Alfredo Rincón González1, Luisa Saules de Mejias3, José Delgado Gonzalez3, Sedolfo Carras- quero Ferrer2 y Altamira Díaz Montiel2
1 Red de Investigación estudiantil de la Universidad del Zulia (REDIELUZ), 2 Departamento de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (DISA), 3Centro de Investigaciones del Agua (CIA).
Universidad del Zulia, Apartado postal 526, Maracaibo 4001-A, Venezuela
alfredorincong@gmail.com, adiaz@fing.luz.edu.ve
Resumen
El lavado de vehículos ocasiona graves impactos ambientales, como el uso excesivo de agua potable y la descarga de efluentes sin tratamiento con concentraciones de aceites, grasas y derivados de petróleo con alto contenido de turbidez. Una alternativa simple, efectiva y rentable para el tratamiento y reutilización de los efluentes provenientes del lavado de vehículos es el proceso de coagulación- floculación. El objetivo de la presente investigación fue evaluar la efectividad de las semillas de Moringa oleífera en el tratamiento de efluentes provenientes del lavado de vehículos para su reutilización. El estudio se llevó a cabo a escala laboratorio por medio de la prueba de Jarra, con una agitación rápida de 100 rpm durante un minuto, una agitación lenta de 40 rpm durante 15 minutos y un tiempo de 30 minutos de sedimentación. Se determinaron los parámetros fisicoquímicos: pH, alcalinidad total, color, turbidez, sólidos totales y demanda química de oxigeno (DQOT) antes
y después de los tratamientos. La dosis óptima que permitió obtener los menores
valores de turbidez y color en el efluente después del tratamiento fue: 900 mg/L de coagulante obtenido de semillas de M. oleifera. Los valores residuales obtenidos fueron de 3,7 UNT y 15 UC para la turbidez y el color, respectivamente, para 147 NTU de turbidez inicial y 600 UC de color aparente inicial. Los porcentajes de remoción de color, turbidez, DQOT y sólidos totales fueron: 92,5%, 94,57%, 90,41% y 86,77%,
respectivamente. Los resultados demostraron que el coagulante obtenido de las
semillas de M. oleífera es efectivo en el tratamiento de los efluentes provenientes
del lavado de vehículos.
Palabras clave: Moringa oleifera; coagulación; floculación; lavado de vehículos; reutilización.
Fecha de Recibido: 11-06-2015 Fecha de Aceptado: 16-05-2017
Abstract. Carwash causes serious environmental impacts such as excessive use of water
and the discharge of untreated effluents with concentrations of oil, grease and petroleum with high turbidity. A simple alternative and cost effective for treatment and reuse of wastewater from vehicle washing is the process of coagulation- flocculation. The aim of this study was to adapt the effluents from washing vehicles at an appropriate level in order to be reused, evaluating Moringa oleifera as a natural coagulant in physico-chemical treatment (coagulation-flocculation). The study was carried out at laboratory scale through the test jar test, with rapid agitation at 100 rpm for one minute, slow stirring at 40 rpm for 15 minutes and 30 minutes of sedimentation, parameters were evaluated: pH, total alkalinity, color, turbidity, total solids and chemical oxygen demanded (DQOT). The optimal dose that yielded
the lowest values of turbidity and color in the effluent after treatment was: 900 mg
/L of Moringa oleifera. Residual values were 3,7 NTU from 147 NTU of initial turbidity and 15 UC from 600 UC of apparent initial color. The percentages of removal of color a turbidity, DQOt and total solids were: 92,5%, 94,57%, 90,41% and 86,77%, respectably. Results with Moringa oleifera showed those coagulants effective into the treatment of effluents from washing vehicles.
Keywords: Moring oleifera; coagulation; flocculation; carwash; reuse.
La disponibilidad de agua dulce en el planeta constituye una gran problemática (Radin et al. 2014). En la actualidad, las aguas residuales constituyen uno de los mayores problemas ambientales que incide en la calidad de los cuerpos de agua dulce (Mohamed et al. 2013, Chan et al. 2014 y Mohamed et al. 2014). En la ciudad de Maracaibo, las aguas servidas son vertidas en la mayor reserva de agua dulce del país, el Lago de Maracaibo, ocasionando un impacto ambiental y socioeconó- mico negativo para la región a causa de la contaminación, afectando a la pesca, la sociedad y al turismo en general (Silva, 2012).
