universidad nacional del centro del peru

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA

“REMOCION DE PLOMO DE LAS AGUAS DEL EFLUENTE MINERO DE YAULI LA OROYA UTILIZANDO EL COAGULANTE DE MAGUEY (Agave Americana

L.) A NIVEL DE LABORATORIO”

Tesis

Para optar el título profesional de Ingeniero Químico Presentado por:

CONTRERAS SANABRIA, Katheryn Lizet GUTIERREZ MAYTA, Tania Mabel

HUANCAYO - PERU

2015

ii

“REMOCION DE PLOMO DE LAS AGUAS DEL EFLUENTE MINERO DE YAULI LA OROYA UTILIZANDO EL COAGULANTE DE MAGUEY (Agave Americana L.) A NIVEL DE LABORATORIO”

iii ASESOR

Ms. Gladys Maritza Ávila Carhuallanqui

iv

DEDICATORIA

A Dios y la Virgen por cuidarme y permitir que avance en compañía de ellos.

A mis padres Alejandro y Aquilina por haberse preocupado por mi desde el momento que llegue a este mundo y haber formado en mi muchas cosas valiosas, quiero decirles que a pesar que han pasado ya muchos años desde que fuì una niña sus enseñanzas no cesan,”mis dos amores” ustedes son mi fuerza y mi motivo dìa a dìa.

A mis tíos y hermanos que me ayudan a continuar siempre pese a las dificultades que se presentan y me enseñan que todo es posible, con amor, fè en Dios y mucha union.

Tania G .M .

v

DEDICATORIA

Esta tesis va dedicado a DIOS y a la Virgen María, por haberme dado la vida y permitirme haber llegado hasta este momento tan importante de mi formación profesional. A mi madre, por ser el pilar más importante, por demostrarme siempre su cariño y apoyo incondicional. A mi padre, a pesar de nuestras diferencias de opiniones estas conmigo firme y apoyando cada una de mis decisiones. A mis hermanos Daniel, Jim y Jonathan por su amor, compresión, consejos, ayuda en los momentos difíciles, y por apoyarme con los recursos necesarios para estudiar. A Adriana, porque te amo infinitamente hermanita. Quiero agradecerles por todo, no me alcanzan las palabras para expresar el orgullo y lo bien que siento por tener una familia tan asombrosa y exitosa.

Katheryn C.S.

vi

AGRADECIMIENTO

En primer lugar, le damos gracias a Dios por la sabiduría que nos da y por el maravilloso regalo de la vida.

En segundo lugar agradecer a mi Universidad donde he crecido personal y profesionalmente, por ello mi más sincero agradecimiento a la Universidad Nacional del Centro del Perú.

Así mismo agradezco a mi querida Facultad de Ingeniería Química, personal docente y administrativo, por sus enseñanzas y preparación a nivel profesional como personal; en especial un eterno agradecimiento a nuestra asesora Gladys Ávila Carhuallanqui por su compromiso y dedicarnos el tiempo necesario para poder llevar a cabo la elaboración de nuestras tesis, a su vez amigos y compañeros de estudios con quienes compartimos y tenemos la dicha de seguir compartiendo momentos gratos que nos llenan de felicidad.

Las Alumnas.

vii

RESUMEN

La presente tesis tiene por objetivo general remover el Plomo de las aguas del efluente minero Yauli- Oroya, utilizando el coagulante de Maguey (Agave Americana L.) a nivel de laboratorio.

El coagulante mencionado anteriormente por ser natural no se puede conseguir en el mercado, por ende, es necesario iniciar la investigación con la obtención del Coagulante de Maguey (Agave Americana L.). Para ello, se emplearon las siguientes operaciones secuenciales: Secado, Molido, Tamizado, Extracción de pigmentos, Maceración, Filtración del gel obtenido y Liofilización que es el último paso y nos facilitara el trabajo para preparar las concentraciones del coagulante intervinientes en la remoción de nuestro efluente en cuestión.

Una vez obtenido el Coagulante, se procedió con el tratamiento del efluente minero a nivel laboratorio utilizando el equipo de Pruebas de Jarras, mediante los siguientes procesos: coagulación (con dos niveles de tiempo y tres niveles de concentración), floculación y sedimentación. Para poder conocer los resultados de nuestra investigación se llevaron las muestras de agua tratadas a un laboratorio certificado, para darle respaldo a la investigación.

Con los resultados obtenidos en esta investigación, se concluye que se pudo lograr la remoción de Plomo de las aguas del efluente minero de Yauli – La Oroya, utilizando el coagulante de Maguey (Agave Americana L.), mediante el método de Prueba de Jarras, con dos intervalos de tiempo y tres niveles de concentración, obteniendo como resultados valores que fluctúan desde 0.0389 a 0.0102 mg/L, observando que 97.15% es el mayor porcentaje de remoción que se puede obtener en esta investigación.

viii

ABSTRACT

This thesis has the general objective to remove Plomo from water Yauli - La Oroya mining effluent, using the coagulant Maguey (Agave americana L.) in the laboratory.

The coagulant above to be naturally cannot be achieved in the market, therefore, you need to research obtaining coagulant Maguey (Agave americana L.). To do this, the following sequential steps were used: drying, grinding, sieving, removal of pigments, maceration, filtration and lyophilization to gel obtained is the last step and we facilitate the work to prepare the concentrations of coagulant involved in the removal of our effluent in question.

After the coagulant obtained, we proceeded with the treatment of mining effluent using standard laboratory equipment Test Jars, using the following processes:

coagulation (with two time levels and three concentration levels), flocculation and sedimentation. To know the results of our investigation treated water samples to a certified laboratory, to give support to research carried.

With the results obtained in this investigation, it is concluded that the removal was achieved Plomo mining water effluent Yauli - La Oroya, using the coagulant Maguey (Agave americana L.), by the method to Test of Jars, with two time slots and three concentration levels, obtaining as results values ranging from 0.0389 to 0.0102 mg / L, noting that 97.15% is the highest percentage of removal that can be obtained in this investigation.

ix

INTRODUCCIÓN

El agua es un elemento fundamental y determinante en la vida, la actividad humana amenaza constantemente las fuentes de agua de las que todos dependemos para existir, la escasez y el uso abusivo de este denota una seria amenaza para el desarrollo sostenible del medio ambiente. Los ríos y acuíferos afectados por la contaminación a causa de efluentes mineros se caracterizan por su acidez, así como por el alto contenido en sulfatos y metales pesados de sus aguas y por el contenido metálico de sus sedimentos.

La contaminación por Plomo es un problema de salud pública, por estar directamente relacionado con el ambiente donde habita el ser humano. Con respecto a su incidencia en el medio ambiente, el Plomo se encuentra de forma natural, pero las mayores concentraciones de este son resultado de las actividades humanas, siendo las partículas de mayor tamaño las que quedarán retenidas en el suelo y en las aguas superficiales, provocando su acumulación en organismos acuáticos y terrestres, y con la posibilidad de llegar hasta el hombre a través de la cadena alimenticia causando serios daños.

Por todo lo antes expuesto respecto a la contaminación por Plomo vemos necesario buscar soluciones alternas ya que es un metal con un significativo grado de toxicidad.También se observa que la utilización del Maguey (Agave Americana L.) tiene múltiples propiedades, entre ellas el actuar como coagulante.

