UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTÍN-TARAPOTO FACULTAD DE ECOLOGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA SANITARIA PROYECTO DE TESIS
Evaluación de eficiencia de la harina de cáscara de plátano (Musa spp) utilizando un filtro casero, para la adsorción de hierro y manganeso en agua para consumo humano, barrio Miramayo, distrito de Yantaló - Moyobamba – San San Martin.
AUTORES
: Harley Smith Campos Pardo Josué Jhonatan Porras Becerra
ASESOR
: Ing. MSc Yrwin Francisco Azabache Liza
MOYOBAMBA - PERÚ 2017
Índice I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. XIII.
TITULO …………………………………………………………………………………………………………….. 3 CODIGO DEL PROYECTO …………………………………………………………………………………… 3 PERSONAL INVESTIGADO IN VESTIGADOR R……………………………………………………………………………… .. 3 TIPO DE INVESTIGACIÓN…………………………………………………………………………………… 3 REGIMEN DE INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN…………………………………………………………………………. 3 INSTITUCIÓN A LA QUE PERTENECE EL ESTUDIO …………………………………………… .. 3 LOCALIDAD E INSTITUCIÓN DONDE SE EJECUTA EL PROYECTO …………………………. 3 ………………………………………………. 4 CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO ………………………………………………. FECHA DE INICIO Y TERMINO …………………………………………………………………………. 4 RECURSOS DISPONIBLES…………………………………………………………………………………. 4 RECURSOS NO DISPONIBLES Y PRESUPUESTOS ………………………………………………. 6 FINANCIAMIENTO ……………………………………………………………………………………………. 7 PLAN DE INVESTI GACIÓN …………………………………………………………………………………. 7 13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 13.6. 13.7. 13.8. 13.9. 13.10. 13.11. 13.12.
XIV.
Planteamiento del problema…………………………………………………………………. 7 Formulación del problema…………………………………………………………………… 7 Justificación e importancia…………………………………………………………………….. 8 8 9 Objetivos………………………………………………… Objetivos…………………………………………………………………………………… ………………………………………………. ……………. 9 Marco teórico …………………………………………………………………………………………. 9 9 Sistema de variables ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… …………… 31 Hipótesis………………………………………………… Hipótesis…………………………………………………………………………………… …………………………………………… ………….. 31 Diseño de investigación…………………………………………………………………………..32 ………………………………………………… 32 Diseño de contrastación de la hipótesis ………………………………………………… Población y muestra …………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ………… 32 Técnicas e instrumentos para la recolección de datos ………………………… 33 Técnicas de procesamiento y análisis de datos………………………………………. datos………………………………………. 34
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS …………………………………………………………………….. 37 ANEXOS…………………………………………………………………………………………………………..39
2
Índice I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. XIII.
TITULO …………………………………………………………………………………………………………….. 3 CODIGO DEL PROYECTO …………………………………………………………………………………… 3 PERSONAL INVESTIGADO IN VESTIGADOR R……………………………………………………………………………… .. 3 TIPO DE INVESTIGACIÓN…………………………………………………………………………………… 3 REGIMEN DE INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN…………………………………………………………………………. 3 INSTITUCIÓN A LA QUE PERTENECE EL ESTUDIO …………………………………………… .. 3 LOCALIDAD E INSTITUCIÓN DONDE SE EJECUTA EL PROYECTO …………………………. 3 ………………………………………………. 4 CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO ………………………………………………. FECHA DE INICIO Y TERMINO …………………………………………………………………………. 4 RECURSOS DISPONIBLES…………………………………………………………………………………. 4 RECURSOS NO DISPONIBLES Y PRESUPUESTOS ………………………………………………. 6 FINANCIAMIENTO ……………………………………………………………………………………………. 7 PLAN DE INVESTI GACIÓN …………………………………………………………………………………. 7 13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 13.6. 13.7. 13.8. 13.9. 13.10. 13.11. 13.12.
XIV.
Planteamiento del problema…………………………………………………………………. 7 Formulación del problema…………………………………………………………………… 7 Justificación e importancia…………………………………………………………………….. 8 8 9 Objetivos………………………………………………… Objetivos…………………………………………………………………………………… ………………………………………………. ……………. 9 Marco teórico …………………………………………………………………………………………. 9 9 Sistema de variables ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… …………… 31 Hipótesis………………………………………………… Hipótesis…………………………………………………………………………………… …………………………………………… ………….. 31 Diseño de investigación…………………………………………………………………………..32 ………………………………………………… 32 Diseño de contrastación de la hipótesis ………………………………………………… Población y muestra …………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ………… 32 Técnicas e instrumentos para la recolección de datos ………………………… 33 Técnicas de procesamiento y análisis de datos………………………………………. datos………………………………………. 34
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS …………………………………………………………………….. 37 ANEXOS…………………………………………………………………………………………………………..39
2
I.
TITULO:
Evaluación de eficiencia de la harina de cáscara de plátano (Musa spp) utilizando un filtro casero, para la adsorción de hierro y manganeso en agua para consumo humano, barrio Miramayo, distrito de Yantaló Moyobamba – San Martin. II.
CÓDIGO DEL PROYECTO:
III.
PERSONAL PERSONAL INVESTIGADOR: INVESTIGADOR:
1. Apellidos y nombres de de los autores autores participantes participantes ✓
Campos Pardo Harley Harley Smith
✓
Porras Becerra Josué Josué Jhonat Jhonatan an
2. Apellidos y nombres del asesor asesor ✓
IV.
Ing. MSc Yrwin Francisco Francisco Azabache Liza Liza
TIPO DE INVESTIGACIÓN: 4.1 De acuerdo a la orientación.
4.1.1. Aplicada. 4.2 De acuerdo a la técnica de contrastación contrastación
4.2.1. Experimental. V.
RÉGIMEN DE INVESTIGACION: 5.1 Libre.
VI.
VII.
INSTITUCIÓN A L A QUE PERTENECE EL ESTUDIO: 6.1 Institución
: Universidad Nacional de San Martín – Tarapoto.
6.2 Facult ad
: Ecología.
6.3 6.3 Escuela Académica
: EAP - Ingeniería Sanitaria.
LOCALIDAD LOCAL IDAD E INSTITUCIÓN INSTITUCIÓN DONDE DONDE SE EJECUTA EL PROYECTO: PROYECTO: 7.1 7.1 Localid ad:
Moyobamba
✓
7.2 7.2 Instituci Insti tuci ón : ✓
Laboratorio Ambiental y Sanitaria Sanitaria Facultad de Ecología.
3
VIII.
CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO: N° 1
MESES
ACTIVIDADES
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Levantamiento de información
x
2 Obtención de la harina de cascara de plátano 3 Diseño del filtro en gabinete 4 Implementación del filtro a escala 5 Puesta en función del filtro 6 Recojo de muestras 7 Análisis de muestras 8 Análisis e interpretación de resultados 9 Presentación de informe de avance 10 Pruebas con ajuste de errores 11 Análisis e interpretación de resultados 12
x x x x x x x x x x x x
x x x
x x
Redacción del informe final
x
Fuente: Elaboración propia
IX.
X.
FECHA DE INICIO Y TÉRMINO:
9.1 Inicio
: A partir de la fecha de resolución de ejecución.
9.2 Término
: A los 12 meses de la fecha de resolución de ejecución.