El lavado de vehículos origina la descarga de efluentes en las redes cloacales, sin tratamiento previo, con alto contenido de turbidez. El consumo de agua dulce de la mayoría de los autolavados de la ciudad de Maracaibo varía de 150 a 200 L de agua en promedio para un lavado profesional completo de un solo vehículo (Morales et al. 2009) Esta actividad representa la descarga de sólidos totales, acei- tes, grasas, derivados de petróleo, rastros de detergentes con concentraciones de fosfatos e incluso metales pesados (Christine, 2010, Chan et al. 2014, Sunday, 2014).
Generalmente, las plantas de tratamiento de agua utilizan sales de aluminio o de hierro, sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que a pesar del buen funcionamiento de estas sales, su residual es bioacumulado por los huma- nos, quienes ven deteriorada su salud (Rodríguez et al. 2007).
Desde los años 70 Se ha incentivado el uso de coagulantes naturales para redu- cir el consumo de coagulantes químicos y minimizar la toxicidad en el tratamiento de aguas. Uno de los coagulantes naturales más estudiados es proveniente de las semillas de Moringa oleifera, la cual es una planta tropical perteneciente a la fa- milia Moringaceae y originaria del noroeste de la India (Azrafuzzaman et al. 2011, Guzmán et al. 2013 y Radín et al. 2014). Este coagulante es efectivo, seguro y ba- rato, siendo posible su utilización en el tratamiento de aguas residuales, lo que trae beneficios económicos para los países productores, además de constituirse en una alternativa ambientalmente correcta (Castro y Silva 2004, Ghebremichael et al. 2005).
El excesivo consumo de agua potable para el lavado de vehículos, crea la nece- sidad de determinar la factibilidad de la reutilización de sus efluentes (Al-Odwani, 2007) por lo que se planteó evaluar la efectividad del coagulante obtenido a partir de las semillas de Moringa oleífera en el tratamiento de efluentes provenientes del lavado de vehículos en la ciudad de Maracaibo para su reutilización.
La recolección del efluente proveniente del lavado de vehículos, se realizó en una estación de lavado de la zona norte de la ciudad de Maracaibo, específicamen- te en la Parroquia Cecilio Acosta, en una tanquilla ubicada al final del proceso, de acuerdo a los patrones establecidos en el Método Estándar, usando el método 1060 recolección y preservación de muestras y preservación (APHA 2005). La cap- tación del efluente se realizó a través de un muestreo aleatorio simple de manera manual, para ser almacenado a una temperatura de 4 ºC.
Para conocer las características del efluente proveniente del lavado de vehícu- los, a fin de compararlas con lo establecido en la normativa venezolana para la des- carga a cuerpos de agua (Gaceta Oficial 1995), se realizaron una serie de análisis, según los procedimientos establecidos en el Método Estándar (APHA 2005). Los parámetros medidos se muestran en la Tabla 1.
Parámetros | No del método. |
pH | 4500-H+ |
DQOT | 5220-C |
DBO5,20 | 5210-B |
Turbidez | 2130-B |
Alcalinidad total | 2320-B |
Sólidos totales | 2540-D |
Sólidos sedimentables | 2540-F |
Color (real y aparente) | 2120-C |
Sulfato | -2 4500-SO4 -E |
Aceites y grasas Vegetales | 5520-C |
Las semillas de Moringa oleífera se recolectaron secas y enteras de diversos árboles ubicados en el Municipio Maracaibo, Estado Zulia; las mismas se preserva- ron y almacenaron en sacos de fique para la posterior extracción de las vainas y es- carificación de las mismas (Mendoza et al. 2000). Las semillas secas y sin cáscaras se pulverizaron finamente en un molino eléctrico Modelo 4-egrindin mil 89 rpm, hasta obtener una harina de color blanca amarillenta, de aspecto grasoso, que se almacenó en frascos de color ámbar para su preservación y posterior uso (Mas y Rubí et al. 2011).
La semilla de Moringa oleífera tiene aproximadamente un 40% de su peso en grasa que no posee propiedades coagulantes y deja un residual lipídico en el agua tratada. Por esta razón se eliminó la grasa de la harina a través de un proceso de extracción (Soxhlet), empleando 400 mL de éter de petróleo siguiendo el proce- dimiento descrito en la norma Covenin para aceites y grasas y sustancias legumi- nosas 1785-81 (COVENIN 1981); con la harina resultante se preparó una solución madre de 5000 ppm (Mas y Rubí et al. 2011).