El desarrollo de este trabajo de investigación obedece a un interés que principalmente aprovechará los recursos naturales de la zona como es el caso del Maguey (Agave Americana L.) que tiene propiedades coagulantes y la posibilidad de utilizarlo para el tratamiento de aguas, siendo un gran beneficio, ya que esta cactácea no es utilizada.

Las pruebas realizadas a nivel de laboratorio confirman que la coagulación es un proceso eficiente, y utilizando el polímero de Maguey (Agave Americana L.) no genera contaminación secundaria, como sucede en un tratamiento físico-químico,

x

mejorando así la calidad del agua de efluentes mineros y mitigando la contaminación que va creciendo a pasos agigantados de parte de la industria minera.

Por lo expuesto anteriormente buscamos proponer una metodología para el tratamiento de agua de efluente minero a nivel de laboratorio que contribuirá de manera equilibrada el desarrollo sostenible entre la industria y el medio ambiente y sentar las bases para futuras investigaciones que así como nosotras busquen dar soluciones a los problemas actuales que aquejan nuestro planeta.

xi

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

 Remover el Plomo de las aguas del efluente minero utilizando el coagulante de Maguey (Agave Americana L.) a nivel de laboratorio.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Determinar la concentración inicial del efluente minero.

 Obtener el coagulante de Maguey (Agave Americana L.).

 Determinar la dosis de coagulante adecuada y el tiempo de coagulación adecuado en el tratamiento de las aguas del efluente minero.

 Determinar la concentración de Plomo en las aguas de efluente minero tratadas con el coagulante Maguey (Agave Americana L.).

xii

NOMENCLATURA

Wmp : Peso de materia prima

Wh : Peso húmedo del Maguey

Wcs : Peso del cartucho seco

C1 : Concentración inicial

C2 : Concentración final

V1 : Volúmen inicial

V2 : Volúmen final

X-Pb : Concentración de Plomo

X-Coagulante : Concentración del coagulante

: Valor observado en la j-ésima repetición para el i-ésimo tratamiento

: Efecto de la media general

i ^: Efecto del i-ésimo nivel del factor A.

j : Efecto del j-ésimo nivel del factor B

( )

 ij ^: Efecto de la interacción en el i-esimo nivel del factor A, j- esimo nivel del factor B.

a : Niveles de concentración

b : Intervalos de tiempo.

Efecto del i-esimo tratamiento

: Efecto aleatorio del error experimental con el j-esima repetición con el i-esimo tratamiento

t : Número de tratamientos

ri : Número de repeticiones del i-esimo tratamiento

CME : Cuadrado Medio de Error

Tesis A-I : Muestra original a 20pm y 3 minutos Tesis A-II : Muestra de repetición a 20ppm y 3 minutos Tesis B-I : Muestra original a 40ppm y 3 minutos Tesis B-II : Muestra de repetición a 40ppm y 3 minutos jTesis C-I : Muestra original a 60ppm y 3 minutos Tesis C-II : Muestra de repetición a 60ppm y 3 minutos Tesis D-I : Muestra original a 20ppm y 6 minutos Tesis D-II : Muestra de repetición a 20ppm y 6 minutos Tesis E-I : Muestra original a 40ppm y 6 minutos Tesis E-II : Muestra de repetición a 40ppm y 6 minutos Tesis F-I : Muestra original a 60ppm y 6 minutos Tesis F-II : Muestra de repetición a 60ppm y 6 minutos

.

xiii INDICE

CARÁTULA i

ASESOR iii

DEDICATORIA iv

AGRADECIMIENTO vi

RESÚMEN vii

ABSTRACT viii

INTRODUCCIÓN ix

OBJETIVOS xi

NOMENCLATURA xii

ÍNDICE xiii

CAPÍTULO I

REVISION BIBLIOGRAFICA

1.1. ANTECEDENTES 16

1.2. MARCO TEORICO 18

1.2.1. PLOMO 18

1.2.1.1 Definición 18

1.2.1.2 Toxicidad 18

1.2.1.3 Normatividad 19

1.2.2. POLIMERO 20

1.2.2.1. Definición 20

1.2.2.2. Cactáceas 20

1.2.2.3. Maguey (Agave Americana L.) 21

1.2.3. TAXONOMIA 23

1.2.4. EFLUENTE MINERO 24

1.2.4.1. Origen de los efluentes de la minería 24 1.2.4.2. Caracterización de los Efluentes Mineros 25

1.2.5. COAGULACION 26

1.2.5.1. Definición 26

1.2.5.2. Teoría de la Coagulación 26

1.2.5.3. Factores que influyen en la Coagulación 28

1.2.5.4. Clases de coagulantes 28

1.2.6. FLOCULACION 29

xiv

1.2.6.1. Definición 29

1.2.6.2. Cinética de la Floculación 29

1.2.6.3. Factores que influyen en la Floculación 30

1.2.7. SEDIMENTACION 30

1.2.8. PRUEBA DE JARRAS 31

1.2.9. EXTRACCION CON SOLVENTES 31

1.2.9.1. Extracción Mediante Equipo De Soxhlet 32

1.2.10. LIOFILIZACION 33

1.2.10.1. Etapas del proceso 34

1.2.10.2. Ventajas de la Liofilización 34

1.2.11. ESPECTROMETRIA INFRARROJA 34

1.2.12. DISEÑO COMPLETAMENTE AL AZAR 35

1.2.12.1. Modelo estadístico 36

1.2.12.2. Experimentos Factoriales 36

1.2.13. METODO DE TUKEY 38

1.3. MARCOS CONCEPTUALES 39

1.3.1. Coagulante 39

1.3.2. Contaminación 39

1.3.3. Remoción 39

1.3.4. Suspensión 40

CAPÍTULO II

PARTE EXPERIMENTAL: METODOLOGÍA (MATERIALES Y METODOS)

2.1. EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS 41

2.1.1. Equipos 41

2.1.2. Materiales 42

2.1.3. Reactivos 42

2.2. METODOS 43

2.2.1. REMOCIÓN DE PLOMO DEL EFLUENTE MINERO CON EL COAGULANTE DE MAGUEY (Agave Americana L.) A NIVEL

DE LABORATORIO

CAPÍTULO III

ANÁLISIS, INTERPRETACION Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

3.1. TRATAMIENTO DE DATOS 48

3.2. HIPOTESIS DE LA INVESTIGACION 57

3.3. ANALISIS ESTADISTICO 57

3.4. DISCUSION DE RESULTADOS 60

xv

CONCLUSIONES 61

RECOMENDACIONES 62

BIBLIOGRAFIA 63

ANEXO 65

ANEXO 1A: EFLUENTE MINERO DE YAULI – LA OROYA

ANEXO 1B: OBTENCION DEL COAGULANTE DE MAGUEY (Agave Americana L.)

ANEXO 1C: TRATAMIENTO DEL EFLUENTE MINERO CON COAGULANTE DE MAGUEY (Agave Americana L.)

16 CAPÍTULO I

REVISION BIBLIOGRAFICA

1.1. ANTECEDENTES

1.1.1. Laura Silvia Gonzales Valdez, Tesis “Obtención de un surfactante a partir de biomasa residual de Agave Durangensis y su aplicación en la remoción de Arsénico por aglomeración esférica”, Instituto Politécnico Nacional, México.