RECURSOS DISPONIBLES. DISPONIBL ES. 10.1 10.1 Potenci al humano :
02 Tesistas.
✓
01 Asesor.
✓ ✓
01 Personal de apoyo.
10.2 Materiales y equipos. ✓
Útiles de escritorio.
✓
Cuaderno de campo
✓
Calculadora científica científica
Laptop toshiba, Intel(R) Core(TM) i5-4510U CPU @ 2.00GHz 2.60
✓
GHz. ✓
Cámara digital sony cyber-shot, cyber-shot, DSC-W310
✓
Envases colectores colectores de Muestra
Cinta métrica
✓
Cooler
✓
Mortero
✓
4
Ph metro
✓
Turbidímetro
✓
Mufla
✓ ✓
Vasos de precipitación 100 mL.
✓
Embudos de vidrio
✓
Erlenmeyer de 50 mL
✓
Papel filtro whatman N° 40
✓
Soporte de embudo
✓
Tamiz de acero inoxidable de malla # 20, 35 y 57 de acuerdo a la norma ASTM.
✓
Una Balanza analítica 0.001 g
✓
Un Agitador magnético.
✓
El espectrofotómetro Shimadzu UV 1700.
✓
Un Molino convencional.
Guantes.
✓
Guardapolvo.
✓
Mascarilla.
✓
Capota.
✓
Botas.
✓ ✓
Agua destilada.
10.3 Locales y/o ambientes. ✓
Oficina (Domicilio propio).
✓
Laboratorio Ambiental y Sanitaria Facultad de Ecología.
5
XI.
RECURSOS NO DISPONIBLES Y PRESUPUESTOS. 1. BIENES Y SERVICIOS Descrip ción
Nro. Cuenta
Cantidad
Valor Unitario S/.
Valor total S/.
Justificación
120.00
Levantamiento de información, diseño del filtro en gabinete, análisis e interpretación de resultados, redacción del informe final, impresión del informe. Levantamiento de información, diseño del filtro en gabinete, análisis e interpretación de resultados, redacción del informe final.
Bienes
1.1. Papel bond A4
2.3.15.12
4
30.00
1.2. Lapiceros
2.3.15.12
3
1.00
3.00
1.3. Papel Filtro
2.3.15.12
3
4.00
12.00
1.4. Plumones N°47
2.3.15.12
4
5.00
20.00
1.5. Plumones N°56
1.6. Filtro Domiciliar
1.7. Reactivos
2.3.15.12
2.3.199.199
2.3.199.12
1.8. Equipos de 2.3.16.14 protección
4
5.00
2
50.00
4
100.00
20.00
Tratamiento y análisis de muestras. Levantamiento de información, diseño del filtro en gabinete, análisis e interpretación de resultados, toma de muestras. Levantamiento de información, diseño del filtro en gabinete, análisis e interpretación de resultados, toma de muestras.
100.00
Implementación del filtro domiciliar para el tratamiento de muestras, pruebas con ajuste de errores
400.00
Implementación del filtro domiciliar para el tratamiento de muestras, pruebas con ajuste de errores Recojo y análisis de muestras, tratamiento y análisis de muestras, pruebas con ajustes de errores.
3
40.00
120.00
Servicios
2.1. Teléfono
2.3.22.21
70
0.50
35.00
2.2. Internet
2.3.22.23
40
2
80.00
6
Efectos de coordinación en todas las etapas del proyecto. Levantamiento de información, diseño del filtro domiciliar, tratamiento y análisis de muestras, pruebas con ajustes de errores.
2.3. Impresione s 2.4. Encuaderna do y empastado
2.3.22.44
280
0.50
140.00
2.3.22.44
4
70.00
280.00
2.5. Alquiler de equipos
2.3.25.14
3
100.00
2.6. Pasaje al lugar de estudio
2.3.21.22
10
4
2.7. Análisis de muestras
2 .3.2 7.11 99
20
100
Total
Análisis de muestras, interpretación de resultados, redacción del informe final. Impresión, empastado y presentación del informe
Implementación del filtro domiciliar, tratamiento y 300.00 análisis de muestras, pruebas con ajustes de errores. Levantamiento de información, diseño del filtro domiciliar, 40.00 tratamiento y análisis de muestras, pruebas con ajustes de errores. Recojo y análisis de muestras, 2000.00 tratamiento y análisis de muestras. 3670.00
Elaboración: Tesistas
XII.
FINANCIAMIENTO 12.1 El financiamiento se realizará con fondos propios de los tesistas un
total de 3670.00 soles. XIII.
PLAN DE INVESTIGACIÓN. 13.1 Planteamiento d el problema.
De acuerdo a Mcfarland&Dozier (2010) las aguas subterráneas tienen mayores concentraciones de hierro ya que la materia orgánica del suelo absorbe el oxígeno disuelto del agua, normalmente las aguas con gran carga orgánica suelen tener más fierro produciéndose así asociaciones y complejos entre ellos cuya eliminación y potabilización puede ser problemática. “Las aguas de pozos contienen
mayores concentraciones de Fe y Mn que las aguas superficiales, debido al bajo pH (alta concentración de CO2) y al escaso contenido de oxígeno disuelto”.
En la región San Martin existen algunas captaciones de agua subterránea que son utilizadas para el consumo humano, pero sin un debido tratamiento, lo que provoca un problema social y trae consigo enfermedades ligadas al recurso hídrico que se consume. Las aguas 7
subterráneas de la región San Martin se caracterizan por contener altas concentraciones de Fe y Mn, las cuales deben ser sometidas a un tratamiento para reducir sus concentraciones y convertirlas en agua apta para el consumo humano. En localidades pequeñas no es posible contar con un sistema de tratamiento de estos minerales, y de aquí nace el problema. Según estudios realizados por la micro red de salud del distrito de Yantaló (Análisis de calidad de agua 2015), los pobladores del barrio Miramayo - Yántalo, consumen agua de pozo ubicado en su sector, que contiene hierro y manganeso por encima de los límites máximos permisibles del reglamento de la calidad del agua para consumo humano (DS N° 031-2010-SA). Consumir agua con elevadas concentraciones de hierro y manganeso es perjudicial a largo plazo para la salud. Formulación de pr oblema
¿En qué medida es eficiente el uso de la harina de cáscara de plátano (Musa spp) utilizado en un filtro casero, para la adsorción de hierro y manganeso en agua para consumo humano, barrio Miramayo, distrito de Yantaló - Moyobamba – San Martin? 13.2 Justificación e importancia.
La bioadsorción de metales pesados es una técnica de tratamiento de aguas contaminadas. Con el uso de residuos agroindustriales ha sido empleada como una alternativa para las tecnologías físico-químicas existentes, encargadas de descontaminar las aguas que contienen metales pesados. La adsorción en el proceso de liosorción es similar al de los adsorbentes principales aplicados en el tratamiento de las aguas residuales como alúmina, ciertas resinas orgánicas y carbón activado. Existen en la actualidad, dos fuentes importantes actividades antropogénicas responsables de la contaminación del medio ambiente agudizando las condiciones de vida: la descarga de metales pesados 8
al ambiente producto de las actividades mineras, que causa numerosos problemas de salud debido a la toxicidad intrínseca, bioacumulación y persistencia en la naturaleza de estos y los desechos agroindustriales de la producción de alimentos a gran escala, como el banano maduro, que generan una fuente importante de agresión ambiental por lo que la posibilidad del procesamiento de la cáscara de banano maduro para obtener un producto seco (en polvo) para su empleo en el proceso de descontaminación (bioadsorción) de metales como el hierro y manganeso en aguas de pozos subterráneos, se traduce en una variante importante de utilización, aplicación y protección del medio ambiente y la salud humana (ONU, 2003). 13.3 Objetivos Objetivo General: ✓
Evaluar la eficiencia de la harina de cáscara de plátano (Musa spp) utilizando un filtro casero, para adsorber el hierro y manganeso en agua para consumo humano, barrio Miramayo, distrito de Yantaló – Moyobamba – San Martín.
