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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA
Remoción de metales pesados del punto RMoch6 del río Moche mediante biopolímero quitosano comercial
TESIS
PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICA DE DOCTORA EN INGENIERÍA QUÍMICA AMBIENTAL
Autora : Ms. Gutierrez Escarcena, Laura Isabel Asesor : Dr. Moncada Albitres, Luis Orlando
TRUJILLO – PERÚ 2023
Registro Nº: ________
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JURADO CALIFICADOR
____________________________________
Dr. Pascual Ancelmo Castillo Valdiviezo PRESIDENTE
_________________________________
Dr. Feliciano Salvador Bernui Paredes SECRETARIO
________________________________
Dr. Luis Orlando Moncada Albitres ASESOR
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DEDICATORIA
A mi esposo Hutner e hijo Miguel Ángel por todo su apoyo, su paciencia y comprensión para poder dedicar tiempo a mis estudios.
A mi madre Nilba, que estará siempre en mis pensamientos y por haberme apoyado en todo momento.
A mi padre Lucio, que siempre me apoya y me brinda sus consejos.
A la memoria de mi hermano Marco, que siempre me mostró su cariño y amor.
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ÍNDICE
RESUMEN………. xi
ABSTRACT……… xii
I. INTRODUCCIÓN: ... 13
Río Moche. ... 21
Drenaje ácido de mina. ... 26
Metales Pesados y su toxicidad. ... 28
Quitosano. ... 36
Tratamiento de agua empleando quitosano ... 42
II. MATERIAL Y MÉTODOS: ... 47
2.1. Objeto de estudio. ... 47
2.2. Instrumentación o fuentes de datos ... 48
2.2.1. Equipos de laboratorio e instrumentos de medición. ... 48
2.3. Métodos y técnicas. ... 48
2.3.1. Toma de Muestras. ... 48
2.3.2. Experimentos de Remoción/Adsorción. ... 50
2.3.3. Diseño Estadístico del Experimento... 50
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN: ... 52
3.1. Resultados de Objetivo General: Determinar la remoción de metales pesados del punto RMoch6 del río Moche mediante biopolímero quitosano comercial. ... 52
3.2. Resultados del 1° Objetivo Específico: Determinar las concentraciones de metales pesados y parámetros de campo en los puntos RMoCh6 antes y después de los tratamientos con biopolímero quitosano comercial para compararlos con el estándar de calidad de agua, categoría 3 y el reglamento de la calidad del agua para consumo humano. (D.S. N°031-2010-SA). ... 57
3.3. Resultados del 2° Objetivo Específico: Determinar la diferencia en los tratamientos con diferentes cantidades de quitosano comercial y tiempo de contacto para la remoción de metales pesados en el punto RMoch6 del río Moche. ... 64
3.4. Resultados del 3° Objetivo Específico: Determinar el modelo ajustado del porcentaje de remoción final del metal en función de la masa de quitosano y tiempo de contacto. ... 65
3.5. Resultados del 4° Objetivo Específico: Optimizar la cantidad de quitosano comercial y tiempo de contacto capaz de remover el mayor porcentaje de metales pesados del punto RMoch6 del río Moche mediante biopolímero quitosano comercial. ... 70
3.6. Resultados del 5° Objetivo Específico: Determinar el efecto de la masa y tiempo de contacto en la capacidad de adsorción del biopolímero quitosano comercial sobre los metales pesados en el punto RMoch6 del río Moche ... 73
3.7. Resultados del 6° Objetivo Específico: Determinar la isoterma de Lagmuir y Freundlich para la adsorción de metales pesados mediante biopolímero quitosano comercial. ... 75
3.8. Resultados del 7° Objetivo Específico: Comparar el porcentaje de remoción de quitosano con otros adsorbentes (zeolita y bentonita). ... 85
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IV. CONCLUSIONES: ... 86
V. RECOMENDACIONES Y/O PROPUESTA: ... 88
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 93
ANEXOS……….. 101
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Ámbito Político que abarca la unidad hidrográfica Moche………...… 23
Tabla 2 Coordenadas UTM WGS-84 de los puntos de monitoreo en el Río Moche………. 24
Tabla 3 Resultados de Monitoreo de Calidad de Agua en Puntos RMoch6 y RMoch9………… 25
Tabla 4 Clasificación de elementos de acuerdo a la toxicidad en animales y plantas………….. 29
Tabla 5 Puntos de monitoreos Río Moche……… 47
Tabla 6 Tratamientos con Quitosano RMoch6………..……. 51
Tabla 7 % Remoción de Metales totales RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 90min……….………. 52
Tabla 8 % Remoción de Metales totales RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 60min……….………...……….. 54
Tabla 9 % Remoción de Metales totales RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 30min……….………. 55
Tabla 10 Metales totales RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 90min………...……….………… 57
Tabla 11 Metales totales RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 60min……….………... 59
Tabla 12 Metales totales RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 30min... 61
Tabla 13 Parámetros de campo RMoch6 sin tratamiento……….…. 62
Tabla 14 Parámetros de campo RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 90min……….…………...… 62
Tabla 15 Parámetros de campo RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 60min……… 63
Tabla 16 Parámetros de campo RMoch6 con tratamiento de quitosano y tiempo de contacto de 30min……….……... 63
Tabla 17 Tratamientos con diferentes cantidades de quitosano comercial y tiempos de contacto para la remoción de metales pesados en el punto RMoch6 el río Moche……..….. 64
Tabla 18 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Aluminio(Al)……….….….. 70
Tabla 19 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Arsénico(As)……… 70
Tabla 20 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Cadmio(Cd)……….... 71
Tabla 21 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Cobalto(Co). ……….………. 71
Tabla 22 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Cobre(Cu)………..…….. 71
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Tabla 23 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Hierro(Fe)……….. 71
Tabla 24 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Manganeso(Mn)………..……. 72
Tabla 25 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Plomo(Pb)………..………… 72
Tabla 26 Optimizar Respuesta. Meta: maximizar Zinc(Zn)……….…. 72
Tabla 27 Capacidad de adsorción en equilibrio de metales totales. (Tiempo de contacto 90min)……….….. 73
Tabla 28 Capacidad de adsorción en equilibrio de metales totales. (Tiempo de contacto 60min)………..………. 73
Tabla 29 Capacidad de adsorción en equilibrio de metales totales. (Tiempo de contacto 30min)………..….……. 74
Tabla 30 Capacidad de adsorción óptima………..……….. 74
Tabla 31 Porcentajes de remoción de metales mediante bentonita y zeolita vs quitosano comercial.……….…... 85
Tabla 32 Especificaciones de tanque de agitación……….. 91
Tabla 33 Análisis de Varianza para remoción de Aluminio (Al)………... 102
Tabla 34 Análisis de Varianza para remoción de Arsénico (As)………. 103
Tabla 35 Análisis de Varianza para remoción de Cadmio (Cd)………... 103
Tabla 36 Análisis de Varianza para remoción de Cobalto (Co)………..….. 103
Tabla 37 Análisis de Varianza para remoción de Cobre (Cu)……….…. 103
Tabla 38 Análisis de Varianza para remoción de Hierro (Fe)……….. 104