El tratamiento de coagulación con la harina de las semillas de Moringa oleífera fue realizado con la prueba de Jarras, en un equipo con un agitador múltiple de velocidad variable, marca Phipps y Birds Inc, modelo Nº 300, que creó una turbu- lencia simultánea en 6 vasos de precipitado de 1L, en el cual se encontraban 500 mL del efluente proveniente del lavado de vehículos. Se fijaron las condiciones de agitación para todos los tratamientos (Tabla 2) se midieron los parámetros turbi- dez, color y pH al final de cada ensayo como parámetros control.
Tiempo de Agitación | Revolución por minuto |
1 (un) minuto | Agitación rápida a 100 rpm |
15 (quince) minutos | Agitación lenta a 40 rpm |
30 (treinta) minutos | Sin agitación |
La Tabla 3 muestra los valores medios y la desviación estándar de los paráme- tros fisicoquímicos medidos en la caracterización del efluente proveniente del la- vado de vehículos. De igual manera, se indican los valores máximos permisibles por la norma venezolana para la descarga a cuerpos de agua (Gaceta Oficial 1995).
Parámetro | Unidad de expresión | Valor (media ± DE) | Límites máximos esta- blecidos por la norma venezolana de descarga a cuerpos de agua |
Aceites y grasas vegetales | mg/L | 17,5± 1,9 | 20 |
Alcalinidad total | mg CaCO3/L | 297,0 ± 32,5 | --- |
Cloruros | mg/L | 28,0± 2,8 | 1000 |
Color aparente | UC Pt-Co | 600± 15 | --- |
Color real | UC Pt-Co | 69± 15 | 500 |
Turbidez | NTU | 142,0 ± 2,5 | --- |
DBO5-20 | mg/L | 69,0 ± 0,6 | 60 |
DQOT | mg/L | 197,0± 2,5 | 350 |
Fósforo total | mg/L | 0,67± 1,30 | 10 |
Nitrógeno total Kjeldahl | mg/L | 0,56 ± 0,20 | 40 |
pH | --- | 7,15 ± 0,11 | 6-9 |
Sólidos flotantes | mg/L | Ausentes | Ausentes |
Sólidos sedimentables | mg/L | 0,1± 0.6 | 1,0 |
Sólidos totales | mg/L | 630,1 ± 1,9 | --- |
Sulfatos | mg/L | 53,7 ± 2,4 | 1000 |
DE = desviación estándar. N = 3. N = número de mediciones realizadas.
El efluente proveniente del lavado de vehículos se caracterizó por presentar un pH promedio de 7,15 unidades, valor que se encuentra dentro del rango establecido en la normativa venezolana para descarga a cuerpos de agua (Gaceta Oficial 1 995).
En relación a la medición de color aparente y turbidez, el efluente presentó valores promedios de 600 UC Pt-Co y 142 UNT, respectivamente; se observó que el valor de color real fue menor al límite establecido en la normativa venezolana para descargas en cuerpos de agua (Gaceta oficial 1995). El valor de color aparente obtenido fue superior al reportado por Silva (2012), quien obtuvo un valor inicial de 300 UC Pt-Co. Se infiere que la diferencia puede atribuirse a las características del sistema de lavado, el detergente empleando y al tipo de unidades lavadas.
El valor promedio de aceites y grasas fue 17,5 mg/L en el efluente caracteriza- do, valor que se encuentra dentro del rango en la normativa venezolana (Gaceta oficial 1995). La presencia de aceites y grasas puede deberse al tipo de lavado efec- tuado, es decir, solo carrocería, o inclusión de chasis y lavado interno. La concen- tración de sólidos totales fue de 630,1 mg/L, valores promedios similares fueron obtenidos por Silva (2012) y (Radin et al. 2014), quienes reportaron 628,0 y 650,0 mg/L, respectivamente.
La concentración promedio de materia orgánica medida como DQOT fue de 169 mg/L, incluida dentro del rango establecido en la normativa venezolana para des- carga en cuerpos de agua (Gaceta Oficial 1995). El valor de DQOT fue menor a los reportados por (Terán et al. 2013) y Silva (2012), quienes obtuvieron 254,6 y 266,4 mg/L, respectivamente. La diferencia podría atribuirse al contenido de aceites y grasas y al material orgánico arrastrado durante el proceso de lavado. En relación a la medición de DBO5,20, el efluente presentó un valor promedio de 69 mg/L, supe- rior al límite establecido en la normativa venezolana para descargas en cuerpos de agua (Gaceta oficial 1995).