Objetivos Específicos:
Construir un filtro casero de grava, carbón activado, arena y harina
✓
de cáscara de plátano Musa spp (adsorbente) para adsorber el hierro y manganeso del agua. Evaluar la eficiencia en diferentes concentraciones de la harina de
✓
cáscara de plátano (Musa spp). Determinar la cantidad de Hierro y Manganeso absorbidos por el
✓
filtro. 13.4 Marco teórico 13.4.1 Antecedentes de la investigación a) A nivel internacional: Boniolo, (2005). En su trabajo de investigación “La biosorción de uranio en la cáscara del plátano ”, concluye
que la cáscara de plátano demostró ser un biosorbente 9
eficaz con grandes perspectivas de aplicación en una sola etapa de equilibrio de 40 minutos y utilizando la cáscara solución en relación de uranio / plátano 2: 0,050 (mL: g), elimina más del 50% de UO2+ de 100 mg solución L de nitrato de uranio -1. El estudio de la variación en el pH indica que los factores de eliminación más altas se produjeron a pH 4. En el intervalo de concentración estudiado, 50-500 mg L-1 La adsorción UO2+ la cáscara de plátano correlaciona mejor con el modelo de freundlich isoterma a 25 ± 2 ° C. El aumento de la temperatura es desfavorable en el proceso de adsorción de uranio y la capacidad máxima de adsorción reducirá de 14 a 10 mg de uranio cuando se elevó de 30 a 50 °C. Las moléculas de carga negativa del polvo de banana atraen a las moléculas de los metales pesados, que tienen carga positiva. Si bien la limpia sólo en un 65%, el proceso puede repetirse tantas veces como sea necesario hasta que el agua esté completamente limpia. Castro, (2015) En su trabajo de investigación : “Uso de la cáscara de banano (musa paradisiaca) maduro deshidratada (seca) como proceso de bioadsorción para la retención de metales pesados, plomo y cromo en aguas contaminadas”.
Donde el objetivo general fue evaluar la capacidad de bioadsorción de la harina de la cáscara de banano maduro (HCBM) para la eliminación de metales pesados y el porcentaje de remoción de dichos metales. Se variaron dos parámetros: el tamaño de partícula de la cáscara de banano (845 µm, 400 µm y 250 µm) y la cantidad del polvo de cáscara de banano (10, 15 y 20 g/L). El estudio consistió en preparar soluciones con diferentes concentraciones de harina de cáscara de banano con tres diferentes tamaños de partícula, adicionando otras soluciones de 50 ppm de plomo (II) y 50 ppm de Cr (VI). Durante el proceso de bioabsorción se midió el pH cada 8 horas. El proceso de se lo llevó a cabo 10
en reactores tipo “Batch”, y de esta manera determinar los
factores que influyen en la bioadsorción de los metales en estudio. La relación de gramos de adsorbente por litro de solución es un factor muy importante en el proceso de adsorción; esta variable limita la cantidad máxima de iones de plomo (II) y Cromo (VI) que la cáscara de banano puede adsorber; a mayor relación g/L mayor porcentaje de adsorción; es necesario encontrar una relación para el equilibrio entre la cantidad de cáscara gastada y el porcentaje obtenido de remoción; de acuerdo con los resultados en esta investigación, se encontró que con la relación de 20 g/L, se obtuvieron los porcentajes mayores de remoción, los cuales fueron de 80 % Pb del y 51,2 % del Cr, respectivamente. De acuerdo a los resultados obtenidos del análisis de varianza (ANOVA, ver anexo N° 01), efectuado para determinar la significancia estadística del efecto de los parámetros estudiados en el proceso de adsorción de plomo y cromo a partir de cáscara de banano, se concluye que: En el caso del plomo, al aumentar la concentración de la cáscara de banano, aumenta la capacidad de adsorción y el tamaño de la partícula no influye significativamente en el proceso. En la adsorción de cromo existe una diferencia significativa en el tamaño de la partícula; a mayor tamaño mayor adsorción; la concentración de la cáscara en este caso no es significativa. En conclusión, los resultados muestran un porcentaje máximo de bioadsorción de 80 % ± 1,75 para el plomo (II) y 51,2 %± 5,48 para el cromo (VI). El tiempo de retención hidráulica para los dos metales en estudio fue de 48 horas. El análisis estadístico indica que existe una diferencia significativa (p˂0,05) en la bioadsorción de Pb (II) con
diferentes concentraciones de cáscara de banano, a mayor 11
concentración de cáscara, mayor % de bioadsorción de Pb (II); el pH ligeramente ácido (6,9 y 5,4), favoreció a la bioadsorción, debido a que el grado de protonación de la superficie de la cáscara aumenta y, en consecuencia, también aumenta la bioadsorción de los metales pesados. Caballero,
(2012).
En su trabajo de investigación :
“Evaluación del uso de la cáscara del banano (Musa
AAA) Vari edad Williams par a la remoción de ars énico en el agua Para consumo humano”, concluye que: El uso de
medio filtrante de cáscara de banano (Musa AAA) variedad Williams, es eficiente hasta en un 80% en muestras de agua con concentraciones no mayores de 0.05 mg/l, para cumplir con la norma salvadoreña de agua potable NSO 13.07.01:04. La carrera del filtro con lecho de cáscara de banano (Musa AAA) variedad Williams es corto, aproximadamente 28 minutos. Así mismo parece absorber el arsénico disuelto en el agua, llegando a un nivel de saturación después del cual no es posible recuperar su propiedad absorbente, y debiendo descartar el medio filtrante.
b) A nivel nacional: Padilla, Leiva, y Flores, (2014) . En su investigación “Comparación entre un proceso de filtración simple y
múltiple para tratar agua subterránea con alto índice de fierro (Fe+2) - Centr o Pobl ado Alianza, San Martín, 2014”.