Tabla 39 Análisis de Varianza para remoción de Manganeso (Mn)……….……... 104
Tabla 40 Análisis de Varianza para remoción de Plomo (Pb)………. 104
Tabla 41 Análisis de Varianza para remoción de Zinc (Zn)……….………. 104
Tabla 42 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Aluminio (Al)………. 106
Tabla 43 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Arsénico (As)………... 106
Tabla 44 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Cadmio (Cd)………. 106
Tabla 45 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Cobalto (Co)……….... 107
Tabla 46 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Cobre (Cu)……… 107
Tabla 47 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Hierro (Fe)……… 107
Tabla 48 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Manganeso (Mn)………. 108
Tabla 49 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Plomo (Pb)………... 108
Tabla 50 Análisis de Varianza para capacidad de adsorción de Zinc (Zn)………... 108
Tabla 51 Matriz de Consistencia……….. 113
Tabla 52 Operacionalización de Variables………..……. 114
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Ubicación cuenca río Moche……….….… 22
Figura 2 Estructura química tridimensional del biopolímero de quitosano………..……….. 36
Figura 3 Procesos Convencional para producción de quitosano.……….……..… 40
Figura 4 Estructura del quitosano………..…... 41
Figura 5 Ubicación de puntos de monitoreo RMoch6 y RMoch9……..……….. 47
Figura 6 Coeficiente de regresión para Aluminio total y ecuación del modelo ajustado………. 65
Figura 7 Coeficiente de regresión para Arsénico total y ecuación del modelo ajustado……….. 66
Figura 8 Coeficiente de regresión para Cadmio total y ecuación del modelo ajustado…….….. 66
Figura 9 Coeficiente de regresión para Cobalto total y ecuación del modelo ajustado……….. 67
Figura 10 Coeficiente de regresión para Cobre total y ecuación del modelo ajustado……….... 67
Figura 11 Coeficiente de regresión para Hierro total y ecuación del modelo ajustado……..….. 68
Figura 12 Coeficiente de regresión para Manganeso total y ecuación del modelo ajustado…. 68 Figura 13 Coeficiente de regresión para Plomo total y ecuación del modelo ajustado………… 69
Figura 14 Coeficiente de regresión para Zinc total y ecuación del modelo ajustado………..… 69
Figura 15 Superficie %Remoción Al vs Masa.Tiempo………..…... 70
Figura 16 Superficie %Remoción As vs Masa. Tiempo……… 70
Figura 17 Superficie %Remoción Cd vs Masa. Tiempo……….……... 71
Figura 18 Superficie %Remoción Co vs Masa. Tiempo………... 71
Figura 19 Superficie %Remoción Cu vs Masa. Tiempo………..…. 71
Figura 20 Superficie %Remoción Fe vs Masa. Tiempo………. 71
Figura 21 Superficie %Remoción Mn vs Masa. Tiempo……… 72
Figura 22 Superficie %Remoción Pb vs Masa. Tiempo………. 72
Figura 23 Superficie %Remoción Zn vs Masa. Tiempo………..…………. 72
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Figura 24 Isoterma Lagmuir para adsorción de Aluminio total mediante adsorbente
quitosano comercial……….………. 75 Figura 25 Isoterma Lagmuir para adsorción de Arsénico total mediante adsorbente
quitosano comercial……….…. 76 Figura 26 Isoterma Lagmuir para adsorción de Cadmio total mediante adsorbente
quitosano comercial……….…. 76 Figura 27 Isoterma Lagmuir para adsorción de Cobalto total mediante adsorbente
quitosano comercial………. 77 Figura 28 Isoterma Lagmuir para adsorción de Cobre total mediante adsorbente
quitosano comercial……….……. 77 Figura 29 Isoterma Lagmuir para adsorción de Hierro total mediante adsorbente
quitosano comercial……….…. 78 Figura 30 Isoterma Lagmuir para adsorción de Manganeso total mediante adsorbente
quitosano comercial………. 78 Figura 31 Isoterma Lagmuir para adsorción de Plomo total mediante adsorbente
quitosano comercial………. 79 Figura 32 Isoterma Lagmuir para adsorción de Zinc total mediante adsorbente
quitosano comercial………. 79 Figura 33 Isoterma Freundlich para adsorción de Aluminio total mediante adsorbente
quitosano comercial………. 80 Figura 34 Isoterma Freundlich para adsorción de Arsénico total mediante adsorbente
quitosano comercial………. 80 Figura 35 Isoterma Freundlich para adsorción de Cadmio total mediante adsorbente
quitosano comercial………. 81
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Figura 36 Isoterma Freundlich para adsorción de Cobalto total mediante adsorbente
quitosano comercial………. 81
Figura 37 Isoterma Freundlich para adsorción de Cobre total mediante adsorbente quitosano comercial……….… 82
Figura 38 Isoterma Freundlich para adsorción de Hierro total mediante adsorbente quitosano comercial………. 82
Figura 39 Isoterma Freundlich para adsorción de Manganeso total mediante adsorbente quitosano comercial………..….. 83
Figura 40 Isoterma Freundlich para adsorción de Plomo total mediante adsorbente quitosano comercial……….…. 83
Figura 41 Isoterma Freundlich para adsorción de Zinc total mediante adsorbente quitosano comercial……….……. 84
Figura 42 Río Moche punto RMoch6………. 109
Figura 43 Biopolímero quitosano comercial………..…... 109
Figura 44 Pesado biopolímero quitosano……….…... 109
Figura 45 Agua Río Moche (RMoch6)………..… 110
Figura 46 Equipo pruebas de jarras con luz………..….. 110
Figura 47 Equipo pruebas de jarras sin luz……….…… 110
Figura 48 Equipo medidor de pH, Conductividad………..…. 111
Figura 49 Medidor de turbidez………..……. 111
Figura 50 Toma de muestras……….………...……. 111
Figura 51 Muestras de agua tratada………. 111
Figura 52 Etiqueta para codificar muestras………...…. 112
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RESUMEN
En la presente investigación se ha estudiado la remoción de metales pesados del punto Rmoch6 del río Moche mediante biopolímero quitosano comercial con el propósito de utilizar una alternativa de tratamiento de adsorción usando un biopolímero a partir de conchas de crustáceos, en el Perú en Sechura, Piura existen producción de conchas de abanicos y otros crustáceos por tanto estos residuos pueden valorizarse convirtiéndolo en quitosano, el cual nos serviría como materia prima para el tratamiento del agua del río Moche que se utiliza en agricultura, bebida de animales, además es biodegradable al ambiente aunque se convierta en residuo sólido cuando pierda su capacidad adsorbente para remover metales pesados de cuerpos de aguas superficiales que alteran su calidad y cuando es consumido por personas de manera directa e indirecta ingresan a nuestro organismo causando daño en nuestros órganos y perjudican nuestra calidad de vida. Para llevar a cabo la investigación se utilizó el diseño experimental factorial teniendo como variables independientes la cantidad de quitosano y el tiempo de contacto para comparar los resultados de los tratamientos mediante las variables dependientes como el porcentaje de remoción de metales y la capacidad de adsorción. Los principales resultados y conclusiones obtenidos son la remoción de metales pesados como el aluminio, arsénico, cadmio, cobre, hierro, plomo y zinc los cuales pueden llegar a cumplir los ECA, cat.3 y se ajustan a las isotermas de Freundlich, excepto el zinc que se ajusta mejor a Lagmuir.
La turbidez no tiene una remoción significativa.
PALABRAS CLAVE: quitosano, biopolímero, capacidad de adsorción, metales pesados.