Se planteó la posibilidad de remover Arsénico de muestras de agua subterránea destinada al uso y consumo humano, para lo cual investigó de manera prioritaria las etapas de precipitación-adsorción e hidrofobización con agentes tenso activos tanto comerciales como de origen natural.

Asimismo obtuvo un biosurfactante que consistió en un extracto de material foliar de Agave Durangensis, mismo que queda como desecho en la elaboración de mezcla. Sus resultados muestran remociones de hasta 99,83% en modelos de agua y de 99,99% en aguas naturales.

Logro demostrar la factibilidad de la remoción de Arsénico empleando como agente hidrofobizante al extracto de saponina del material foliar de Agave.

17

1.1.2. Lozano Rivas William Antonio, “Uso del Extracto de Fique (Furcraea SP.) como Coadyuvante de Coagulación en tratamiento De Lixiviados”, Revista Internacional de Contaminación Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México, Distrito Federal, México

Muestran una serie de pruebas que brindan resultados del uso del extracto de las hojas de Fique (Furcraea sp.) como coadyuvante de coagulación en el tratamiento fisicoquímico de lixiviados parcialmente depurados provenientes del relleno sanitario de Doña Juana en Bogotá D.C. Su proceso consiste en la remoción de sólidos que proporcionan turbidez y color al lixiviado mediante el uso de sales coagulantes. Para ello realizó pruebas de tratabilidad en un equipo de ensayo de jarras y sus variables de control, los parámetros de color, turbiedad, DQO, pH y sólidos disueltos totales. Aunque su lixiviado evaluado contiene bajas concentraciones de sólidos, su investigación obtuvo un promedio del 15% en remoción de turbiedad y del 9% en DQO, empleando combinaciones de 3000 mg/L de Cloruro Férrico Hexahidrato, como coagulante, y 40 mg/L de extracto de hojas de fique, como coadyuvante, a pH de 8,57; respecto del uso del coagulante solo.

1.1.3. Osvaldo Vásquez Gonzales, Tesis ”Extracción de coagulantes del Nopal y su aplicación en la clarificación de aguas superficiales”, Universidad Autónoma de Nuevo León .

Esta investigación aplicó el coagulante natural a muestras de agua con color y con metales pesados (preparadas sintéticamente), además de agua residual doméstica.

Las pruebas fisíco-químícas de estos coagulantes indicaron la presencia de material orgánico y un alto contenido de materia inorgánica (sales), las cuales tienen una buena función el proceso de coagulación-floculación.

Sus resultados en la aplicación como coagulante y coadyuvante se reflejaron en la formación de flocs, dando a éstos formación casi inmediata y con buenas características (en tamaño principalmente).

18

En la remoción de metales pesados se obtuvieron los siguientes resultados a pH de 6.5 (en forma de iones), para Plomo se logró una remoción de 83 %, para el Hierro de 80% y para el Zinc 15%. Con las pruebas a pH de 8.5 (en forma de Hidróxidos) se obtuvieron remociones para el Plomo de 78 %, para el Hierro 86% y para el Zinc de 50%.

1.2. MARCO TEORICO 1.2.1. PLOMO

1.2.1.1. Definición:

En condiciones normales, el Plomo no reacciona con el agua. Sin embargo, cuando el plomo se pone en contacto con aire húmedo, la reactividad con el agua aumenta. En la superficie del metal, se forma una pequeña capa de Oxido de Plomo (PbO); en presencia de

Oxígeno y agua, el Plomo metálico se convierte en Hidróxido de Plomo Pb(OH)2. ⁽¹⁾

1.2.1.2. Toxicidad:

El plomo y sus compuestos, son generalmente contaminantes tóxicos. Las sales de Plomo II y los compuestos orgánicos del Plomo, son dañinos desde un punto de vista toxicológico. Las sales de Plomo, que contiene el agua son dañinas. Lo mismo se aplica a otros compuestos, como el Acetato de Plomo, Óxido de Plomo, Nitrato de Plomo y Carbonato de Plomo. ⁽¹⁾

El Plomo limita la síntesis clorofílica de las plantas. No obstante, las plantas pueden absorber del suelo altos niveles de plomo, hasta 500 ppm. Las concentraciones más altas perjudican el

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crecimiento de las plantas. El Plomo se introduce en la cadena alimenticia por su absorción en las plantas. Consecuentemente, la aplicación de pesticidas con plomo está prohibida en la mayor parte de los países. El plomo se acumula en los organismos, en los sedimentos y en el fango. El plomo en el agua residual proviene principalmente de los tejados y de las calles. ⁽¹⁾

El Cuerpo humano contiene aproximadamente 120 mg de Plomo.

Los intestinos absorben del 10% al 20% del plomo ingerido. Los síntomas por la exposición al plomo incluye cólicos, pigmentación de la piel y parálisis. Generalmente los efectos del envenenamiento por plomo, son neurológicos y teratógenos. ⁽¹⁾

Figura 1.1: El plomo en forma laminar.

Referencia: DOP-CEA Jalisco México – 2012

El Plomo orgánico causa necrosis de neuronas. El Plomo inorgánico crea degeneración axónica. Ambas especies de plomo causan edema cerebral y congestión. Los compuestos orgánicos del Plomo se absorben rápidamente y por lo tanto suponen un mayor riesgo. Los compuestos orgánicos del Plomo pueden ser cancerígenos. ⁽¹⁾

1.2.1.3. Normatividad

Los límites máximos permisibles de Plomo para la descarga de efluentes – líquidos de actividades minero- metalúrgicas son: ⁽²⁾

- Limite en cualquier momento 0.20 mg/L - Límite para el promedio anual : 0.16 mg/L

20 1.2.2. POLÍMERO

1.2.2.1. Definición:

Los polímeros son tan antiguos como la vida misma ya que toda la vida en la tierra se basa en tres tipos de polímeros:

DNA, RNA y proteínas. Las macromoléculas o polímeros son moléculas con una estructura básicamente covalente entre sus átomos pero que poseen un elevado peso molecular. Se consideran polímeros moléculas con masa moleculares superiores a 10³ -10⁴, pudiendo llegar a valores del orden de 10¹⁰ como el ácido desoxirribonucleico. Este elevado peso molecular, y consecuentemente tamaño, es lo que les confiere unas propiedades peculiares.⁽³⁾

1.2.2.2. Cactáceas:

Las cactáceas son una familia vegetal originaria del continente americano, que cuenta con 110 géneros y 1500 especies aproximadamente.⁽⁴⁾

Las cactáceas son fanerógamas y dicotiledoneas es decir producen flores, frutos y semillas, presentan flores bisexuadas (en algunos casos unisexuadas), y la mayoría de ellas requieren de fecundación cruzada para producir semillas aunque algunas especies son autofértiles. Tal vez la característica más familiar para nosotros sea la de resistir condiciones de sequía. ⁽⁴⁾