Donde las variables de estudio fueron: Tratamiento iónico simple, tratamiento iónico compuesto; como variable dependiente el índice de metales en agua subterránea. El tratamiento de filtración simple estuvo compuesto por un aluminosilicato denominado zeolita además de diferentes arenas y gravas; el tratamiento de filtración compuesta 12
estuvo constituido por un lecho filtrante de carbón activado, biopolímero natural, arenas y grava. En conclusión, el tratamiento iónico simple permitió alcanzar un pH 6.8 - 6.9 y la disminución de la concentración de fierro (Fe+2) 0-0.06 mg/L en el agua; con el tratamiento iónico compuesto se logró un pH 7-7.1 y valores de 0-0.01 mg/L en la concentración de fierro (Fe+2), no obstante, las propiedades organolépticas cambiaron debido al biopolímero natural que usado para la filtración compuesta. De acuerdo al análisis de (ANOVA, ver anexo N° 02) los resultados entre pre-prueba y post-prueba, presentan un nivel de significancia mayor a 0.05, indicando que existe una diferencia significativa entre ambos. Se concluye que ambos tratamientos de filtración iónica fueron efectivos; sin embargo, el tratamiento con filtración compuesta logró estabilizar el pH y disminuir la concentración de fierro (Fe+2) con mayor eficiencia, por otro lado, las propiedades organolépticas del agua se vieron alteradas. 13.4.2 Bases teóricas 1. Hierro. Valencia, (2008). El hierro es un elemento químico de
número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe y tiene una masa atómica de 55.845g/mol. El hierro es un metal que tiene un color negro lustroso o gris azulado, dúctil, maleable, tenaz, es extremadamente duro y pesado, además se oxida al contacto con el aire y tiene propiedades ferromagnéticas. Por otro lado es importante indicar que el hierro es el cuarto elemento más abundante en la
corteza terrestre,
representando un 5%, entre los metales sólo el aluminio es 13
más abundante. Se encuentra en hematites, magnetita y limonita, entre en la composición de sustancias importantes en los seres vivos, como las hemoglobinas. Tipos de hierro.
Hay tres formas principales de hierro, otros tipos son mucho más raros. Ferroso. Este tipo de hierro es regularmente llamado “hierro de agua transparente” ya que no es visible cuando
se sirve el agua. Se encuentra en agua que no contiene oxígeno, tales como agua de pozos hondos y agua de debajo de la tierra. El dióxido de carbono reacciona con el hierro en la tierra para formar bicarbonato de hierro soluble en agua, el cual produce iones ferrosos (Fe++). Férrico. Hierro f érrico también es conocido como “agua roja de hierro”. Este tipo de hierro es básicamente de hierro
ferroso el cual ha estado expuesto a oxígeno, combinado con el hierro para formar los iones férricos (Fe+++). Estas partículas oxidadas generalmente son visibles en agua servida. Hierro bacterial. Depositando en limo, en tanques de
inodoros o ensuciando filtros y suavizantes de agua son una buena indicación de la presencia del hierro bacterial. Mejor descrito como biofouling de hierro, el problema de la bacteria del hierro es complejo y extenso. Ataca a los pozos y sistemas de agua alrededor del mundo en todo tipo de ambiente acuífero. En algunos lugares, esto causa gran daño, y en otros se considera una molestia menor. 2. Manganeso. Valencia, (2008). El manganeso es un elemento químico
de número atómico 25 situado en el grupo 7 de la tabla
14
periódica de los elementos, se simboliza como Mn y tiene una masa atómica de tiene 54.938g/mol. Se encuentra como elemento libre en la naturaleza, a menudo en combinación con el hierro y en muchos minerales. El manganeso es el doceavo elemento más abundante que se encuentra en la corteza terrestre y se distribuye en suelos, sedimentos, rocas, agua y materiales biológicos. En bajas concentraciones, el manganeso es un elemento esencial para el hombre y las plantas, y por eso tiene gran aplicación en la agricultura. El manganeso es un metal de transición blanco grisáceo, parecido al hierro. Es un metal duro y muy frágil, refractario y fácilmente oxidable. El manganeso metal puede ser ferromagnético, pero sólo después de sufrir un tratamiento especial. El manganeso es uno de los metales más abundantes de la corteza terrestre, sin embargo, en el agua se encuentra con menos frecuencia y en cantidades mucho menores que el hierro. Información general.
El agua de los pozos en ocasiones presenta características físicas y químicas que no permiten su uso o consumo humano por la presencia de ciertos minerales, tales como el hierro y el manganeso. Por esta razón, es necesario realizar un tratamiento al agua, para reducir los compuestos indeseables y hacer que cumpla con las normas establecidas para agua potable. Generalmente el manganeso está presente junto al hierro, por esa razón la presencia de ambos hace más complicada 15
su eliminación del agua, debido a que son solubles a diferentes pH. En aguas subterráneas, el pH y el potencial redox puede ser tal que permiten altas concentraciones de hierro en solución, de este modo en aguas que contienen cantidades apreciables de hierro, exentas de oxígeno disuelto y con alto contenido de anhídrido carbónico, el hierro se encuentra presente bajo la forma divalente Es importante indicar que, aunque la presencia de grandes cantidades de manganeso en el agua puede ser considerada peligroso, ya que estudios recientes aún no confirmados han manifestado que el manganeso puede tener efectos neurotóxicos en los seres humanos. El consumo habitual de aguas con concentraciones elevadas de manganeso provoca trastornos encefálicos. No parece que posea incidencia carcinogénica. El cuerpo humano logra absorber el manganeso en el intestino delgado, acabando la mayor parte en el hígado, de donde se reparte a diferentes partes del organismo. Alrededor de 10mg de manganeso son almacenados principalmente en el hígado y los riñones. 3. Cáscara de plátano.
Los principales componentes de la cáscara son: celulosa (25%), hemicelulosa (15%) y lignina (60%). La cáscara de plátano tiene una propiedad de adsorción. La cáscara molida tiene la capacidad para extraer iones de metales pesados del agua y de los parámetros que intervienen en este proceso. La adsorción de la cáscara de plátano se debe en gran parte a la lignina que son polímeros insolubles, además presenta un elevado peso molecular, que resulta de la unión de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos (cumarílico, 16
coniferílico y sinapílico). El acoplamiento aleatorio de estos radicales da origen a una estructura tridimensional, polímero amorfo, característico de la lignina. (Bismark, Castro, 2014) 4. Generalidades de la cáscara de plátano.
La cáscara de plátano es un compuesto lignocelulósico compuesta de: celulosa, hemicelulosa y lignina, pero su composición varía con el origen del material. La cáscara de plátano maduro es el material lignocelulósico, que representa alrededor del 40 % del peso total de la fruta. (Monsalve, Medina, & Ruiz, 2006.). Tabla 1. Composici ón qu ímica de la cáscara de banano CÁSCARA DE BANANO
COMPONENTES
(% BASE SECA)
ALMIDÓN
39.89
HUMEDAD
89.1
HEMICELULOSA
14.8
CELULOSA
13.2 14
LIGNINA MAGNESIO
0.16
CALCIO
0.26
CENIZAS
11.37
Fuente: (Monsalve, Medina, & Ruiz, 2006)
Celulosa: es un homopolisacarido de cadenas largas sin ramificaciones de β-D-glucosa; se distingue del almidón por
tener grupos -CH2OH alternando por arriba y por debajo del plano de la molécula. La ausencia de cadenas laterales permite a las moléculas de celulosa acercarse unas a otras para formar estructuras rígidas. Figura 1. Fórmula química de la celulos a
Fuente: (Méndez, 2008)
17
Hemicelulosa: es un heteropolisacarido, formado por
glucosa,
xilosa,
arabinosa,
excluyendo
la
celulosa,
constituyen las paredes celulares de las plantas y se pueden extraer mediante hidrolisis acido o enzimática. Las hemicelulosas forman aproximadamente una tercera parte de los carbohidratos en las partes leñosas de las plantas. Su estructura química consiste de cadenas largas con una gran variedad de pentosas, hexosas, y sus correspondientes ácidos urónicos. Figura 2. Fórmula química de la hemicelulosa
Fuente: (Tapia, 2003.)