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ABSTRACT
In the present investigation, the removal of heavy metals from the Rmoch6 point of the Moche River by means of commercial chitosan biopolymer has been studied with the purpose of using an alternative adsorption treatment using a biopolymer from crustacean shells, in Peru in Sechura. , Piura, there is production of fan shells and other crustaceans, therefore these residues can be valued by turning it into chitosan, which would serve us as raw material for the treatment of the water of the Moche river that is used in agriculture, animal drink, it is also biodegradable by environment although it becomes solid waste when it loses its adsorbent capacity to remove heavy metals from bodies of surface water that alter its quality and when it is consumed by people directly and indirectly they enter our body causing damage to our organs and impairing our quality of life. To carry out the investigation, the factorial experimental design was shown, having as independent variables the amount of chitosan and the contact time to compare the results of the treatments through the dependent variables such as the percentage of metal removal and the adsorption capacity. The main results and conclusions obtained are the removal of heavy metals such as aluminum, arsenic, cadmium, copper, iron, lead and zinc which can meet the ECA, cat.3 and adjust to the Freundlich isotherms, except zinc which is a better fit for Lagmuir. Turbidity does not have a significant removal.
KEYWORDS: chitosan, biopolymer, adsorption capacity, heavy metals.
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I. INTRODUCCIÓN
Gómez (2018) dice que en el mundo entero los ríos cumplen un papel muy importante para los ecosistemas y los ciclos del agua sin embargo existen ríos que transportan sustancias con contenido de aguas residuales industriales y urbanas entre estos parámetros tenemos metales pesados, coliformes fecales y otras bacterias debido a una mala gestión de residuos sólidos de las empresas y los estados. Cueva (2020) nos dice que tanto en Asia como Europa existen ríos que tienen alteración en su calidad de agua como China donde se encuentra un río llamado Yangtze el cual tiene descargas de vertimientos de aguas industriales y aguas negras municipales sin tratamiento y el río Danubio que contiene concentraciones de químicos provenientes de la ganadería y agricultura.
González (2018) nos dice que en América latina sucede una situación similar podemos encontrar ríos que tienen su calidad de agua alterada debido a varios factores como descargas de vertimientos provenientes de industrias, aguas municipales, residuos sólidos, descargas agrícolas, drenajes ácidos de rocas y hasta causados por incidentes como derrames de petróleo y situaciones de emergencia que hace que las calidades del agua no cumplan con las normativas de sus respectivos países. Estos vertimientos contienen metales pesados que pueden causar enfermedades en las personas y animales que consumen el agua de los ríos, ya que éstas aguas son usadas para el regadío de sus cultivos y hasta el consumo humano. Gómez (2018) dice que en Brasil existe el río Doce en donde ocurrió una emergencia y se vertió lodo con contenido metales pesados. En Bolivia tenemos al río Pilcomayo que contiene concentraciones de metales por el drenaje ácido de mina cuyos principales metales son plata, bario, molibdeno y selenio que superan su legislación. Serna (2018) dice que en Colombia se tiene al río Lili que abastece agua a la municipalidad de Santiago de Cali que está afectado por la actividad minera debido a vertimientos de drenaje ácidos.
En el Perú sucede que tenemos minería formal e informal y hace años atrás no teníamos normativas ambientales específicas en cuántos a estudios de impacto ambiental y sus respectivos controles es
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por ello que tenemos pasivos ambientales mineros que generan drenaje ácido de mina que contienen metales pesados como hierro, manganeso, arsénico, talio, plomo entre otros que ingresan a las cuencas de los ríos y alteran la calidad del agua superficial lo cual ocasiona que se superen los estándares de calidad ambiental(ECA) para agua. Además, tenemos vertimientos industriales, aguas residuales de excretas de la población e incluso se realiza disposición de residuos sólidos todo ello perjudica las personas, animales y la vegetación que utilizan los ríos como fuente de agua. En Cajamarca tenemos al río Hualgayoc y río Tingo que reciben lixiviados de pasivos ambientales y depósito de desmonte que tienen pH ácido y con contenido de metales pesados. Rivera (2015) dice que el río Rímac tiene concentraciones de arsénico, cobre, manganeso, zinc, aluminio, plomo, fosfatos, nitritos, nitratos que superan los estándares de calidad ambiental (ECA) para agua, categoría 3 agua de riego y bebida de animales.
En la región La Libertad tenemos la cuenca del río Moche la cual atraviesa las provincias de Trujillo, Otuzco, Julcán y Santiago de Chuco. El río Moche tiene tramos que contiene concentraciones de metales pesados y coliformes termotolerantes que no cumplen con los estándares de calidad ambiental (ECA) para agua categoría 3, riego de vegetales y bebida de animales de la normativa peruana.
El Informe Técnico N° 016-2015-ANA-AAAHCH-SDGCRH/RELS dice que algunas causas son debido a actividades antropogénicas como la minería que dejaron pasivos ambientales que drenan agua ácida al río Moche, minería informal, escombros con residuos orgánicos e inorgánicos, flujos de aguas residuales domésticas y algunas empresas realizan vertimientos de sus aguas industriales sin tratamiento previo.
En el año 2020 se realizó una supervisión especial realizada por la autoridad local de agua MVCH que quedó plasmada en el Informe Técnico N° 048-2020-ANA-AAA.HCH-ALA.MVCH donde se identificaron vertimientos de origen minero cuyos responsables son la Compañía minera Quiruvilca
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que realizan un vertimiento de 3l/s de aguas provenientes del depósito de relaves de Santa Catalina, 12 l/s de filtraciones de la cancha de lodos San Felipe y 15 l/s provenientes de la bocamina Almirivilca, un vertimiento de la planta concentradora Virgen de la Puerta ubicado en el distrito de Samne, cuyas aguas terminan finalmente en el río Moche. Existen descargas de aguas domésticas sin tratamiento ubicados en la población de Casmiche, caserío Platanar y el distrito de Poroto hacia el río Moche que están causando impactos negativos. Existen botadores de residuos sólidos localizados en Sinsicap y Shiran ubicados al margen del río Moche, un botadero de actividades de construcción de demolición y un flujo residual del lavadero de carros Ávila también en la margen derecha del río Moche.
Las consecuencias de estas acciones pueden causar daño a la calidad del agua poniendo en riesgo a la población que utiliza estas aguas de manera directa e indirecta.
Es por ello que en año 2018 se declaró estado de emergencia los centros poblados de Shorey Chico y Shorey Grande del distrito de Quruvilca por el D.S. N°077-2018-PCM debido al posible desborde de los diques de las relaveras de la Unidad Minera Quiruvilca lo cual ocasionaría perjuicios a los pobladores e impactos a los ecosistemas acuáticos dice en el Informe Técnico N° 036-2015-ANA- ALA-MOCHE-VIRÚ-CHAO/MAMM.
Desde el año 2012 se dio inicio al monitoreo participativo a cargo de la Autoridad nacional del agua con la ley de recursos hídricos N°29338 en la cuenca del río Moche donde se evaluaron parámetros físicos, químicos y biológicos, observando que superan los estándares de calidad ambiental para el agua categoría 3 a lo largo de los años e incluso va en aumento. Esto está generando preocupación por la salud de las poblaciones que hacen uso directo e indirecto del agua del río Moche mediante el regado de cultivos, bebidas de animales vacuno y aves de corral, de esta manera estas concentraciones de metales pesados y otros ingresan a la cadena trófica. Por tanto, es urgente atender esta problemática ambiental y de salud pública.
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Por causas de estos vertimientos mineros el agua del río Moche presenta varias tonalidades de color desde amarillentas hasta rojizas debido al metal pesado hierro que está presente y en algunos tramos del río y se registraron pH ácidos de 2.3, sulfatos, cobre, aluminio, plomo, arsénico, cadmio, zinc, manganeso y cobalto lo que evidencia afectación de calidad del agua.