Quisimos hacer relevante que las cactáceas son una " familia"

vegetal. Es decir agrupa organismos con características comunes. El número de escalones o subdivisiones taxonómicas depende tanto del organismo como del autor que lo clasificó, puede haber subdivisiones menores a la especie, por ejemplo, las subespecies y las variedades. La clasificación taxonómica es jerárquica y cada nivel es superior a la anterior, siendo la principal el reino y la menor la especie, subespecie o variedad. ⁽⁴⁾

21

1.2.2.3. Maguey (Agave Americana L.) 1.2.2.3.1. Descripción:

Los Agaves son plantas perennes que presentan raíces fibrosas y duras, con tallo corto y grueso raramente alargado; sus hojas se encuentran dispuestas en roseta, crecen en forma de cono sobrelapadas, son gruesas con parénquima esponjoso, están cubiertas por una capa externa de cera; el sistema vascular de estas plantas circula por sus hojas, creando fibras por todo lo largo de la hoja, por lo que son duras, rígidas y fibrosas en el centro, sus márgenes presentan espinas ganchudas o rectas, características de cada especie, su permanencia en la planta es de 12 a 15 años. Su inflorescencia se presenta en forma de espiga o panoja con escapo (pedúnculo) largo y semileñoso, puede estar ramificada (panícula) o no ramificada (racimo o espiga); las flores son bisexuales con 6 tépalos unidos debajo del ovario con forma de estructura tubular o acampanada, de color amarillo o verdoso principalmente; el fruto es una cápsula seca con semillas aplanadas de color negro. Su reproducción puede ser de tipo sexual (por semillas) o asexual (vegetativa), la mayoría de las especies usan ambos mecanismos. Pueden ser polinizados por murciélagos, insectos y colibríes (Figura. 2). ⁽⁶⁾

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Figura 1.2: Morfología de una planta de Agave

Referencia: Izazaga y Escurra, Am.J.Bot, 2002

1.2.2.3.2. Usos:

Desde tiempos de la época prehispánica (10000 a 8000 años A .C.), debido al profundo conocimiento que tenían los indígenas acerca de la naturaleza, el uso de los agaves era parte de sus actividades principales. ⁽⁶⁾

Otros de los usos y aplicaciones que se le ha dado son en la clarificación de agua (en Perú y en México).⁽⁷⁾

Es interesante mencionar que los poli electrolitos naturales se han utilizado por muchos siglos en los países en desarrollo para clarificar agua, tal es el caso de la India donde hace más de 4000 años se utilizaban las semillas del agave para la clarificación de aguas turbias, también cabe resaltar que en África los aldeanos añaden al agua para beber, plantas nativas para reducir la turbiedad a los olores y

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sabores desagradables. Por otro lado los británicos fueron de los primeros en utilizar poli electrolitos naturales como coadyuvantes coagulantes. ⁽⁷⁾

En la actualidad Existen registros de tesis en una de ellas se ha aplicado el Agave lechuguilla para remover el Cobre (II) en modelos de agua por aglomeración esférica, en otra se aplicó el Agave durangensis y en la remoción de Arsénico por la Técnica de aglomeración esférica. ⁽⁷⁾

Figura 1.3: Hectareas de la planta del Maguey

Referencia: Revista México Desconocido, 2012, Beatriz Oliver Vega.

1.2.3. TAXONOMIA 1.2.3.1. Definición:

La Taxonomía es la ciencia encargada de estructurar y organizar en grupos a los seres vivos. Cada grupo de organización recibe el nombre de taxón.⁽⁸⁾

Los taxones se crean atendiendo a las semejanzas y diferencias existentes entre los individuos. Actualmente, además, intenta reflejar la historia natural y las relaciones evolutivas entre seres vivos de distintos grupos mediante un sistema jerárquico de taxones. ⁽⁸⁾

La jerarquía se establece de forma que un taxón inferior (específico) sería englobado por otro superior (genérico).

24

Las categorías taxonómicas que se utilizan en la actualidad son las siguientes: ⁽¹⁴⁾

Especie→ Género → Familia → Orden → Clase → Filum (División) → Reino →Dominio

1.2.3.2. Nomenclatura

El nombre científico es una combinación de dos palabras en latín. Éstas son, el nombre genérico, o género, y el nombre específico. Estas dos palabras deben estar escritas en letra cursiva y deben ir acompañadas por el apellido abreviado del naturalista que lo describió por primera vez. ⁽⁸⁾

Por ejemplo, Quercus ilex L, se refiere a la encina y lleva la inicial de Linneo.

1.2.4. EFLUENTE MINERO

1.2.4.1. El origen de los efluentes de la minería:

Los efluentes en minería pueden originarse en las diferentes etapas a la que es sometido el mineral para la obtención del metal. Dependerá de la operación unitaria utilizada en la extracción, en la concentración y en los procesos utilizados en refinarlo. ⁽⁹⁾

En el caso de la minería polimetálica, podemos ejemplificar los siguientes casos que producen algún tipo de efluentes.⁽⁹⁾ a) Extracción:

Drenaje de minas y soluciones gastadas, principalmente cuando se utilizan procesos hidrometalúrgicos, lixiviación in situ, en pila, extracción por solvente, etc. de preferencia se recicla, sino es posible, se neutraliza y/o desintoxica antes de disponerlas en tanques para su evaporación o reutilización. ⁽⁹⁾

b) Concentración:

Se usa el proceso de flotación selectiva, donde a partir de un mineral que contiene entre un 1% a 2% en Cobre, se

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obtiene un concentrado con un 32% de mineral. El agua del proceso, además es utilizada para transportar los sólidos o ganga hasta su punto de disposición final, tanque de Relave, donde se evapora el agua y/o se vuelve a bombear al proceso. ⁽⁹⁾

c)Refinación:

Procesos de electrólisis generan barros anódicos. En las fundiciones se genera un efluente ácido, debido al lavado y enfriamiento de gases antes de que ingrese el gas a las plantas de ácido. ⁽⁹⁾

1.2.4.2. Caracterización de Efluentes Mineros

Según los reactivos utilizados y de las sustancias o elementos que se disuelven e incorporan a la fase líquida, en términos genéricos, los principales parámetros químicos que se ven afectados son: ⁽⁹⁾

 pH.

 Sólidos sedimentables y/o suspendidos.

 Sales disueltas, tales como: SO4=

; CN^-; Cl^-; Sulfuros y otros.

 Presencia de metales pesados, tales como: As; Cu; Fe;

Se; Mo, Pb, etc.

 Sustancias orgánicas, tales como reactivos, solventes.

En cuanto a los valores máximos que éstos parámetros deben lograr, se señala que la norma de emisión de contaminantes en residuos líquidos establece diferentes concentraciones máximas para cada parámetro dependiendo del cuerpo receptor, así por ejemplo, para el Sulfato, se acepta un máximo de 1000 ppm si es descargado a un cuerpo de agua fluvial sin dilución y no tiene un límite máximo, si este es descargado al mar. ⁽⁹⁾

26 1.2.5. COAGULACIÓN

1.2.5.1. Definición:

La coagulación puede entenderse como la desestabilización eléctrica de algunas partículas mediante la adición de sustancia químicas que son los coagulantes. Esta operación se efectúa en unidades y tanques de mezcla rápida, en los cuales el agua se somete a agitación muy intensa para formar una solución homogénea de los coagulantes con el agua en el menor tiempo posible. ⁽¹⁰⁾

Este proceso se usa para: ⁽¹¹⁾

 Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica que no se puede sedimentar rápidamente.