Pectina: son polímeros ácidos y neutros muy ramificados.
Constituyen el 30 % de masa seca de la pared celular primaria de las células vegetales. Determinan la porosidad de la pared y, por tanto, el grado de disponibilidad de los sustratos de las enzimas implicadas en las modificaciones de la misma. Las pectinas, también, proporcionan superficies cargadas que regulan el pH y balance iónico. Figura 3. Fórmula quími ca de la pectina.
Fuente: (Tapia, 2003.)
18
Lignina: La lignina es una macromolécula fenólica compleja,
después de la celulosa la sustancia orgánica más abundante en las plantas es la lignina un polímero altamente planificado de los grupos fenilpropanoides que desempeña funciones tanto primarias como secundarias. La lignina está formada generalmente por tres derivados fenilpropanoides diferentes: los alcoholes coniferilico, cumárico y sinapílico; sintetizados a partir de la fenilalanina a través de varios derivados del ácido sinanico. Los alcoholes fenilpropanoides se unen en un polímero por la acción de enzimas que generan intermediarios en forma de radicales libres. Las propiedades de las tres unidades manométricas en la lignina varían entre especies, órganos vegetales e incluso entre las capas de una pared celular. Figura 4. Estruc tura químic a de la ligni na
Fuente: (Tapia, 2003.)
5. Bioadsorción.
La bioadsorción es un proceso fisicoquímico que incluye los fenómenos de adsorción y absorción de moléculas e iones (Muñoz, 2007). Este término es utilizado mayormente en la relación de la captación de metales que lleva a cabo una biomasa viva o muerta, a través de mecanismos fisicoquímicos como la adsorción o el intercambio iónico. Este proceso involucra 19
una fase sólida (bioadsorbente) y una fase líquida (solvente, que es normalmente agua) que contiene las especies disueltas que van a ser sorbidas (sorbato, como por ejemplo los iones metálicos). La bioadsorción ocurre cuando los cationes de los metales se unen por interacciones electrostáticas a los sitios aniónicos que se encuentran en los bioadsorbentes (Fig. 5). Estos sitios que sirven como centros activos para la bioadsorción se encuentran ubicados en los grupos de los carboxilo, hidroxilo, amino, sulfónico, que forman parte de la estructura de la mayoría de los polímeros de origen natural. Figura 5. Proceso de adsorci ón.
Fuente:(Muñoz, 2007).
6. Adsorción de metales utilizando lignina
La gran capacidad de adsorción de metales de la lignina se debe en parte a los fenoles y otros grupos funcionales presentes en su superficie, aunque no puede ser atribuida a un único grupo funcional, pero entre ellos existe uno que posee mayor afinidad con el ion metálico. También se debe a las fuerzas de atracción electrostática entre la superficie de la lignina y el ion metálico. Esta fuerza de enlace con la que los iones son adsorbidos es debida al tamaño del radio del 20
ion que entre más grande, mayor será la fuerza con la que es retenido, esto se presenta porque existe una fuerza de repulsión electrostática de los iones metálicos con menor radio iónico con los sitios de unión de la lignina (Correa et al., 2012). a. La harina de cáscara de plátano como bioadsorbente de los metales pesados.
La capacidad de los residuos lignocelulósicos de adsorber iones de metales pesados, es de importancia para el desarrollo de una tecnología eficaz, limpia y barata para el tratamiento de las aguas residuales (Montanher, Oliveira, &Rollenberg, 2005.). Un gran número de residuos agrícolas de costo bajo han sido y son utilizados como adsorbentes para la eliminación de metales pesados, incluyendo el aserrín, la cáscara de coco, la fibra de coco, la cáscara de plátano, las cenizas volantes provenientes del bagazo, cáscara de naranja, el musgo y las cáscaras de nueces (Annadurai, Jueng, & Lee, 2002.). La mayoría de estos adsorbentes tiene una buena capacidad de adsorción en comparación con los carbonos activados e intercambiadores comerciales de iones; Pero, su uso en su forma original es limitado debido a la filtración de sustancias orgánicas en las soluciones. Por lo tanto, se debe realizar investigaciones dirigidas a prevenir la filtración de sustancias orgánicas durante el proceso de adsorción sin afectar la capacidad de adsorción. La cáscara de plátano, cuando se seca y muele, hasta obtener harina muy fina, tiene la capacidad de limpiar las aguas contaminadas con metales pesados de una manera eficaz y barata. 21
En la actualidad el método con mayor eficiencia para la descontaminación del agua con metales pesados (plomo, níquel, cromo, etc.), se realiza mediante carbón activado, un producto industrial adsorbente que retiene sobre su superficie, un porcentaje pequeño de estos metales; pero que también ofrece un costo alto para el medio ambiente. En Brasil se aprovecha este desecho para la limpieza de uno de los principios básicos de la física-química: los polos opuestos, se atraen. En la cáscara de plátano existe un gran número de moléculas con carga negativa como carbonil, carboxil, sulfidril, fosfato e hidroxil (Planeta Sustentável, 2014). Estas moléculas tienen la capacidad de atracción sobre la carga positiva de los metales pesados (Annadurai, Jueng, & Lee, 2002.). b. Proceso de retención de metales pesados utilizando harina
de
cáscara
de
plátano
como
material
bioadsorbente
A continuación, se presenta el diagrama de flujo se presenta el proceso de bioadsorción de metales pesados. Figura 6. Obtención del lecho filtrante de cascara de plátano.
Fuente: Civantos, 2011.
