una sola dosis óptima (61,83 ppm) y la turbidez decantada aumentó al incrementarse la turbidez inicial. Esto coincide con lo reportado por Mendoza et al. (2000), quienes también obtuvieron una única dosis óptima (20

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Tabla 2. Valores promedio de los parámetros fisicoquímicos del agua sintética Turbidez (UNT) 100 200 300 350

Color (UC) 240 300 480 480

pH

Alcalinidad (mg CaCO3 /L) 12 18 30 20

4,00 4,02 4,02 4,04

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trándose que el pH se mantuvo muy ácido, quedando fuera de los rangos establecidos por la Gaceta Oficial (1998).

Evaluación del parámetro color

Fuente: autores (2013).

mg/L) al emplear Moringa oleífera como coagulante. No obstante, una vez culminado el tratamiento para estas turbiedades iniciales, se puede observar que el coagulante removió un poco más del 99% la turbidez presente en el agua, evidenciándose el alto poder coagulante de las semillas de tamarindo a estos valores de turbidez. Asimismo, para una turbidez inicial de 300 UNT se evidencia como se incrementó considerablemente la dosis óptima del coagulante; sin embargo, se observa una remoción de un 99,71% una vez filtradas las muestras.

Evaluación del parámetro pH El parámetro pH presentó poca variación después del tratamiento. Éste se mantuvo entre 4,07 y 4,26 unidades antes de filtrar, y entre 4,14 y 4,42unidades después de la filtración (Tabla 4), demos-

Los valores se ubican muy por encima de lo estipulado por las Normas de Calidad del Agua. Se aprecia la disminución de color hasta un rango entre 30 y 40 UC después del proceso de filtración, con porcentajes de remoción de color que oscilan entre 67,47% y 99,60% (Tabla 5). Este parámetro no cumple con las exigencias de la normativa para estar dentro de los estándares (15 UC). Los valores de color presentados en este reporte son similares a los referidos por González et al . (2009), según el cual hubo una remoción de color tuvo entre 95,63 y 100%. Cabe destacar que en esta investigación los valores de color inicial fueron muy altos y a pesar de que el porcentaje de remoción fue mayor a 90%. Este parámetro no alcanzó a cumplir los valores establecidos por la Gaceta Oficial (1998).

Evaluación del parámetro alcalinidad Los valores de alcalinidad antes y después del tratamiento con Tamarindus indica fluctuaron entre 17,33 y 20,66 mg CaCO3/L antes de filtrar y entre 16,00 y 18,66 mg CaCO 3/L después de filtrar, observándose que el coagulante no alteró este parámetro y se mantuvo dentro del límite permisible.

Tabla 3. Valores de turbidez inicial, dosis óptima y porcentajes de remoción obtenidos durante el tratamiento de aguas con Tamarindus indica Turbidez Inicial Dosis óptima (UNT) (ppm) 100 61,83 200 61,83 300 86,56 350 74,19

Turbidez antes de filtrar (UNT) 20,33 24,06 26,66 26,10

Remoción antes de filtrar (%) 73,45 81,68 87,24 89,09

Turbidez después de filtrar (UNT) 0,67 1,20 0,61 1,04

Remoción después de filtrar (%) 99,10 99,05 99,71 99,56


Tabla 4. Valores de pH antes y después de filtrar para las dosis óptimas Turbidez Inicial (UNT)

Dosis óptima (ppm)

pH patrón antes de filtrar

100 200 250 300 350

61,83 61,83 61,83 86,56 74,19

4,06 4,14 4,11 4,15 4,44


pH patrón después de filtrar 4,11 4,19 4,16 4,13 4,42

pH antes de filtrar

pH después de filtrar

4,07 4,20 4,26 4,14 4,45

4,14 4,24 4,24 4,15 4,42

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Tabla 5. Valores de remoción de color antes y después de filtrar para las dosis óptimas Turbidez Dosis óptima Color de Inicial (UNT) (ppm) patrón antes de filtrar 100 61,83 240 200 61,83 300 250 61,83 480 300 86,56 480 350 74,19 480

Color de patrón después de filtrar (UC) 43 50 40 50 50

Color de las muestras AF (UC) 120 240 240 240 266

% de Color de las Remoción muestras DF (UC) 50 20 50 62,50 44,44

30 40 40 40 33

% de Remoción 87,52 67,47 91,67 91,67 99,60


Las Normas de Calidad de Agua Potable de Venezuela (Gaceta Oficial, 1998) no establecen límites para la alcalinidad, mientras que el Ministerio de la Protección Social, Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial de Colombia, en la Resolución Número 2115 (2007), establece como máximo 200 mg CaCO3/L para la calidad del agua de consumo humano. Considerando estos límites, la alcalinidad en esta investigación fue baja. Los resultados obtenidos en este estudio pueden ser comparados con los reportados por Mendoza et al . (2000), donde se evaluó la eficiencia de Moringa oleífera y su efecto sobre la alcalinidad, en el cual se observó una variación mínima.

CONCLUSIONES Los resultados demostraron que el Tamarindus indica puede ser considerado como una alternativa entre los coagulantes naturales para potabilización del agua con valores de turbidez entre 100 y 350 UNT, pues los porcentajes de remoción de turbidez oscilaron entre 72,45% y 89,09% antes del proceso de filtración y luego de filtradas las mismas, entre 98,78% y 99,71%.

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