 Remoción de color verdadero y aparente.

 Eliminación de bacteria, virus y organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación.

 Destrucción de algas y plancton en general.

 Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor, en algunos casos de precipitados químicos suspendidos en otros.

El uso de cualquier otro proceso para la remoción de partículas muy finas, como la sedimentación simple, resulta muy poco económico y en ocasiones imposible, debido al alto tiempo requerido. ⁽¹²⁾

Para la evaluación de este proceso es necesario tener en cuenta las características físicas y químicas del agua, la dosis del coagulante, la concentración del coagulante, el punto de aplicación del coagulante, la intensidad y el tiempo de mezcla y el tipo de dispositivo de mezcla. ⁽¹¹⁾

1.2.5.2. Teoría de la Coagulación

Las partículas que forman la turbiedad y el color de las aguas naturales, poseen cargas eléctricas que normalmente son

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negativas, pero como también existen cargas eléctricas positivas, se puede afirmar que el agua y las soluciones son eléctricamente neutras. Las cargas eléctricas de las partículas generan fuerzas de repulsión entre ellas, por lo cual se mantienen suspendidas y separadas en el agua. Es por esto que dichas partículas no se sedimentan. ⁽¹¹⁾

El conjunto formado por estas partículas constituye un sistema coloidal, formado por una doble capa de iones, el cual es sometido a un potencial en la superficie inferior del doble lecho, denominado potencial Z. Este potencial tiene un valor crítico, por encima del cual los coloides son estables, y por debajo de él, la repulsión en las partículas se reduce a un grado tal que chocando con cierta velocidad pueden unirse y flocular. El problema en la coagulación consiste en disminuir el potencial Z por uno de los siguientes métodos: ⁽¹¹⁾

 Coagulación por neutralización de la carga: Esta se realiza cuando coloides de diferente signo se mezclan en el agua.

Esto es lo que sucede cuando se agrega alumbre o sales de hierro al agua.

 Coagulación por disminución del espesor de la doble capa (distancia d). Al incrementarse la concentración de iones en el agua la “distancia d” disminuye, hasta hacer el valor del potencial Z inferior al punto crítico.

 El fenómeno de la desestabilización se efectúa mediante una serie de reacciones químicas bastante complejas, de las cuales algunas no se han podido entender lo suficiente.

Dentro de esas reacciones se encuentran las que se efectúan con las diversas formas de alcalinidad, por lo cual su contenido disminuye. Además, algunas de estas reacciones producen CO2, cuyo efecto consiste fundamentalmente en el incremento de la acidez del agua y por consiguiente la disminución del pH. ⁽¹⁰⁾

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1.2.5.3. Factores que influyen en la Coagulación

 Tamaño de las partículas: Las partículas deben poseer el diámetro inferior a una micra. Las partículas con diámetro entre una y cinco micras, sirven como núcleos de floc, en cambio de diámetro superior a cinco micras, son demasiado grandes para ser incorporadas en el floc. ⁽¹¹⁾

 Temperatura: La temperatura cambia el tiempo de formación del floc, entre más fría el agua, la reacción es más lenta y el tiempo de formación del floc es mayor. ⁽¹¹⁾

 Concentración de iones H⁺ o pH: Para cada coagulante hay por lo menos una zona de pH óptima, en la cual una buena floculación ocurre en el tiempo más corto y con la misma dosis de coagulante. ⁽¹¹⁾

 Relación cantidad-tiempo: La cantidad de coagulante es inversamente proporcional al tiempo de formación del floc.

(11)

1.2.5.4. Clases de Coagulantes

Los coagulantes que se utilizan en la práctica para agua potable son los siguientes: ⁽¹¹⁾

 Sales de Aluminio: Forman un floc ligeramente pesado.

Las más conocidas son: ⁽¹¹⁾

 El Sulfato de Aluminio, Al2 (SO4).14H2O, que en la práctica se le denomina como Alumbre; el Sulfato de Aluminio Amoniacal y el Aluminato Sódico. El primero es el que se usa con mayor frecuencia dado su bajo costo y manejo relativamente sencillo. ⁽¹¹⁾

 Sales de Hierro: Se utiliza el Cloruro Férrico, FeCl3, y los Sulfatos de Hierro Férrico y Ferroso, Fe (SO4)3 y FeSO4. Forman un floc más pesado y de mayor velocidad de asentamiento que las sales de aluminio. ⁽¹¹⁾

 Polímeros o polielectrolitos: Son compuestos complejos de alto peso molecular que se utilizan como coagulantes. La

29

dosificación de estas sustancias se lleva a cabo en concentraciones muy bajas, lo cual es una gran ventaja y compensa el costo del polímero. Están siendo ampliamente empleados en el tratamiento de aguas potables ya que se produce una menor cantidad de lodos, adicionalmente el lodo producido es más fácilmente tratable. ⁽¹¹⁾

1.2.6. FLOCULACIÓN 1.2.6.1. Definición

La floculación consiste en la aglomeración, mediante la agitación moderada del agua, de las partículas que se desestabilizaron durante la coagulación, formando otras de mayor tamaño y peso específico –flóculos. ⁽¹⁰⁾

Los objetivos básicos de la floculación son reunir microflóculos para formar partículas con peso específico superior al del agua y compactar el flóculo disminuyendo su grado de hidratación para producir baja concentración volumétrica, lo cual produce una alta eficiencia en los procesos posteriores como sedimentación y filtración. ⁽¹¹⁾

1.2.6.2. Cinética de la Floculación

Tan pronto como se agregan coagulantes a una suspensión coloidal, se inician una serie de reacciones hidrolíticas que adhieren iones a la superficie de las partículas presentes en la suspensión, las cuales tienen así oportunidad de unirse por sucesivas colisiones hasta formar flóculos que crecen con el tiempo. ⁽¹¹⁾

La rapidez con que esto ocurre depende solamente tamaño de las partículas con relación al estado de agitación del líquido, de la concentración de las mismas y de su “grado de desestabilización”, que es el que permite que las colisiones sean efectivas para producir adherencia. ⁽¹¹⁾

30

Los contactos pueden realizarse por dos modos distintos:

 Floculación Pericinética: Contactos por bombardeo de las partículas producidos por el movimiento de las moléculas del líquido (movimiento browniano) que sólo influye en partículas de tamaños menores a un micrón. Sólo actúa al comienzo del proceso, en los primeros 6 a 10 s y es independiente del tamaño de la partícula. ⁽¹¹⁾

 Floculación Ortocinética: Contactos por turbulencia del líquido, esta turbulencia causa el movimiento de las partículas a diferentes velocidades y direcciones, lo cual aumenta notablemente la probabilidad de colisión. Efectivo sólo con partículas mayores a un micrón. Actúa durante el resto del proceso, de 20 a 30 min. ^(11’)

1.2.6.3. Factores que influyen en la Floculación

 Concentración y naturaleza de las partículas

La velocidad de formación del floc es proporcional a la concentración de partículas en el agua y del tamaño inicial de estas. ⁽¹¹⁾

 Tiempo de detención

La velocidad de aglomeración de las partículas es proporcional al tiempo de detención. ⁽¹¹⁾

 Gradiente de velocidad

Este es un factor proporcional a la velocidad de aglomeración de las partículas. Existe un límite máximo de gradiente que no puede ser sobrepasado, para evitar el rompimiento del floc. ⁽¹¹⁾

1.2.7. SEDIMENTACIÓN

La sedimentación se define como el proceso natural por el cual las partículas más pesadas que el agua, que se encuentran en su seno en suspensión, son removidas por la acción de la gravedad. ⁽¹²⁾

31

En este caso hablamos de una sedimentación, en la cual las partículas al unirse, van aumentando su masa y consecuentemente, su velocidad de sedimentación. ⁽¹²⁾

1.2.8. PRUEBA DE JARRAS

La coagulación química y la dosificación apropiada de reactivos deben ser seleccionadas por la simulación del paso de clarificación en un laboratorio a escala. La Prueba de Jarras es la que mejor simula la química de la clarificación y la operación llevada a cabo.