22
c. Descripc ión del proceso:
A continuación, se describe el proceso de bioadsorción de los metales pesados. Secado: la cáscara molida de plátano, pueden ser
secadas al ambiente o en secadores industriales a temperaturas de 105°C, hasta obtener peso constante. Molienda: la cáscara obtenida en el pelado manual de
plátano maduro para elaboración de puré o para consumo directo, se muele en molinos de tal manera que se obtenga harina soluble. Tamizado: se pasa el material molido por un tamiz de
tamaño de partícula conocida para asegurar que las partículas sean uniformes. Retención: la harina fina obtenido de las etapas
anteriores
se
añade
al
agua
contaminada
en
concentraciones que pueden variar desde 1 a 5 g/L. Análi sis: en el laboratorio, se mide la concentración
inicial de metales pesados y luego del proceso también se mide la concentración y se determina la eficiencia del proceso. Al ser la harina de cáscara de plátano maduro muy perecible y susceptible de contaminación por microorganismos solo se la puede utilizar una sola vez. Es decir, si se pudiera pasar esta agua varias veces más sería posible purificar el agua casi por completo. En investigaciones similares se utilizó como contaminante uranio, pero afirman que el método también es eficaz con otros metales utilizados ampliamente en la industria como el cadmio, el plomo o el níquel. Milena Boniolo, investigadora brasileña realizó el descubrimiento, como parte de su tesis doctoral y afirma que sólo en Sao Paulo se disponen a los residuos sólidos domiciliarios cerca de cuatro toneladas de cáscaras de plátano a la semana, solo en los restaurantes. Al poseer 23
la
cáscara
de
plátano
un
alto
potencial
como
descontaminante, sería muy sencillo convencer tanto a las empresas de alimentos como a los propietarios de los restaurantes para que donaran sus residuos de plátanos. La cáscara de plátano, además de ser un residuo barato y altamente disponible, tiene en su composición hidroxila y carboxila de pectina, elementos capaces de adsorber no sólo metales pesados sino también compuestos orgánicos (Renata, y otros, 2009). d. Parámetros qu e influyen en el pro ceso de adsor ción. ✓
Influenci a del pH en la Adsorci ón
El pH de la solución es el factor más importante en la adsorción de cationes como de aniones, siendo el efecto distinto en ambos casos. Así, mientras que la adsorción de cationes suele estar favorecida para valores de pH superiores a 4,5, la adsorción de aniones prefiere un valor bajo de pH, entre 1,5 y 4 (Kuyucak&Volesky, 2008). Existen tres vías de influencia del pH en la adsorción del metal: El sitio activo del descontaminante interacciona con el catión metálico y la superficie polar o cargada del adsorbente, en este caso los microporos del carbón varían de pH. Cuando el grupo de unión del metal es débilmente ácido o básico, la disponibilidad del sitio libre depende del pH. El logaritmo de la constante de disociación del ácido conjugado (pKa) podría ser uno de los parámetros clave para la determinación del pH óptimo para ocupar los sitios activos. Las variaciones bruscas de pH, como los empleados para la regeneración del carbón activo, dañan la estructura del descontaminante carbón, creando 24
pérdidas significativas de peso y el descenso en la capacidad de adsorción, son algunos de los efectos observados por diversos investigadores. La formación de nuevas especies químicas del metal en solución depende del pH de la solución, ya que los metales en soluciones acuosas se encuentran como iones hidrolizados a pH bajos, especialmente aniones de metales de carga alta y tamaño pequeño (Schiewer, 2008). ✓
Tiempo de equilibri o en la adsorción
El proceso de adsorción del metal pesado se ha evaluado mediante la utilización de isotermas que describen el equilibrio del proceso. Los modelos de Langmuir y Freundlich son los más utilizados para describir con éxito el equilibrio de adsorción; cuando se trabaja con residuos lignocelulósicos. Para eliminar metales pesados, la retención aumenta inicialmente de una manera lineal con la concentración en el equilibrio; esta retención está limitada por el número de sitios activos y, por tanto, llega a alcanzarse una meseta, que no es más que aquel tiempo a partir del cual el adsorbente, por más que se mantenga en contacto con la solución, ya no produce más adsorción (Volesky, 1990). ✓
Efecto de la dosis de adsorb ente en la adsorción
La relación g/L de adsorbente es el factor que limita el proceso en el caso de metales como el plomo, es decir a mayor cantidad de adsorbente, obtiene una mayor adsorción.
25
Caracterización fisicoquímica de la harina de cáscara de plátano
Para la caracterización del material adsorbente se realiza un pre tratamiento, con el fin de retirar las impurezas u otros compuestos que pudieran afectar el proceso de adsorción; es necesario someter la cáscara a un lavado, reducción del tamaño y secado. A. Preparación del adsorbente de la cáscara de banano. ✓
Obtención de la cáscara de plátano.
✓
Preparación de la cáscara de banano plátano. La cáscara de plátano, se recolecta en cantidad suficiente para luego ser sometido a las etapas que se describen a continuación, las cuales permiten la adecuación y el tratamiento de la cáscara, que posteriormente fue caracterizada. Selección: se toma aquella cáscara en óptimo estado
de madurez para evitar su descomposición pronta y garantizar una operación de secado con material en condiciones adecuadas. Se recolecta una muestra inicial de 20 kilogramos de cáscara de plátano maduro, lo cual tiene un 15 % de rendimiento al elaborar la harina de cáscara de banano. Las cáscaras son troceadas mediante molienda mecánica en pequeños trozos de aproximadamente 0,5 cm2 de superficie, esto con el fin de facilitar su manipulación en las etapas posteriores. Limpieza: las cascaras, se someten a un lavado con
abundante agua destilada a una temperatura de 50°C y agitación magnética durante 30 min, con el fin de eliminar impurezas y compuestos solubles tales como: taninos, látex, azúcar- reductora y residuos de pulpa.
26
Molienda: esta operación se realiza en un molino
artesanal. Secado: la masa pastosa resultante de la molienda es
sometida al secado, utilizando la mufla, a una temperatura de 130°C en una operación continua, se espera obtener un producto seco con un 2,5 a 4 % de humedad; el cual es 3 kilogramos, este equivale a un 15 % de masa inicial. B. Caracterización de la cáscara de plátano maduro
Una vez obtenida la harina de cáscara de plátano, se
✓
procederá a la caracterización de la misma. Esta caracterización consistirá en determinar los elementos y compuestos orgánicos presentes en la cáscara de plátano, para lo cual, se llevará a cabo diferentes métodos analíticos, como se muestra en la tabla 2. Tabla 2. Determinación de elementos y compuestos orgánicos en la cascara de plátano maduro. Parámetros
Métodos
Carbono (%)
AOAC 949.14
Hidrogeno (%)
AOAC 949.14
Nitrogeno /%)
AOAC 984.13
Cenizas
Termo gravimetría
Grupos funcionales de la
Espectroscopia de infrarrojo
cascara de banano Fuente: Bismark, Castro. 2014.
Desarrollo de protot ipo de filtr o domicil iar con harina de cáscara de plátano.
Como primer punto de esta investigación se realiza el diseño del filtro, tomando en cuenta que de resultar válida la hipótesis planteada al inicio del documento, se necesitará que sea un dispositivo de fácil construcción y reproducción a nivel domiciliar; para tal fin se escoge materiales accesibles y se realizara pruebas para determinar tiempos de contacto 27
y estratigrafía, considerando un dispositivo tipo “batch”; todo
esto tomando en cuenta que se desea proponer un filtro para hogares donde no existe suministro de agua potable; como el abastecimiento es a través de pozos y/o fuentes superficiales que presentan concentraciones de hierro y manganeso, el filtro no será expuesto a un caudal constante, sino a un flujo y tasa variable. Para tal fin, se realiza ensayos para determinar la tasa de filtración más adecuada, que permita la mayor eficiencia en el menor tiempo de filtración, a través de la misma carga hidráulica inicial, midiendo la velocidad y tasa de filtración a través del aforo del caudal inicial ya conocido y tomando el tiempo de salida del mismo. A. Determi nación del est rat o del fi lt ro
Para comprobar la eficiencia de las cáscaras de plátano (musa spp), para la adsorción de hierro y manganeso, se implementa el uso de un filtro casero; para su construcción se utilizará la piel de musa secada en mufla a una temperatura de 130 °C y triturada (utilizando un procesador casero), arena y grava; se define sus alturas a través de ensayos con diferentes espesores y midiendo los tiempos de carrera del filtro a fin de determinar el más conveniente. Se realizarán 3 pruebas utilizando tubería PVC de 2 pulgadas de diámetro, para confinar el medio filtrante. B. Determinación de la eficiencia de remoci ón d e Hierro y Manganeso.