La relación DBO5,20/DQOT fue de 0,35, la cual indica que el efluente proveniente del lavado de vehículos es poco biodegradable, en relación a lo anterior (Inescop 2008) indica la no utilización de sistemas biológicos sino de procesos fisicoquími- cos para su tratamiento, tales como la coagulación, floculación y filtración.
La mayoría de los parámetros medidos, se encontraron dentro de los límites establecidos por la normativa venezolana contemplada en el Decreto 883, excep- tuando la concentración de DBO5,20. Debido a lo antes discutido, se requirió aplicar un tratamiento fisicoquímico de coagulación y floculación para el tratamiento y la
adecuación del efluente con fines de reutilización.
M. oleifera como coagulante empleado en el tratamiento de aguas proveniente del lavado de vehículos
La Figura 1 muestra el desempeño del coagulante natural en la remoción de turbidez y color. No se observó variación de color cuando se utilizaron dosis in- feriores de 150 mg/L, mientras que cuando se utilizaron en un rango de 175 a 300 mg/L, se obtuvo una disminución de 200 a 100 UC Pt-Co, lo que representó un 50% de remoción. La máxima remoción de color (92,5%) se observó cuando se utilizó una dosis de 900 mg/L del coagulante de M. oleifera, obteniendo un valor de color residual de 15 UC Pt-Co.
Los menores valores de color y turbidez residual se obtuvieron cuando se uti- lizaron elevadas dosis del coagulante natural, mayores a 800 mg/L. Al respecto, Asrafuzzamanet et al. (2011), tratando aguas de alta turbidez (350 UNT), concluye- ron que un mejor desempeño de la semilla de M. oleífera en la remoción de color y turbidez se obtiene cuando se utilizan elevadas dosis, mayores a 800 mg/L. La efectividad del coagulante obtenido de semilla de Moringa oleífera a altas dosis podría deberse a su mecanismo de coagulación, el cual implica la adsorción y neu- tralización de cargas y cuyos agentes activos responsables del proceso son las pro- teínas catiónicasdiméricas (Guzmán et al. 2013).
Figura 1. Variación del color y la turbidez residual a diferentes dosis del coagulante obtenido de las semillas de Moringa oleifera.
La figura 1 muestra que para dosis superiores a 900 mg/L, el aumento en la do- sis del coagulante provocó un leve incremento de los valores de turbidez y color residual, esto puede ser explicado por el hecho de que la sobredosificación del coagulante puede conducir de nuevo a la desestabilización (Fuentes et al. 2011). El excedente de coagulante natural conduce a la dispersión de las partículas coloida- les proporcionando color al agua (González et al. 2006).
La Figura 2 muestra el pH luego del proceso de coagulación-floculación para cada una de las dosis aplicadas de M. oleifera. Se observó que el pH disminuyó ligeramente de 7,15 unidades en un rango que osciló entre 6,80 y 6,32 unidades para un dosis entre 100-800 mg/L. Los valores reportados luego del tratamiento fisicoquímico, coinciden con los obtenidos por Radin et al. (2014), quienes obser- varon que la semilla de M. oleífera tiene un buen desempeño, independientemente del pH del agua, debido a que éste se mantiene constante con la aplicación del coa- gulante entre valores de 6,7 y 7,2 unidades. El desempeño del coagulante obtenido a partir de las semillas de M. oleifera en este rango de pH es una ventaja para los países en desarrollo, donde a menudo no es posible controlar en forma efectiva el pH previo a la coagulación (González et al. 2006).
preparado con las semillas de M. Moringa.
A 900 mg/L del coagulante preparado con las semillas de M. oleifera se obtuvo un pH final de 6,82 unidades, cumpliendo con los estándares de calidad para el agua según la norma venezolana vigente para descarga en cuerpos de agua (Ga- ceta oficial 1995).
La dosis óptima es el menor valor de turbidez que se obtiene con la menor do- sis de coagulante, Debido a lo antes expuesto se seleccionó la dosis de 900 mg/L como dosis óptima para una turbidez (3,70 UNT)obteniendo también los siguien- tes valores de pH (6,82 unidades) y color (15 UC Pt-Co) a la salida del tratamiento de coagulación floculación. Se analizaron además los parámetros DQOT y sólidos
totales, obteniendo valores medios de 18,89 mg/L, 86,33 mg/L respectivamente,
los porcentajes de remoción se muestran en la Tabla 4.
tratado con M. oleifera.