En el Informe Técnico N° 034-2020- ANA.AAA.HCH-AT/OEAU se dice que existen algunos tramos el río Moche como por ejemplo el punto RMoch6 donde existe la presencia de metales pesados como por ejemplo hierro, manganeso, cobre y zinc los cuales si son consumidos en exceso pueden variar las funciones biológicas de los seres vivos y causar enfermedades.
Es por ello que las aguas del río Moche deberían ser tratadas antes de su consumo para remover metales pesados del punto RMoch6 usando biopolímero quitosano comercial como una alternativa de tratamiento de agua, además este biopolímero al ser obtenido de las conchas de crustáceos lo convierte en biodegradable.
Romero (2020) dice que desde hace varios años atrás se ha estudiado el biopolímero quitosano para el tratamiento de aguas como floculante y absorbente. Cercedo (2018) realizó un estudio titulado: Uso del quitosano comercial obtenido de pluma de pota (Dosidicus gigas) para la adsorción de cobre (Cu) en aguas contaminadas de la Cuenca Baja del Río Chillón a nivel laboratorio, Lima 2018 en la ciudad de Lima y el país Perú. El objetivo general del estudio fue calcular adsorción de cobre mediante quitosano comercial para dar un tratamiento a las aguas del Río Chillón ubicado en la parte baja. El diseño que se utilizó fue preexperimental, y se aplicará tratamientos con dos tipos de quitosano y diferentes concentraciones de quitosano (tratamiento N°1 tuvo 0.1g de quitosano, el segundo 0.25g, 0.5g y 0.75 g) a una velocidad de 250rpm y tiempo de 10 minutos. Y los resultados obtenidos fueron que la dosis óptima para adsorber mayor concentración de cobre del agua fue 0.1g y 220.97mg/g como eficiencia de adsorción para el cobre y una remoción de 90.2%.
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Sánchez (2017), realizó un estudio titulado: Tratamiento de agua del río Rímac para consumo humano utilizando el Quitosano como coagulante en época de estiaje en la ciudad de Lima del país de Perú.
El objetivo general del estudio fue utilizar el quitosano como un coagulante para dar tratamiento al agua del río Rímac y remover aluminio, hierro, materia orgánica y turbidez hasta llegar a su potabilidad y sea apta para consumo humano.
El diseño que se utilizó fue experimental usando una concentración al 0.5% de quitosano y una dosis de 21mg/l de coagulante, un tiempo de coagulación de 20 minutos. Y los resultados obtenidos han sido una turbidez final de 0.78NTU y una remoción de aluminio de 80.73% y de hierro de 96.67%
Berrocal (2019) realizó un estudio titulado: Adsorción de iones de plomo empleando quitosano para el tratamiento de aguas contaminadas de la cuenca baja del río chillón en la ciudad de Lima del país Perú. El objetivo general del estudio fue adsorción de plomo mediante quitosano de las aguas del río Chillón parte baja. El diseño que se utilizó fue utilizar quitosano de pluma de langostino y de carcasa de camarón de 0.1g, 0.5g y 1g para tiempos de 10, 20 y 30 minutos a 250rpm, de los cuales se podrán en soluciones de 1 litro de muestras de la cuenca del río Chillón y se medirán los parámetros de pH, conductividad, temperatura y plomo antes y después de aplicar el polímero. Y los resultados obtenidos han sido el quitosano de camarón para 1g, tiempo adecuado 30min, 250rpm fue de 2.37mg/g y 50.97%. Los resultados obtenidos han sido el quitosano de langostino para 1g, tiempo adecuado 30min, 250rpm fue de 2.03mg/g y 43.66%.
Acosta (2018) realizó un estudio titulado: Efecto del tiempo de agitación y dosis entre coagulantes de exoesqueleto de camarón y chatarra de hierro en la remoción de turbiedad del Río Santa, en la ciudad de Huaraz en el país de Perú. El objetivo general del estudio consistió en determinar el efecto del tiempo de agitación y dosis entre coagulantes de exoesqueleto de camarón y chatarra de hierro para la remoción de turbiedad del Río Santa. El diseño que se utilizó fue experimental bifactorial, la dosis de los coagulantes naturales productos del exoesqueleto de camarón (quitosano) y el tiempo de
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agitación a la que serán sometidas las muestras. Y los resultados obtenidos han sido que el tiempo de agitación y la dosis del quitosano para remover la turbiedad del río Santa fue de 30 minutos y 15ml de coagulante (quitosano) a una concentración de 500ppm con una remoción de 81.05%.
Palacios (2018) realizó un estudio titulado: Evaluación de la efectividad del quitosano como removedor de metales pesados en los lixiviados del relleno sanitario del Cantón Mejía, Pichincha, Ecuador en la ciudad de Pichincha y el país Ecuador.
El objetivo general del estudio consistió en determinar la efectividad del quitosano para remover metales de los lixiviados del relleno sanitario “Romerillos” del Cantón Mejía, Provincia de Pichincha.
El diseño que se utilizó fue obtener una muestra de 100ml de lixiviados y aplicar el tratamiento con quitosano de 1g a un pH de 3, una velocidad de 100rpm, temperatura y tiempo de contacto de 20°C y 15 minutos respectivamente. Y los resultados obtenidos han sido una reducción de cadmio en 60%, cromo 40% y plomo en 9%, sin embargo, el hierro y zinc no hubo ninguna variación.
Álvarez (2020) realizó un estudio titulado: Estudio comparativo de la adsorción de aluminio de disoluciones acuosas usando quitosano y cascarilla de arroz, en la ciudad de Lima del país de Perú.
El objetivo general del estudio fue el estudio comparativo del equilibrio y cinética de adsorción de aluminio en quitosano y en cascarilla de arroz, y su aplicación en muestras de aguas potable. El diseño que se utilizó fue 1 g del bioadsorbente en 100ml de una disolución del ión aluminio de 50mg/l y agitada por una hora y a una velocidad de 250rpm. Y Los resultados obtenidos que hay porcentaje de remoción del ión aluminio a un pH mayor que 5 y una remoción de 95.38% para el quitosano. La cinética de adsorción del aluminio con quitosano se asemeja a un modelo de pseudo segundo orden.
Quevedo (2017) realizó un estudio titulado: Determinación de la capacidad de bioadsorción de plomo aprovechando las propiedades del exoesqueleto del camarón en la ciudad de Cuenca en el país de Ecuador. El objetivo general del estudio fue remoción de Plomo por medio de adsorción de quitosano.
El diseño que se utilizó en este trabajo fue preparar su propio quitosano mediante exoesqueleto de
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camarón y caracterizar las propiedades del quitosano mediante espectroscopia y medir la capacidad de adsorción del quitosano sobre una solución preparada de plomo. El proceso de adsorción se trabajó 0.1g/50ml y se obtuvo como resultado una remoción de 74.38%, capacidad de adsorción de 55.24mg/g y se ajusta a isoterma de Lagmuir.
Los metales totales que se encuentran en los ríos alteran la calidad del agua y cuando es consumido por personas de manera directa e indirecta ingresan a nuestro organismo causando daño en nuestros órganos y perjudican nuestra calidad de vida por eso es necesario realizar un tratamiento al agua para eliminar o remover los metales pesados. Existen diversos tratamientos donde se utilizan adsorbentes como carbón activado, zeolitas, arena verde, también técnicas de precipitación donde se utilizan reactivos químicos como soda cáustica, lechada de cal, etc. También se tiene la alternativa donde se utiliza el biopolímero quitosano que se obtiene por ejemplo a partir de conchas de crustáceos el cual es biodegradable en el ambiente y tiene aplicación en tratamiento del agua como adsorbente de metales pesados. El quitosano además puede ser obtenido de desechos del procesado de mariscos como camarón, cangrejos, etc en el cual se pueden aprovechar las conchas, cabezas y las patas de lo contrario pueden ser desechadas al medio ambiente convirtiéndose en una carga económica y su eliminación sería costosa causando problemas ambientales. Por tanto, el quitosano es obtenido de fuentes renovables no son tóxicos y biodegradables y al ser utilizado como un bioadsorbente de metales en tratamiento de aguas podemos reducir impacto al ambiente y a la salud humana. (Mármol Z. 2011).