Para llevar a cabo la comprobación de la eficiencia del medio filtrante de cáscara de banano en la remoción de agua para consumo humano, se determina la cantidad mínima de muestras de agua por cada carrera del filtro; esto se calcula para un nivel de confiabilidad del 95%, a 28
través de la curva mostrada en la figura 2, que corresponde al método 1060B indicado en Métodos Normalizados para el Análisis de Aguas Potables y Residuales de la Editorial Díaz de Santos; que presenta la siguiente ecuación:
(Ec.1) Para la cual se toma una desviación estándar, s, de 0.020 y un nivel de confianza, U, de 0.015, obteniéndose para la relación s/U un valor de x. Figura 6. Curva para determinación de número N de muestras
El resultado obtenido se interpola en la curva para un nivel de confianza del 95%; el número de muestras de agua necesarias, es aproximadamente 10. Preparación del medio filtrante y de las muestras de agua
Para esta investigación se ha escogido una variedad específica de plátano, para evaluar su efectividad en la remoción de hierro y manganeso; dicha variedad es la “musa spp”.
Las cáscaras de plátano son secadas en mufla a una temperatura de 130°C hasta que pierdan su humedad; este 29
procedimiento puede realizarse exponiendo las pieles al sol, sin embargo, en esta investigación se hará uso de la mufla con el fin de acortar el tiempo de secado. Posteriormente, se triturarán para reducir su tamaño y poderlas colocar dentro del filtro. Factibilidad técnica y económica de la implementación de un filt ro casero con hari na de cáscara de plátano
Para la evaluación de factibilidad técnica y económica del filtro con harina de cáscara de plátano, se propone un presupuesto de los materiales que se utilizarán para la construcción del filtro, y una evaluación de las ventajas y desventajas que presente el mismo luego de realizarse los análisis que demuestren o no su eficiencia. Evaluación de la capacidad de adsorción de la harina de cáscara de plátano para la remoción de hierro y manganeso.
Para la evaluación de la capacidad de adsorción del material adsorbente, se procederá en primera instancia, a la extracción de la muestra con hierro y manganeso. A partir de esto se realizaron los ensayos de adsorción usando la harina de cáscara de banano como adsorbente. Análi sis de res ul tados
Los resultados obtenidos en el laboratorio son tabulados por ensayo y graficados para visualizar el comportamiento del medio filtrante a través de su uso, viendo el porcentaje de hierro y manganeso removido en cada muestra; para poder de esta forma hacer una interpretación de dichos resultados y obtener las conclusiones de esta investigación. Se utilizarán gráficas de dispersión, promedios y gráficas de promedios. 30
13.5 Sistema de variables: 1. Variable dependiente: ✓
Adsorción del hierro y manganeso en agua para consumo humano.
2. Variable independiente: ✓
Filtro casero de harina de cáscara de plátano musa spp.
3. Operacionalización de las variables. VARIABLES
DIMENSION
Concentración VARIABLE de cáscara de INDEPENDIENTE musa spp. Filtro casero de harina de cáscara plátano de musa spp. Temperatura Tamaño
Concentración VARIABLE DEPENDIENTE: Adsorción del Adso rción Hierro y Manganeso en Ph agua para consumo humano. Color
Tiempo
INDICADORES
INSTR.
Determinación de las características orgánicas de la cáscara de plátano. ✓ Contenido de la energía ✓ Dimensiones de las partículas de la harina de plátano
✓
% Gr
Mufla. Termómetro ✓ Tamiz
°C
Cantidad del adsorbente presente en un litro de solución. ✓ Remoción de Fe y Mn. de ✓ Niveles acidez y alcalinidad. Turbidez. ✓
✓
✓
✓
✓
Duración filtración muestra.
de de
Métodos: AOAC 949.14 AOAC 984. 13
UNID
✓ ✓
mm μm
Agitador magnético.
g/L
Espectrofotómetro
mg/L
✓
Ph-metro
✓
Colorímetro ✓ Turbidímetro ✓
Cronómetro
✓
UNT UCV escala Pt/Co min
Elaboración: Tesistas
13.6 Hipótesis.
Para la presente investigación planteamos la siguiente hipótesis: “Utilizando un filtro casero elaborado con harina de cáscara de
plátano musa spp, adsorbe eficientemente el hierro y manganeso en agua para consumo humano, barrio Miramayo, distrito de Yantaló – Moyobamba – San Martín”.
31
Consecuentemente para el proceso de contratación de hipótesis nos planteamos la hipótesis nula: “Utilizando un filtro casero elaborado con harina de cáscara de plátano musa spp, no adsorbe eficientemente el hierro y manganeso en agua para consumo humano, barrio Miramayo, distrito de Yantaló – Moyobamba – San Martín”.
13.7 Diseño de investi gación
Se utilizará el diseño pre experimental llamado diseño con estimulo creciente o con preprueba – posprueba y varios grupos de diferentes estímulos. Diagrama del diseño: Después
Antes Grupo testigo
A1
No hay estímulo
Después
Antes Grupo experimental
B1
Estímulo X1
C1
Estímulo X3
D1
C2 Después
Antes Grupo experimental
B2 Después
Antes Grupo experimental
A2
Estímulo X2
D2
13.8 Población y muestra 13.8.1 Población:
La población está conformada por el caudal de agua de pozo (0.23 lt/seg equivalente a 19.87m 3/día), con una dotación diaria (150 l/hab/dia) que consumen los habitantes del barrio Miramayo del distrito de Yantaló, provincia de Moyobamba.
32
13.8.2 Muestra:
Se utilizará 20 litros de agua del pozo del distrito de Yantaló distribuidos en 5 litros por cada grupo experimental (4 grupos). 13.9 Técnicas e inst rumentos para la recolección de datos.
Las técnicas que se utilizarán son: ✓
Observación Sistemática.
Caracterización
✓ ✓
Análisis de espectrofotometría.
Los instrumentos a utilizar serán. Cooler
✓
pH-metro
✓
Espectrofotómetro
✓
Balanza
✓
Mufla
✓
Molino
✓
Agitador
✓
Cronometro
✓
Resultados de la caracterización de la cáscara de musa spp. PARAMETROS
METODOS
Carbono (%)
AOAC 949.14
Hidrogeno (%)
AOAC 949.14
Nitrógeno (%)