Un arreglo simple de vasos de precipitado y paletas permite comparar varias combinaciones químicas, las cuales todas están sujetas a condiciones hidráulicas similares. ⁽¹¹⁾

Esta prueba se realiza con el fin de determinar la concentración óptima de coagulante necesaria para obtener un floc de las mejores características. ⁽¹¹⁾

1.2.9. EXTRACCION CON SOLVENTES

La extracción es una de las operaciones básicas del laboratorio. Se define como la acción de separar con un líquido una fracción específica de una muestra, dejando el resto lo más íntegro posible.

Se pueden realizar desde los tres estados de la materia, y se llaman de la siguiente manera: ⁽¹³⁾

a) Extracción sólido – líquido b) Extracción líquido – líquido c) Extracción gas – líquido.

La primera es la más utilizada donde se aplica la extracción con el equipo Soxhlet. Como ejemplo se pueden citar todas las obtenciones de principios activos de los tejidos vegetales. La segunda tiene usos especialmente en química analítica cuando se extrae el producto de una reacción efectuada en fase líquida con un solvente específico para separar uno o algunos de los componentes. Por último un ejemplo de la tercera, gas – líquido, que ordinariamente se llama

32

‘lavado de gases’, es el burbujeo por una fase líquida de un gas que se quiere lavar o purificar. ⁽¹³⁾

1.2.9.1. EXTRACCIÓN MEDIANTE EQUIPO DE SOXHLET

Es un método de extracción continuo que se utiliza para materiales sólidos. Consiste en colocar el material a extraer, previamente molido y pesado, en un cartucho de celulosa que se introduce en la cámara de extracción, conectada por una parte a un balón se calienta a ebullición, un refrigerante. El disolvente contenido en el balón se calienta a ebullición, el vapor asciende por el tubo lateral y se condensa en el refrigerante, cayendo sobre el material. Cuando alcanza el nivel conveniente sifonea por el tubo regresando al balón. El proceso se repite hasta conseguir el agotamiento deseado del material. ⁽¹³⁾

Figura 1.4: Equipo de extraccion soxhlet

Referencia: Archivo en PDF ⁽¹⁴⁾

33 1.2.10. LIOFILIZACION

Llamada anteriormente criodesecación, es un proceso de secado que se basa en sublimar el hielo de un producto congelado. El agua del producto pasa, por tanto, directamente de estado sólido a vapor sin pasar por el estado líquido, para lo cual se debe trabajar por debajo del punto triple del agua, 0.01°C y 4.5 mmHg. Como proceso industrial se desarrolló a mediados del siglo XX, pero sus principios eran ya conocidos y empleados por los incas. El procedimiento ancestral consistía en dejar que los alimentos se congelasen durante la noche por la acción del frío de los Andes y gracias al calor de los primeros rayos de sol de la mañana y la baja presión atmosférica de las elevadas tierras andinas se producía la sublimación del agua congelada. Este proceso es conocido como liofilización natural. ⁽¹⁵⁾ Figura 1.5: Diagrama de Presión-Temperatura de los estados del agua

Referencia: Archivo en PDF ⁽¹⁵⁾

34 1.2.10.1. Etapas del proceso

Las etapas del proceso de liofilización son los siguientes: ⁽¹⁵⁾

 Acondicionamiento de la materia prima

 Congelación

 Sublimación

 Ruptura de vacío

 Almacenamiento

 Rehidratación

1.2.10.2. Ventajas de la liofilización

 La baja temperatura de trabajo impide la alteración de productos termolábiles

 Al sublimarse el hielo quedan poros que permiten una reconstitución rápida

 Inhibe el deterioro del color y sabor por reacciones químicas y las pérdidas de propiedades fisiológicas

 La humedad residual es baja

 El tiempo de conservación es largo

 La retención de los aromas es muy alta.

1.2.11. ESPECTROMETRÍA DE INFRARROJOS POR TRANSFORMADA DE FOURIER

La espectrometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIV) es una técnica de análisis para obtener el espectro infrarrojo con mayor rapidez. En lugar de registrar los datos variando la frecuencia de luz infrarroja monocromática, se guía la luz IV (con todas las longitudes de onda de pista utilizada) a través de un interferómetro. Después de pasar por la muestra, la señal medida da el interferograma. La realización de una transformada de Fourier de la señal produce un espectro idéntico al de la espectrometría infrarroja convencional. ⁽¹⁶⁾

35

Los espectrofotómetros FTIV son más baratos que los convencionales, porque es más simple construir un interferómetro que un monocromador. Además, la medida de un solo espectro es mucho más rápida en esta técnica, debido a que la información de todas las frecuencias se toman al mismo tiempo. Esto permite hacer múltiples lecturas de una sola muestra y obtener un promedio, lo que aumenta la sensibilidad del análisis. Debido a sus múltiples ventajas, casi todos los modernos espectrofotómetros de infrarrojos son FTIV.

(16)

Figura 1.5: Espectrometría de Infrarrojos por Transformada de Fourier

Referencia: Archivo en PDF ⁽¹⁶⁾

Esta técnica de análisis se ha utilizado con la finalidad de poder encontrar los grupos funcionales del Maguey (Agave Americana L.), ya que por ser este un recurso natural es complejo.

1.2.12. DISEÑO COMPLETAMENTE AL AZAR (DCA)

El diseño completamente al azar es el más simple de todos los diseños. Es un diseño en el cual los tratamientos son asignados aleatoriamente a las unidades experimentales sin ningún tipo de

36

restricción. Este diseño es utilizado cuando las unidades experimentales son bastante homogéneas, es decir cuando la variabilidad entre ellas es pequeña y no existe ningún criterio de bloqueo que permita disminuirla. Dado que los tratamientos constituyen el único criterio de clasificación para las unidades experimentales, a este diseño se le conoce también como diseño de clasificación de una vía. ⁽¹⁷⁾

1.2.12.1. MODELO ESTADÍSTICO

1, 2,3...

i  t

j  ri

Donde: ⁽¹⁹⁾

Y

 

 

eij Efecto aleatorio del error experimental con el j-ésima repetición con el i-ésimo tratamiento

t 

r



El efecto del i-ésimo tratamiento esta dado por t_i , siendo la expresión: _i _i , donde µi es la media del i-ésimo tratamiento y µ la media general.

ij i ij

Y      e

37

Tabla 1.2. Análisis de varianza simbólica del DCA

Fuentes de variación

Grados de libertad

Suma de cuadrados Cuadrados medios

. .