Actualmente el río Moche tiene concentraciones de metales pesados que exceden el estándar de calidad de agua categoría 3, según los análisis de calidad de agua que realiza periódicamente la autoridad nacional de agua (ANA), esta agua es usada por los agricultores y bebida de animales, los productos van para el consumo humano y estos metales ingresan a acumularse en las personas y causar daño a los sistemas y órganos del cuerpo, es por eso que la agricultura antes de realizar el regado de plantas debe realizar un tratamiento del agua y por ello un tratamiento propuesto es
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mediante biopolímero quitosano que según estudios puede remover metales pesados, turbidez y hasta tiene actividad microbiana. Este tratamiento podría utilizarse para incluso potabilizar el agua y sea consumido directamente por las personas, es por ello que mediante este proyecto se propone realizar un estudio para remover metales pesados del río Moche.
Velasco (2019) hace referencia que el quitosano puede ser obtenido por ejemplo de residuos de crustáceos. En el Perú en Sechura, Piura existen producción de conchas de abanicos y otros crustáceos por tanto tenemos muchos de este tipo de residuos (Douglas, 2014) que los almacenan directamente en botaderos, estos residuos pueden valorizarse convirtiéndolo en quitosano, el cual nos serviría como materia prima para el tratamiento del agua del río Moche que se utiliza en agricultura, bebida de animales y hasta en la potabilización del agua creando así una cadena de valor.
Además, cuando el biopolímero quitosano se convierta en residuo sólido cuando pierda su capacidad adsorbente sería un residuo biodegradable y no tóxico para el medio ambiente. Las personas que consuman directa e indirectamente el agua del río Moche tratada con quitosano disminuirán sus enfermedades aguadas o crónicas producidas por estos metales y disminuirán sus gastos médicos.
El objetivo principal de este trabajo es determinar la remoción de metales pesados del punto RMoch6 del río Moche mediante biopolímero quitosano comercial. Y los objetivos específicos son determinar las concentraciones de metales pesados y parámetros de campo en el punto RMoCh6 para compararlos con el estándar de calidad de agua, categoría 3 y el reglamento de la calidad del agua para consumo humano (D.S. N°031-2010-SA), determinar la diferencia en los tratamientos con diferentes cantidades de quitosano comercial y tiempo de contacto para la remoción de metales pesados en el punto RMoch6 del río Moche, determinar el modelo ajustado del porcentaje de remoción final del metal en función de la masa de quitosano y tiempo de contacto, optimizar la cantidad de quitosano comercial y tiempo de contacto capaz de remover el mayor porcentaje de metales pesa-dos del punto RMoch6 del río Moche mediante biopolímero quitosano comercial, determinar el efecto de la masa y tiempo de contacto en la capacidad de adsorción del biopolímero
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quitosano comercial sobre los metales pesados en el punto RMoch6 del río Moche, determinar la isoterma de Langmuir y Freundlich para la adsorción de metales pesados mediante biopolímero quitosano comercial y comparar el porcentaje de remoción de quitosano con otros adsorbentes (zeolita y bentonita).
A continuación, se describirá cinco temas para ampliar y profundizar los tópicos directamente conectados al tema de la investigación. En la sección II de materiales y métodos se describe la ubicación del objeto de estudio y las técnicas que se desarrollarán para llevar a cabo el experimento como toma y tratamiento de muestras, en la sección III se colocaron resultados y discusiones, en la sección IV recomendaciones y V referencias bibliográficas.
Río Moche.
Ubicación.
En el informe de Estimación del riesgo por peligro inminente ante contaminación de las aguas superficiales del río Moche realizado en el 2020 se dice: que el río Moche pertenece a la región hidrográfica del Pacífico y tiene una superficie de 2115.41km2. Está localizado en el departamento La Libertad y comprende las provincias de Trujillo, Otuzco, Santiago de Chuco y Julcán. La unidad geográfica Moche tiene una extensión de 2708km2, un perímetro de 264.283km y un ancho aproximado de 25km.
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Figura 1.
Ubicación cuenca río Moche.
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Tabla 1
Ámbito Político que abarca la unidad hidrográfica Moche.
Provincia Distritos Área
distrital (km2)
Área distrital en la U. H.
(km2)
Porcentaje (%)
Julcán Julcán 228.98 110.81 48.39
Otuzco
Mache 36.46 36.46 100
Salpo 196.01 193.99 98.97
Paranday 21.68 21.86 100
Agallpampa 256.89 256.89 100
La Cuesta 41.4 41.4 100
Otuzco 400.7 253.56 63.28
Usquill 463.65 32.36 6.98
Sinsicap 450.16 144.99 32.21
Santiago de Chuco Quiruvilca 546.07 127.36 23.32
Trujillo
Moche 27.5 5.85 21.26
Víctor Larco Herrera 11.89 1.11 9.38
Trujillo 37.64 11.81 31.37
El Porvenir 38.09 5.82 15.27
Poroto 149.7 149.7 100
Simbal 385.96 385.96 100
Laredo 488.97 335.86 68.65
Total 17 Distritos 3781.73 2115.41 55.94
Nota: Tomado del GORELL (2020), Informe de estimación del riesgo por peligro inminente ante contaminación de las aguas superficiales del río Moche, 2020 (p.25).
Temperatura de la cuenca.
GORELL (2020) dice: las variaciones de temperaturas medias anules varían desde 6°C (sierra parte alta) y los 20°C en la costa parte baja -alcanzando incluso hasta los 28.5°C y mínimas de 14°C.
Según información histórica en la Estación Samne a 1,450 msnm el promedio de la temperatura fue de 14°C y en los sectores que están a una elevación entre 2800 y 3700 msnm el valor promedio fue de 10°C. La estación meteorológica Quiruvilca ubicada en 4000 msnm se tomaron mediciones promedios de 8°C.
Análisis temporal de los resultados de monitoreo en el río Moche.
El Río Moche, en su recorrido se encuentra influenciada por pasivos ambientales, actividades mineras, industriales y poblacionales, las cuales pueden alterar la calidad del agua lo que puede ocasionar impactos a los ecosistemas acuáticos y perjuicios a los pobladores.
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La Autoridad Nacional del Agua, a través de la Autoridad Administrativa del Agua (AAA) IV Huarmey- Chicama en conjunto con la Administración Local del Agua Moche Virú Chao realizaron monitoreos de calidad del agua del río Moche desde el año 2012 hasta la actualidad de parámetros químico físico y microbiológicos de acuerdo al Protocolo Nacional para el Monitoreo de la Calidad de los Recursos Hídricos Superficiales(R J Nº 010-2016-ANA), por ejemplo, tenemos el punto RMoch6 donde el agua tiene una coloración anaranjada y el punto RMoch9 donde el agua tiene turbidez alta.
Tabla 2
Coordenadas UTM WGS-84 del punto de monitoreo en el Río Moche.