AOAC 984.13
Lignina
Espectroscopia
RESULTADOS
Resultados de la pre-prueba PARAMETRO
UNIDADES
PRE-PRUEBA LMP-AGUA ECA - AGUA
PH Fe y Mn
mg/L
Turbiedad
UNT
Temperatura °C Color
UCV escala Pt/Co
33
Resultados de la post-prueba PARAMETRO
UNIDADES
POST-PRUEBA
LMP-AGUA ECA - AGUA
PH Fe y Mn
mg/L
Turbiedad
UNT
Temperatura °C Color
UCV escala Pt/Co
13.10 Técnicas de procesamiento y análisi s de datos.
Los datos serán presentados mediante tablas y gráficos estadísticos de todas las pruebas realizadas. Utilizaremos el diseño completamente aleatorio por las siguientes razones: INTERÉS: Un solo factor con varios niveles o tratamientos. TÉCNICA ESTADÍSTICA: Análisis de la Varianza de un factor o una
vía. OBJETIVO: Comparar entre sí varios grupos o tratamientos MÉTODO: Descomposición de la variabilidad total de un
experimento en componentes independientes. DISEÑO COMPLETAMENTE ALEATORIZADO
.. ∑ ∑ = −
.. ∑ −
SCR = SCT - SCTr OBJETIVO
Estimar los efectos de los tratamientos y contrastar las hipótesis 1) Todos los tratamientos producen el mismo efecto. H0 : Ti = 0 , ɏi 2) Frente a la alternativa: Al menos dos difieren significativamente entre sí: H1 : Ti ≠ 0 , por lo menos para algún i o equivalente 34
1´) Todos los tratamientos tienen la misma medida: H0 : µ1 = ··· = µI = µ 2´) H1 : µi ≠ µj por lo menos para algún par (i, j) SITUACIONES (EFECTOS) ▪ ▪
Modelo de efectos fijos Ʃi ni Ti = 0 Modelo de efectos aleatorios SITUACIONES (TAMAÑOS MUESTRALES)
▪
▪
Modelo equilibrado o balanceado: Todas las muestras del mismo tamaño (ni = n) Modelo no-equilibrado o no- balanceado: Los tamaños, ni, de las muestras son distintos. MODELO ESTADÍSTICO Yij = µ + Ti + u ij , i = 1 ··· , I; j = 1 ··· ni
▪
Yij : Variable aleatoria que representa la observación j-ésima del i-ésimo tratamiento (nivel i-esimo del factor).
▪
µ
▪
Ti : Efecto del tratamiento i-ésimo. Es la parte de yij debida a la acción del nivel i-ésimo, que será común a todos los elementos sometidos a ese nivel del factor.
▪
Uij : Variables aleatorias que engloban un conjunto de factores, casa uno de los cuales influye en la respuesta sólo en pequeña magnitud pero que de forma conjunta debe tenerse en cuenta. Beben verificar las siguientes condiciones:
: Efecto constante, común a todos los niveles. Medio Global.
TABLA ANOVA Fuentes de Variación
Entre grupos
Sumas de cuadros SCTr
Dentro de grupos TOTAL
SCR SCT
Grados de Cuadros medios libertad I-1 CMTr
n-I n-1
CMR CMT
Fexp
Aceptar H0 si Fexp ≤ F∞,I – 1, N – I ; Rechazar H0 si Fexp > F∞,I – 1, N – I SCT = SCTr + SCR 35
1) SCT : Suma de cuadros total 2) SCTr : Suma de cuadrados entre tatamientos 3) SCR : Suma de cuadrados dentro de los tratamientos o residual 1´) CMT : Cuadrado medio total: CMT = SCT/(N - 1) 2´) CMTr : Cuadrado medio entre tratamientos: CMTr = SCTr/(I - 1) 3´) CMR : Cuadrado medio residual: CMR = SCR/(N - I) Para el análisis se utilizará la técnica de la estadística descriptiva con sus pasos: codificación, organización, tabulación y presentación de la información. Así mismo se utilizará la estadística inferencial, en dos aspectos: análisis de variabilidad y la aplicación de la prueba estadística ANOVA para contrastar la hipótesis a un nivel de confianza de 95%.
36
REFERENCIAS BIBL IOGRAFICAS
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Banana
PeelAppliedtothe
Solid
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38
ANEXOS: ANEXO N° 01: Límites Máxi mos Per mi sibles d el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano (DS N° 031-2010-SA).
39
40
Anexo N° 03: Resultados de la investi gación, “Uso de la cáscara de banano (musa paradisiaca) maduro deshidratada (seca) como proceso de bioadsorción para la retención de metales pesados, plomo y cromo en aguas contaminadas”
ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LA BIOADSORCIÓN DE PLOMO.
El análisis de la varianza (ANOVA) fue el método para comparar las medias de los 9 tratamientos, lo cual estuvo muy ligado al diseño de experimental y de esta manera, es la base del análisis multivariante y una de las formas de optimizar el proceso de bioadsorción de los metales pesados. (Caballero, Ruiz, & Aracil, 2010). Análisis de varianza de la bioadsorción de plomo (Pb) en los nueve tratamientos estudiados Análi sis ANOVA d e los 9 Tratami ent os Apli cados a la B ioadsorción Plomo Fuente A = 10 g/L cáscara, 250 µm B = 10 g/L cáscara, 400 µm C = 10 g/L cáscara, 841 µm D = 15 g/L cáscara, 250 µm E = 15 g/L cáscara, 400 µm F = 15 g/L cáscara, 841 µm G = 20 g/L cáscara, 250 µm H = 20 g/L cáscara, 400 µm I = 20 g/L cáscara, 841 µm F = 8.04 P = 1,30084E-4 Fuente: Bismarck Castro, 2014.
Media 80.07 72.91 75.91 80.01 68.27 73.64 80.00 78.01 76.82
Varianza 3.06 7.69 3.25 0.58 9.85 1.68 16.17 0.01 11.40
N 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Al realizar el análisis de la varianza, se observó si existe diferencia estadísticamente significativa (p<0,05) en la bioadsorción del plomo por parte de la harina de cáscara de banano maduro; entre los 9 tratamientos estudiados, el tratamiento A alcanza la mayor media en el porcentaje de bioadsorción (80,07 %). A menor tamaño de partícula mayor bioadsorción, tal como lo demuestran los tratamientos cuyo tamaño de partícula es de 250 μm (tratamientos A = 80,07%,
41
D = 80,01% y G = 80,00%); en este caso no existe interacción entre el tamaño de partícula y la concentración de la cáscara. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LA BIOADSORCIÓN DE CROMO
Análisis de varianza de la bioadsorción de cromo (Cr) en los 9 tratamientos estudiados. Análi sis ANOVA de l os 9 Tratami entos Aplicados a la Bi oadsorción Cromo Fuente A = 10 g/L cáscara, 250 µm B = 10 g/L cáscara, 400 µm C = 10 g/L cáscara, 841 µm D = 15 g/L cáscara, 250 µm E = 15 g/L cáscara, 400 µm F = 15 g/L cáscara, 841 µm G = 20 g/L cáscara, 250 µm H = 20 g/L cáscara, 400 µm I = 20 g/L cáscara, 841 µm F = 9.78 P = 3,54216E-5 Fuente: Bismarck Castro, 2014.
Media 58.21 36.73 47.77 43.19 44.73 35.66 37.35 50.67 51,01
Varianza 29.64 20.27 17.91 1.89 3.38 7.93 37.13 32.91 10.35
N 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Al realizar el análisis de la varianza se observa que si existe diferencia estadísticamente significativa (p>0,05) en la bioadsorción de cromo por parte de la harina de cáscara de banano maduro; entre los 9 tratamientos estudiados, el tratamiento A alcanza el mayor porcentaje de bioadsorción, debido a que retiene el 58,2 % del cromo presente en el agua sintética, siendo su composición 10 g/L de harina de cáscara de banano maduro con un tamaño de partícula de 250 μm demostrando de esta forma que a menor tama ño de
partícula mayor retención de cromo.
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Anexo N° 04: Resultados de la invest igación, “Comparación entre un proceso de filtración simple y múltiple para tratar agua subterránea con alto índice de fierro (Fe+2) - Centro Poblado Alianza, San Martín, 2014 ”.
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Foto N° 01. Pozo de agua subterr ánea en Yantaló.
Foto N° 02. Estruct ura del Pozo de agua subterránea en Yantaló.
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Imágen N° 01: Mapa de ubicación del Proyecto de Tesis.
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