. .

. C M S C

 G L

F Calculado

F Tabla 1% 5%

Tratamiento t-1 ( .)Yi ²

SCTrat FC



 r

. ( )

S C trat G L trat

CMTrat FC CME

Error t r( 1) SCtotal - SCtratamiento . ( )

. ( )

S C Error G L Error Total tr1



Referencia: Msc. Shalin Carhuallanqui Avila ⁽¹⁷⁾

Figura 1.6. Análisis de varianza simbólica del DCA

Referencia: Estadística Aplicada a la Investigación ⁽¹⁷⁾

1.2.12.2. EXPERIMENTOS FACTORIALES

Un experimento factorial es aquel en el que se estudian simultáneamente varios factores, de modo que los tratamientos se forman por todas las posibles combinaciones de los niveles de los factores. Un experimento factorial no constituye un nuevo diseño experimental, sino un diseño para la formación de los tratamientos. Los experimentos factoriales pueden ser conducidos bajo los lineamientos de cualquier diseño experimental como el DCA, DBCA o DCL. ⁽¹⁷⁾

Estos experimentos son útiles también en campos de estudio más complejos en los que se sabe que un factor no actúa independientemente sino en estrecha relación con otros factores.⁽¹⁷⁾

38

1.2.12.2.1. EL MODELO ADITIVO LINEAL PARA UN FACTORIAL PxQ EN DCA SERÁ:

i= 1,……,p j=1,…..,q k=1,..,𝑟_𝑖𝑗

1.2.13. METODO DE TUKEY

El análisis de varianza es una técnica para análisis de datos, donde se prueba la hipótesis nula que “todos los tratamientos son iguales, contra la hipótesis alternativa que “al menos uno de los tratamientos es distinto a los demás”. ⁽¹⁸⁾

Lamentablemente, el objetivo deseado al realizar el experimento (encontrar el o los mejores tratamientos), no se puede cumplir. Para ello es necesario realizar un procedimiento adicional, llamado Prueba de medias. ⁽¹⁸⁾

Existe una gran cantidad de pruebas de medias, pero quizá el más conocido es el método de Tukey. Esta prueba fue desarrollada por John W. Tukey. ⁽¹⁸⁾

Se calcula un valor llamado el comparador de Tukey, de la siguiente manera: ⁽¹⁸⁾

𝑤 = 𝑞𝑥 𝐶𝑀𝐸 𝑟

Donde:

q: es un valor que se obtiene de una tabla (Tabla de Tukey), de manera parecida a la tabla de F. Horizontalmente se colocan los grados de libertad de los tratamientos y verticalmente los grados de libertad del error. Solamente existen tablas para niveles de significancia del 5% y del 1%.⁽¹⁸⁾

El término que está dentro de la raíz cuadrada se llama error estándar de la media y es igual al cuadrado medio del error (obtenido en el ANOVA), dividido entre el número de repeticiones. ⁽¹⁸⁾

( )

ijk i j ij ijk

Y      

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Si la diferencia entre dos promedios es mayor que el comparador, se concluye que los dos promedios no son iguales, en caso contrario se concluye que sí son iguales. ⁽¹⁸⁾

Se utiliza el mismo comparador para todos los pares de promedios que se comparan. ⁽¹⁸⁾

Pero ésta fórmula solamente es válida para el caso de experimentos con igual número de repeticiones. ⁽¹⁸⁾

1.3. MARCOS CONCEPTUALES

1.3.1. Coagulante:

En química de aguas, un coagulante son sales metálicas que reaccionan con la alcalinidad del agua, para producir un flóculo de hidróxido del metal, insoluble en agua, que incorpore a las partículas coloidales: Alumbre, Sulfato férrico, Cloruro férrico, Sulfato ferroso, etc.; favoreciendo su separación por medio de sedimentación.

1.3.2. Contaminación:

Es la introducción de sustancias en un medio que provocan que este sea inseguro o no apto para su uso. El medio puede ser un ecosistema, un medio físico o un ser vivo. El contaminante puede ser una sustancia química, energía.

Es siempre una alteración negativa del estado natural del medio, y por lo general, se genera como consecuencia de la actividad humana considerándose una forma de impacto ambiental.

1.3.3. Remoción:

La palabra remoción proviene del acto de remover. Remover es justamente quitar o sacar algo de su lugar, independientemente de que sea reemplazado o no por otro. La remoción puede darse, sobre un objeto así como también de una persona. En algunos casos la remoción puede ser simple mientras que en otros puede necesitar mucho tiempo.

40 1.3.4. Suspensión:

Es una mezcla heterogénea por un sólido en polvo y/o pequeñas partículas no solubles (fase dispersa) que se dispersan en un medio líquido(fase dispersante o dispersora). Cuando uno de los componentes es líquido y los otros son sólidos suspendidos en la mezcla, son conocidas como suspensiones mecánicas. Las partículas que forman parte de una suspensión pueden ser microscópicas, y de tamaño variado, dependiendo del tipo de sustancia.

41 CAPÍTULO II

PARTE EXPERIMENTAL: METODOLOGÍA (MATERIALES Y METODOS)

2.1. EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS.

2.1.1. Equipos:

- Balanza de precisión. Rango 0 a 2000g con un decimal. Marca OHAUS

- Balanza analítica. Rango 0 a 220g con cuatro decimales. Marca AE ADAM

- Estufa eléctrica. Rango 0 a 300°C, Marca BINDER - Equipo Soxhlet (balón 250mL)

- Plancha de calentamiento con agitación. Rango de temperatura 0°C a 500°C, rango de agitación 0 a 10. Marca VWR International - Plancha de calentamiento. Rango de temperatura 0°C a 500°C.

Marca VWR International

- Molino de bolas. Tanque de porcelana, lleva bolas de porcelana.

Motor de 1/4HP de 350RPM.

- Liofilizador. Temperatura de sublimación -35ºC a -37 ºC. Presión de vacío 100 a 500 umHg. Tiempo de 12 a 16 horas. Capacidad de 50 a 750mL. Sistema por bandejas o frascos. Espesor de

42

liofilizado 2mm. Liofilización discontinua. Marca LIOBRAS. Modelo L101. Bomba de vacío 140 a 170 L/min.

- Equipo de Prueba de Jarras. Lovibon de 4 vasos de 1 litro - Potenciómetro. Hanna. HI 991301. pH/EC/TDS. Temperatura

2.1.2. Materiales:

- Bolsas de polietileno - Cuchillos

- Guantes - Hilo pabilo - Papel craf - Papel filtro - Pinza metálica - Probeta de 50mL

- Vasos de precipitación de 150mL - Tamiz Tyler 1mm

- Tamiz con tela de nylon - Varilla

- Fiola de 1000mL - Fiola de 100mL

- Vaso de precipitación de 250mL - Embudo

- Pipeta de 10mL - Bombilla

- Botellas de plásticos de 0,5L con tapa rosca - Recipientes de plástico de 1L

2.1.3. Reactivos:

- Agua destilada - Etanol 96 % v/v

43 2.2. MÉTODOS

2.2.1. REMOCIÓN DE PLOMO DEL EFLUENTE MINERO CON EL COAGULANTE DE MAGUEY (Agave Americana L.) A NIVEL DE LABORATORIO

2.2.1.1. Obtención del coagulante de Maguey (Agave Americana L.) a) Muestreo

Se recolectó la muestra de Maguey (Agave Americana L.) de la localidad Muquiyauyo - Jauja en el departamento de Junín.