Tratamiento
Dosis ópti-
ma (mg/L)
Porcentajes de Remoción (%)
Color Turbidez DQOT Sólidos Totales
Moringa oleifera
900 92,5± 0,00 94,62± 0,08 90,41 ± 3,20 86,77± 0,92
Nota: media con diferentes letras en una misma columna representan diferencias significativas para un nivel de significancia de 5% (p ≤ 0,05)
La Tabla 5 muestra la comparación entre el agua que se utiliza para el lavado de vehículos, y el agua la salida del tratamiento de coagulación utilizando M. oleifera, mediante la cual se logró un efluente de calidad que podría ser reutilizado con diversas finalidades.
Tabla 5. Comparación entre el agua utilizada para el lavado de vehículos y el efluen- te tratado con el coagulante obtenido de M. oleifera.
Parámetro/Unidad | Agua natural | Agua tratada |
pH | 7,4 ± 0,5 | 6,43 ± 0,07 |
Alcalinidad total | 110 ± 0,5 | 283,3 ± 160,7 |
DQO (mg/L) | 22,5 ± 4,5 | 18,89 ±6,29 |
Turbidez (NTU) | 3,5 ± 0,1 | 3,7±0,1 |
Color aparente (UC) | 20 ± 0,9 | 15,0± 0,0 |
Sólidos totales (mg/l) | 280 ± 1,2 | 83,3 ± 5,8 |
La concentración promedio de materia orgánica, a la salida del tratamiento con el coagulante preparado de las semillas de M. oleifera, es de 18,9 mg/L, valor me- nor a la DQO inicial del agua. El color y la turbidez del agua utilizada para el lavado de vehículos se encontró en 20 UC y 3,5 UNT, respectivamente, antes de su utiliza- ción; al comparar los valores iniciales con la salida del tratamiento empleando M. oleífera como coagulante, se observó para los parámetros mencionados, que se alcanzaron valores inferiores a los presentados por el agua utilizada para el lavado de vehículos, lo que indica que el tratamiento con M. oleifera representa una alter- nativa eficaz para el tratamiento de aguas provenientes del lavado de vehículos con fines de reutilización.
Al comparar la salida del tratamiento realizado con el coagulante obtenido de semillas M. oleifera, se observó que el efluente tratado cumple con normas in- ternacionales tales como el Real Decreto 1620/2.007 (Real Decreto 2007), el cual establece que el valor máximo permisible de turbidez para la reutilización de un efluente en el lavado industrial de vehículos es 10 UNT. por otro lado la Agencia de protección ambiental de EEUU (EPA 1999) establece que el valor de turbidez para la reutilización de agua en el proceso de lavado de coches debe ser menor a 2 UNT, por lo tanto el efluente tratado no califica dentro de los valores establecidos por la EPA; sin embargo como se observó, luego del tratamiento con el coagulante de M. oleífera el efluente presentó valores de turbidez por debajo de los reportados en el agua antes de su utilización, por lo que se puede concluir que la normativa de re- utilización de la EPA, posee rangos muy estrictos, difíciles de cumplir y no acordes a la realidad del proceso de lavado de vehículos estudiado.
La norma venezolana, en su decreto 883 (Gaceta Oficial 1995) no establece limi- taciones con respecto a la turbidez para aguas del subtipo estudiado; sin embargo, si se compara con los valores que establece para descargas a cuerpos de aguas, el resto de los parámetros evaluados cumplen con los límites establecidos.
Los parámetros fisicoquímicos del efluente provenientes del lavado de vehícu- los cumplen con los límites permisibles establecidos en norma COVENIN. Excep- tuando la concentración de materia orgánica biodegradable medida como DBO5, 20.
El coagulante obtenido a partir de la semilla de Moringa oleifera resultó ser una buena opción para el tratamiento fisicoquímico de las aguas provenientes del la- vado de vehículos.
Los porcentajes de remoción de color, turbidez, DQOT y sólidos totales fueron 92,5%, 94,6%, 91,41% y 86,77% respectivamente, y un pH de 6,82 unidades con una dosis óptima de 900 mg/L.
Es posible reutilizar el agua proveniente del lavado de autos utilizando semillas de Moringa oleífera.
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Vol.51 Nº 1___________
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