N° PUNTO DE
MONITOREO DESCRIPCIÓN ZONA ESTE NORTE ALTITUD
(msnm)
1 RMoch6
1Río Moche, Puente Concón/Distrito Otuzco /Prov. Otuzco/Dpto La Libertad
17L 749580 9114059 820
Nota: 1Tomado de Informe técnico N°068-2016-ANA-ALAMVCH.(www.sedalib.com.pe)
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Tabla 3.
Resultados de Monitoreo de Calidad de Agua en Punto RMoch6.
RMoch6
1ECA, cat.3 2D.S. DIGESA Feb-14 Nov-15 Abr-16 Oct-17 Ago-18 Jun-19 Feb-20
pH 6.5-8.5 6.34 7.77 … 6.98 7.03 3.8 2.18
Coliformes fecales 1000 0 7900 330 … 490 70 11 7000
Aluminio 5 0.2 13.51 1.641 … 0.479 0.221 3.556 0.027
Arsénico 0.1 0.01 0.229 0.02 … 0.00655 0.00323 0.12052 0.002
Cadmio 0.01 0.003 0.0126 0.007 … 0.00394 0.00549 0.03455 0.05685
Cobre 0.2 2 0.3305 0.114 … 0.037734 0.0371 1.51 3.332
Hierro 5 0.3 28.108 2.433 … 0.6081 0.2477 11.64 74.93
Manganeso 0.2 0.4 2.1455 2.513 … 0.9308 0.609 4.457 7.14
Plomo 0.05 0.01 0.3957 0.112 … 0.0962 0.0072 0.998 0.1164
Zinc 2 3 0.857 0.9 … 0.2964 0.5166 5.739 8.875
Nota: Tomado de INFORME TÉCNICO Nº 01 O- 2014-ANA-DGCRH-VIG.
INFORME TÉCNICO Nº 016 • 2015-ANA·AAA.HCH-SDGCRH/RELS.
1 Estándar de calidad ambiental para agua, categoría 3.
2 Reglamento de la calidad del agua para consumo humano de Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA).
En la Tabla 3 los valores sombreados de color gris supera los estándares de calidad de agua categoría 3.
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Drenaje ácido de mina.
Nompumelelo (2022) afirma que la presencia de drenaje ácido de mina o de roca podría alterar la calidad de agua de ríos, arroyos y vida acuática, esto es debido que los recursos minerales como oro, plata y cobre contienen minerales de sulfuro (pirita, FeS) con alto o bajo contenido de azufre. La pirita y otras rocas de sulfuro de hierro una vez expuestas al agua y oxígeno que contiene el aire liberan ácido sulfúrico en presencia de microorganismos extremadamente acidófilos.
Jacobs (2014) cita a Baker y Banfield (2003) que dice que las complejas interacciones ocurren en comunidades microbianas de bacterias y arqueas autótrofas y heterótrofas que catalizan la oxidación del hierro y el azufre, determinando las tasas de liberación de metales y azufre al medio ambiente como drenaje ácido de minas. Incluso las formas de vida eucariotas (hongos y levaduras, protozoos, microalgas y rotíferos) pueden formar parte de comunidades microbianas presentes en entornos de pH bajo. (pág.4)
Aponte (2020) afirma que la minería de tajo abierto, minería subterránea, pilas de lixiviación, depósitos de relaves y desmonte roca estéril contienen minerales con contenido de azufre principalmente pirita (FeS2), marcasita (FeS2), arsenopirita (FeAsS) y calcopirita (CuFeS2), (FeS) y una vez expuestos al agua y aire(oxígeno) la pirita se disuelve y se crea el ácido sulfúrico, ésta acidez resulta de la acción de bacterias extremadamente acidófilas, que generan su energía oxidando el hierro ferroso (Fe2+) a hierro férrico (Fe3+) mediante el oxígeno en su respiración celular. El hierro férrico, a su vez, disuelve la pirita para producir sulfato y hierro ferroso soluble liberando metales y metaloides asociados como el aluminio, el arsénico o el hierro en el ambiente circundante. Las concentraciones de metales en el agua pueden fluctuar cada hora, mientras que los metales en el sedimento pueden persistir durante décadas. Los sedimentos están formados por metales precipitados que pueden permanecer mucho tiempo y pueden causar acumulación desde los tallos a la punta de la raíz de las plantas que están en las riberas de los ríos. La concentración de metales puede cambiar en ciclos diarios o estacionales
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(por ejemplo, relacionados con eventos de lluvia) y es importante reconocer estos ciclos cuando se toman muestras de metales en aguas superficiales.
Por eso una vez que se realiza el término de las actividades extractivas éstas deben tener un correcto plan de cierre, de lo contrario como ocurría antes se generarían pasivos ambientales que contribuyen a la alteración de calidad de agua de cuerpos superficiales.
El drenaje ácido de minas puede alterar la calidad de aguas superficiales, recursos acuáticos, aguas subterráneas, también puede impactar el crecimiento de plantas y humedales. Luego para realizar tratamiento al agua los costos de tratamiento se elevan y causan daño a estructuras de concreto y corrosión de metales. (Benigno, 2020)
Mediante Informe Técnico N°53-2018-ANA-AAA.HCH/ALA.MOCHEVIRUCHAO/AT/CAJM-PEH de fecha 06.02.2018, se da a conocer que:
La concesión minera Quiruvilca se encontraba en abandono y no realizaba el tratamiento de sus aguas ácidas. La Relavera Santa Catalina y sus andenes no cuentan con protección y las lluvias han deteriorado su estructura. La Poza de Aguas Ácidas POND se encontró llena, rebosando al río Moche.
La Cancha de Lodos San Felipe presentaba erosión y filtraciones, encontrándose inoperativa, disponiendo también aguas ácidas por rebose hacia el río Moche. (Tomado del INFORME TÉCNICO N° 034-2020- ANA.AAA.HCH-AT/OEAU).
Las aguas superficiales que tienen pH ácido menores a 3.0 pueden causar impactos negativos en la calidad del agua y los organismos vivos que habitan dentro como peces, crustáceos, renacuajos y plantas. Por ello es necesario realizar actividades preventivas ya que cuando se comienza con los procesos de drenaje ácido el proceso no es fácil revertirlo y se tiene que instalar plantas de tratamientos de aguas y un buen cierre de minas.
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Metales Pesados y su toxicidad.
Los animales y seres humanos necesitamos de oligoelementos para el desarrollo de nuestras funciones, pero tienen concentraciones que están en rangos determinados que no causan daño a la salud. Los principales elementos son cobre, cobalto, hierro, selenio, flúor, vanadio, zinc, magnesio y yodo (Rodríguez,2019).
Las concentraciones de metales demasiado bajas pueden provocar deficiencias de nutrientes; las concentraciones de metales que son demasiado altas pueden ser fitotóxicas para las plantas y tóxicas para los animales y los seres humanos (Hernández, 2022). Los elementos esenciales (metales y metaloides) tienen funciones bioquímicas bien definidas, como la activación de proteínas, incluidas las enzimas; mantener el pH y el equilibrio iónico; y proporcionar integridad estructural y señales metabólicas para la homeostasis. Los oligoelementos o metales son importantes en las funciones vitales, nivel celular, nivel enzimático, respiración y fotosíntesis (Mondragón, 2018).
Los metales, independientemente de su esencialidad o no esencialidad, pueden afectar negativamente a plantas y animales cuando las concentraciones se vuelven excesivas, como las asociadas con el drenaje ácido de rocas. Los mecanismos de protección para mantener el equilibrio entre concentraciones suficientes y excesivas de elementos son parte de este proceso evolutivo.