Tomando en consideración el tamaño (mayores a 60 cm), peso (entre 3 y 4 Kg) y forma de las hojas (enteras, sin abolladuras, verdes), la toma de muestra se hizo de forma aleatoria.

b) Identificación Taxonómica

Una hoja de maguey incluyendo la flor se llevó al laboratorio de la Facultad de Ingeniería Forestal y del Ambiente de la UNCP, para la identificación taxonómica, y así poder obtener la familia específica a la que pertenece.

c) Extracción del coagulante

Se trasladó el Maguey (Agave Americana L.) al laboratorio en bolsas de polietileno.

En el laboratorio, se lavaron con agua potable, para eliminar tierra y otras sustancias, se pesó cada hoja, luego se procedió al cortado de 1cm x 1cm aproximadamente, se colocaron las muestras en una estufa para secado del Maguey.

Las condiciones del secado fueron:

Tiempo: 48 horas Temperatura: 60°C

El material seco fue molido, luego tamizado con malla normalizada de 1mm, de esta muestra tamizada se toma porciones de 10g aproximadamente y se formó cartuchos con papel filtro, luego estos cartuchos se coloca en el equipo

44

soxhlet para la extracción de la clorofila y otros colorantes, utilizando como solvente el etanol, la extracción se realizó a temperatura de ebullición de este solvente. En el papel filtro de la cápsula de Soxhlet se queda un material granular, este se llevó a la estufa para secar a temperatura de Ebullición del etanol.

Las condiciones para la extracción con soxhlet fueron:

Temperatura: 60°C

Volumen de etanol: 250mL

Tiempo: Hasta una completa decoloración

Este material granular se macera con agua destilada en una relación de 1:11,5 en peso y agitando a 600 rpm durante 01 hora, luego se filtra con tela nylon. El filtrado obtenido tiene consistencia gomosa, se liofilizara hasta obtener un polvo que es el coagulante.

d) Análisis de espectrofotometría infrarroja del coagulante de Maguey (Agave Americana L.)

Se envió 10g aproximadamente del coagulante de maguey a la Unidad de Servicios de Análisis Químico de la Facultad de Química e Ingeniería Química de la Universidad Mayor de San Marcos para el análisis de Espectrofotometría Infrarroja.

La finalidad de realizar este análisis es de determinar los grupos funcionales de esta cactácea.

2.2.1.2. Remoción de plomo del efluente minero con el coagulante de Maguey (Agave Americana L.) a nivel de laboratorio

a) Muestreo del agua:

Se tomó una muestra puntual de 18 L. del Puente Kingsmill, en el punto de salida del efluente minero, el día 11 de Noviembre a las 16:00 p.m., haciendo la toma de los respectivos

45

parámetros de campo. A la muestra puntual se le tomó el pH, con la finalidad de comprobar si el pH se encuentra dentro de rango permitido para ser analizado con un coagulante.

b) Equipo de Prueba de Jarras:

Se utilizó el equipo de Prueba de Jarras para el tratamiento del agua de efluente minero, los siguientes niveles son los que se consideraron:

 Niveles del coagulante:

Las concentraciones del coagulante fueron: 20ppm, 40ppm, 60ppm cada muestra por duplicado

 Niveles del tiempo de coagulación

Los tiempos de coagulación fueron: 3min y 6min

Con estos niveles se tendrá 6 tratamientos, cada uno se trabajó con repetición. Para cada tratamiento se utilizó 1 litro de muestra.

Antes de empezar a utilizar el equipo de pruebas de jarras se tiene que tener en consideración las condiciones de los procedimientos a usar:

 Condiciones de Coagulación:

Agitación rápida 100RPM.

 Condiciones de Floculación:

En este proceso se trabajó con las condiciones de agitación lenta 50 RPM; y con un tiempo de 20min

46

b.1. Procedimiento para la utilización del equipo de Jarras con el coagulante de Maguey (Agave Americana L.) Para la preparación de soluciones a utilizar se debe partir de la solución inicial para el coagulante de Maguey (Agave Americana L.), este tendrá una concentración de 10000 ppm

 Preparación de solución inicial de 10000 ppm Se pesa 1 gramo del coagulante de Maguey y se afora con agua destilada en una fiola de 100mL.

A partir de esta solución, se calculó el volumen que se necesitará para cada tratamiento (20, 40 y 60 ppm) Para un tratamiento con 20ppm

C1V1 = C2V2

10000ppm (V1) = 20ppm (1000mL) V1 = 2mL

Para un tratamiento con 40ppm C1V1 = C2V2

10000ppm (V1) = 40ppm (1000mL) V1 = 4mL

Para un tratamiento con 60ppm C1V1 = C2V2

10000ppm (V1) = 60ppm (1000mL) V1 = 6mL

En el vaso de 1L se agrega 1000mL del efluente minero, se agrega el volumen requerido de concentración de coagulante (20, 40 y 60 ppm) para los seis tratamientos y sus respectivas repeticiones.

Seguidamente se procedió con la programación el equipo de jarras para la coagulación con las condiciones ya

47

mencionadas, una vez concluida el tiempo de coagulación se programa el equipo nuevamente para continuar con la floculación con las condiciones detalladas anteriormente.

c) Decantación:

Al concluir la floculación, las muestras se retiraron y se colocaron en un lugar donde pueda empezar a sedimentarse, se observó gran presencia de partículas en suspensión por ello se trabajó a un tiempo de 120 min.

d) Determinación de pH

Se siguió los siguientes pasos:

 Tomar 100 mL de la muestra.

 Encender el pHmetro o el equipo multiparámetros y seleccionamos la opción pH.

 Esperar unos segundos hasta que el equipo muestre un resultado constante.

 Se midió pH antes y después de cada tratamiento.

e) Determinación de Plomo:

Una vez decantado se mandaron las muestras a un laboratorio acreditado, para el análisis respectivo de las concentraciones finales de Pb; conjuntamente con estas muestras se envió el efluente minero sin tratar así para determinar su concentración inicial.

48 CAPÍTULO III

ANÁLISIS, INTERPRETACION Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 3.1. TRATAMIENTO DE DATOS

3.1.1. Resultados de la obtención del coagulante de Maguey (Agave Americana L.)

3.1.1.1. Extracción del coagulante a) Toma de Muestra

La cantidad de hojas de Maguey colectadas y que cumplieron con las consideraciones necesarias fueron 8 en total; luego del lavado, se seleccionó 4 que serán pesados de la manera siguiente.

Tabla N°3.1: Peso de las hojas de Maguey MUESTRA Wmp (Kg)

Muestra 1 3,0960

Muestra 2 4,0717

Muestra 3 3,7249

Muestra 4 4,2604

Fuente: Elaboración Propia.