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Tabla 4
Clasificación de elementos de acuerdo a la toxicidad en animales y plantas.
Esencial para Esencial para Tóxico para Tóxico para
Elementos Plantas Animales Plantas Animales
Arsénico No Si Si Si
Boro Si No Si Desconocido
Cadmio No No Si Si
Cromo No Si Si Si
Cobalto Si Si Si Si
Cobre Si Si Si Si
Plomo No No Si Si
Manganeso Si Si Si Si
Mercurio No No Si Si
Molibdeno Si Si Si Si
Níquel Si Si Si Si
Selenio No Si Si Si
Vanadio Si Quizás Si Si
Zinc Si Si Si Si
Nota: Tomado de Acid mine drainage, rock drainage, and acid sulfate soils por Jacob (2014), pág.143
La toxicidad crónica por metales pesados por la vía de exposición al agua potable incluye daños que afectan a la salud; casi todos los sistemas de órganos están involucrados, principalmente el sistema nervioso central, cardiovascular, hematopoyético, gastrointestinal y renal. El arsénico, el cadmio, el cromo hexavalente y el níquel también tienen efectos cancerígenos confirmados adicionales y aumentan el riesgo de contraer cáncer. Después de la absorción intestinal, los metales pesados pueden acumularse en el hígado, los riñones, los huesos, los tejidos blandos y el cabello. (Olórtegui, 2022)
Los problemas de salud asociados con el contenido de metales pesados en el agua surgen principalmente de su capacidad para causar efectos adversos para la salud, principalmente, después de períodos prolongados de exposición. Los efectos tóxicos de los metales dependen del nivel de exposición, la vía de exposición, el período de exposición, la forma química, la biodisponibilidad, así como la edad, el estado nutricional y de salud del individuo. Al pasar por el cuerpo humano, varios factores como la absorción, distribución, metabolismo y excreción influyen en su toxicidad. La mayoría de los metales pesados se unen a grupos sulfhidrilo, inhibiendo así la actividad enzimática,
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interrumpiendo el transporte celular y provocando cambios en las funciones de las proteínas. (Pauca, 2022) dice que también se ha estudiado recientemente el papel de los metales como disruptores endocrinos. Esto significa que algunos metales pueden interferir con la biosíntesis, secreción y metabolismo de hormonas, lo que puede conducir a resultados de salud adversos como trastornos reproductivos, tiroides y resultados del desarrollo neurológico y cánceres relacionados con el sistema endocrino. El cadmio y el plomo han sido los metales más estudiados en relación con los niveles hormonales alterados.
Aluminio.
El aluminio ingresa a la atmósfera como un componente principal de las partículas atmosféricas que se originan en la erosión natural del suelo, actividades mineras o agrícolas, erupciones volcánicas o combustión de carbón (OMS, 2011).
El valor de referencia para el aluminio (Al) de acuerdo a los estándares de calidad ambiental (ECA) para agua, categoría 3 (riego de vegetales y bebidas de animales),2017 del Perú es 5.0 mg/l y en el agua potable es de 0.2 mg / l (DS N° 031-2010-SA Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano Dirección General de Salud Ambiental Ministerio de Salud Lima – Perú, 2011).
Algunas personas que tienen enfermedad renal almacenan mucho aluminio en sus cuerpos. A veces, estas personas desarrollaron enfermedades óseas o cerebrales que pueden ser causadas por el exceso de aluminio.
Arsénico.
Ferrante (2014) afirma que el elemento arsénico se puede encontrar en la naturaleza en el agua marina (lugar 14 en abundancia), suelo (lugar 20 en abundancia de la corteza terrestre), aire e incluso en tejidos de seres vivos de seres humanos (12 lugar en abundancia). El arsénico es liberado al ambiente por los volcanes, a través de la meteorización de minerales y menas que contienen arsénico,
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por procesos comerciales, quema de combustibles fósiles, la liberación incontrolada de desechos industriales y la liberación de pesticidas en la agricultura, drenaje ácido, pero también viene como un subproducto de refinar los minerales de otros metales, como el cobre y el plomo. (pág.19).
El arsénico es persistente en el medio ambiente, las plantas absorben el arsénico con bastante facilidad, por lo que el arsénico puede bioacumularse en los alimentos marinos y vegetales. El valor de referencia para el arsénico (As) de acuerdo ECA para agua, categoría 3 (riego de vegetales y bebidas de animales),2017 del Perú es 0.1mg/l y en el agua potable es de 0.01 mg /l (DS N° 031- 2010-SA) El arsénico es un potenciador de la alteración del material genético de los peces y de todos los animales que comen pescado contaminado (ATSDR, 2007).
La National Research Council (2005) dice que, aunque el arsénico es carcinogénico en humanos, la evidencia de carcinogenicidad inducida por arsénico en otros mamíferos es escasa. Ferrante (2014) dice que entre los efectos no cancerígenos del arsénico se encuentran: lesiones dérmicas como hiperpigmentación, hipopigmentación, queratosis principalmente en las palmas y plantas y son indicadores sensibles de la ingestión crónica de arsénico inorgánico y a menudo se utilizan como criterios de diagnóstico para la arsenicosis; enfermedad vascular periférica; enfermedades cardiovasculares; diabetes tipo 2; resultados adversos del embarazo; enfermedades respiratorias (asma). Los estudios de toxicidad genética han demostrado que el arsénico causa mutaciones genéticas, amplificación de genes y detención mitótica (reacción con tubulina) como se mencionó anteriormente.
Cadmio.
Vásquez (2021) dice que el cadmio es un elemento no esencial que es altamente tóxico para los humanos tanto en forma disuelta como respirable. El cadmio es un elemento que al ser adsorbido de preferencia en medio ácido por las células de plantas puede resultar tóxico ya que se bioacumula.
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El cadmio y sus compuestos son altamente tóxicos para órganos y tejidos (riñones e hígado). Las fuentes naturales y antropogénicas han aumentado los niveles de cadmio en la biosfera como consecuencia de la industrialización extensa y la contaminación ambiental (Bonilla, 2021).
El valor de referencia para el Cadmio (Cd) de acuerdo con el ECA para agua, categoría 3 ,2017 del Perú es 0.01mg/l y en el agua potable es de 0.003 mg / l (DS N° 031-2010-SA).
Cobre.
El cobre puede estar asociado comúnmente con minerales de sulfuro como minerales que contienen hierro como calcopirita, CuFeS2. La calcopirita es el mineral de cobre de mayor importancia económica. Es importante conocer la especiación del cobre en solución, ya que la absorción de metales por un organismo a menudo ocurre en el agua (es decir, agua de mar, dulce e intersticial en suelos y sedimentos) (Justo, 2019).
Los compuestos de cobre se utilizan en fungicidas, algicidas, insecticidas y conservantes de madera y en galvanoplastia, grabado, litografía, refinación de petróleo y pirotecnia; se pueden agregar a fertilizantes y alimentos para animales como un nutriente para apoyar el crecimiento de plantas y animales (ATSDR, 2002), por lo que también se usan como aditivos alimentarios (por ejemplo, nutriente y / o agente colorante). El cobre ingresa al medio ambiente a través de liberaciones de concentrados de cobre, industrias que lo utilizan, residuos sólidos, vertimientos, combustión, industria de fertilizantes fosfatados entre otros. El cobre está presente en la atmósfera y se encuentra en aguas superficiales, subterráneas, marinas y de consumo, pero está principalmente presente en complejos o como material particulado (ATSDR, 2002).
El valor de referencia para el cobre (Cu) de acuerdo al (ECA) para agua, categoría 3, 2017 del Perú es 0.2 mg/l y en el agua potable es de 2.0 mg / l (DS N° 031-2010-SA).
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Alminagorta (2018) dice que cuando hay un consumo excesivo de cobre puede causar anemia, daño en el hígado y riñones hígado. Uno de los efectos adversos del cobre para la salud más comúnmente reportados es el malestar gastrointestinal. Numerosos estudios e informes de casos han informado náuseas, vómitos y / o dolor abdominal en humanos inmediatamente después de la ingestión de agua contaminada con cobre u otras bebidas almacenadas en un recipiente de cobre o latón sin estañar.
DeSanto (1984) dice que el cobre es muy tóxico para la mayoría de las plantas acuáticas.
Hierro.
Polanco (2018) dice que la oxidación natural y la precipitación de hierro y manganeso es a menudo una causa principal de turbidez y color en el suministro de agua potable. Estas partículas de manganeso y hierro pueden causar manchas en la ropa, lavabos, inodoros y bañeras, y dan como resultado depósitos de color oscuro en accesorios de plomería y otros aparatos domésticos, comerciales e industriales, como lavavajillas, calentadores de agua y ablandadores de agua. Por lo tanto, a menudo se requiere o se recomienda un proceso de tratamiento diseñado para la eliminación de hierro y manganeso (Sanjay, 2015).
El valor de referencia para el hierro (Fe) de acuerdo con el (ECA) para agua, categoría 3, 2017 del Perú es 5.0 mg/l y en el agua potable es de 0.3 mg / l (DS N° 031-2010-SA). La intoxicación aguda por hierro ocurre principalmente por accidente, cuando los niños ingieren una gran cantidad de píldoras que contienen hierro. Le siguen síntomas como vómitos intensos, diarrea, dolor abdominal, pero también puede causar conjuntivitis, coroiditis y retinitis si entra en contacto y permanece en los tejidos.
Sánchez (2021) dice que la intoxicación crónica por hierro se presenta frecuentemente asociada a enfermedades genéticas y metabólicas, transfusiones sanguíneas repetidas o ingesta excesiva. Estas personas tienen un alto riesgo debido a que son portadoras de las mutaciones HFE de la hemocromatosis hereditaria que puede causar diabetes, cáncer, cirrosis, artritis, esterilidad y hasta
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impotencia. El hierro está asociado con radicales libres oxidativos y, por lo tanto, puede ser un factor de envejecimiento. Los pacientes con enfermedad de Alzheimer o Parkinson con frecuencia tienen un mayor contenido de hierro en el cerebro. (Olmo,2020).
Manganeso.
Becerra (2022) dice que el manganeso puede ingresar a fuentes de aguas superficiales debido al drenaje ácido de roca las cuales pueden ser ocasionadas por actividades mineras. El manganeso siempre se encuentra asociado al hierro, por eso siempre que se encuentra hierro en agua también se encuentra manganeso el cual se transporta a largas distancias y puede precipitar a pH básicos que se precipitan como óxido de manganeso el cual tiene coloración negruzca a diferencia del hierro que tiene coloración rojiza.
El valor de referencia para el manganeso (Mn) de acuerdo con el (ECA) para agua, categoría 3 (riego de vegetales y bebidas de animales),2017 del Perú es 0.2 mg/l y en el agua potable es de 0.4 mg / l (DS N° 031-2010-SA).
Huamán (2019) dice que el manganeso en nuestro organismo puede alterar el funcionamiento de nuestro cerebro mediante parkinson, nervios y embolia. También afecta el tracto respiratorio como la bronquitis. Cuando los hombres están expuestos al manganeso durante períodos de tiempo más prolongados, pueden volverse impotentes. Sin embargo, si las personas tienen deficiencia de manganeso pueden tener problemas como obesidad e intolerancia a la glucosa en sangre.
Plomo.
La National Research Council (2005) nos dice que el plomo no desempeña funciones en nuestro organismo o sea no es un elemento esencial al contrario encontrado en exceso puede dañar la sangre, nuestro sistema nervioso e incluso la fertilidad.
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Quinto (2021) indica que todos los seres humanos en el mundo de alguna manera podemos tener contacto con el plomo ya que la mayoría de cosas alrededor contiene pinturas, gasolinas y puede ingresar a nuestro organismo por medio de la ingestión, vías aéreas, agua y suelo. El plomo puede acumularse en nuestros tejidos y se queda allí por mucho tiempo.
El valor de referencia para el plomo (Pb) de acuerdo con el (ECA) para agua, categoría 3 (riego de vegetales y bebidas de animales),2017 del Perú es 0.05 mg/l y en el agua potable es de 0.01 mg / l (DS N° 031-2010-SA).
Disalvo (2022) dice que si el plomo ingresa a nuestro organismo puede alterar el comportamiento, dificultades de aprendizaje y concentración y disminución de la capacidad intelectual.
Zinc.
Los factores que afectan el movimiento del zinc en el medio terrestre son el pH, el potencial de oxidación-reducción, capacidad de intercambio catiónico, materia orgánica y diversas formas del metal. Las deficiencias de zinc están relacionadas con una ingesta inadecuada, y la toxicidad del zinc en los seres humanos suele estar relacionada con la ingesta accidental como por ejemplo un complejo multivitamínico. (Pérez, 2019)
Las plantas y organismos acuáticos necesitan zinc para sus funciones por ello una deficiencia puede ser causada si el suelo donde crecen es alcalino, pero en exceso puede resultar tóxico.
El valor de referencia para el zinc (Zn) de acuerdo al (ECA) para agua, categoría 3, 2017 del Perú es 2.0 mg/l y en el agua potable es de 3.0 mg / l (DS N° 031-2010-SA).
Ferrante (2014) afirma que el zinc es prácticamente no tóxico para los organismos vivos. Es el único elemento pre, post y de transición que no es ni citotóxico ni sistemáticamente tóxico, ni es carcinogénico, mutagénico o teratogénico.
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Quitosano.
Luiz (2017) dice que el quitosano es un biopolímero policatiónico compuesto por residuos de 2- acetamido-2-desoxi-β-Dglucopiranosa y 2-amino-2-desoxi-β-D-glucopiranosa (Figura 2). Se sabe que los grupos NH2 y OH en su estructura son los principales responsables de sus propiedades y aplicaciones potenciales ilimitadas. El quitosano fue descubierto por Rouget en 1859, cuando estudiaba formas desacetiladas de quitina. La producción a escala industrial se registró por primera vez en 1971 en Japón. La “Primera Conferencia Internacional de Quitina y Quitosano” tuvo lugar en 1977 en Boston, EE. UU. A partir de esta conferencia, las comunidades científicas e industriales demostraron un interés exponencial por la quitina y el quitosano. (pág.4)
Figura 2.
Estructura química tridimensional del biopolímero de quitosano.
Nota: Tomado de Frontier in Biomaterials, Vol.3 Chitosan Based Materials and its Applications (Guilherme Luiz Dotto, etal (2017)
Fuentes y extracción de Quitosano.
Ahmed (2017) dice que el quitosano se encuentra en fuentes similares a las de la quitina. De manera similar que la quitina el quitosano se puede extraer de los organismos terrestres y acuáticos que incluyen gusanos de seda, insectos, abejas, artrópodos, nematodos, crustáceos, langostas, cangrejos, camarones y krill. Por otro lado, setas; pared celular de hongos, micelios y septos; las esporas de Zygomycetes y Ascomycetes son una buena fuente de quitosano además de