Uso de mucílago de uncaria tomentosa y opuntia robusta como biocoagulantes en la clarificación de aguas residuales

Abstract

RESUMEN: Actualmente el sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) es el coagulante mayormente utilizado para la clarificación de aguas residuales, el cual está directamente relacionado con impactos negativos a la salud humana y al ambiente. Con el objetivo de buscar alternativas al uso de este agente químico, en esta Tesis se evaluó la eficiencia de remoción de turbidez y DQO en muestras de agua residual doméstica de dos biocoagulantes elaborados de forma independiente a partir del mucílago extraído de Uncaria tomentosa y Opuntia robusta, con respecto al Al2(SO4)3. Se desarrolló un diseño experimental mediante el software Design Expert 7.0 Trial, seleccionando el modelo de mezclas, cuyo factor numérico se asoció a la fracción y concentración del coagulante a utilizar (Uncaria tomentosa, Opuntia robusta y/o Al2(SO4)3), en contrastes de 200 a 800 mg/L, definiendo como variable de respuesta el porcentaje de remoción de turbidez y de DQO. Esto permitió definir 30 ensayos, correspondientes a la cantidad de pruebas de jarras realizadas. Durante las pruebas experimentales, las características fisicoquímicas del agua residual (pH, temperatura, conductividad, SST, turbidez y DQO) fueron evaluadas antes y después de los ensayos de jarras. Tal diseño permitió conocer las dosis óptimas de cada coagulante mediante dos modelos significativos lineales, uno para turbidez y otro para DQO, ambos con un nivel de significancia p-value<0.05. Al emplear una dosis de 10 mg/L de 0.9 Opuntia robusta y 0.1 de Al2(SO4)3 se obtuvo una remoción de 89.66% de DQO; 50 mg/L en la misma proporción removió 61.02% de turbidez. Una mezcla de los tres coagulantes disminuyó la DBO en un 79.08% a una dosis de 10 mg/L; mientras que en la turbidez la dosis requerida fue de 50 mg/L para disminuir el 51.27%. La dosis óptima de Opuntia robusta para la disminución de DQO y turbidez fue de 10 mg/L y 50 mg/L, alcanzando reducciones de 89.66% y 67.11%, respectivamente. En cuanto al Al2(SO4)3, las dosis óptimas fueron 65.01 mg/L para DQO y 14.71 mg/L para turbidez, obteniéndose remociones de 80.16% y 83.09%, respectivamente. No se logró determinar la dosis óptima de Uncaria tomentosa a las condiciones fisicoquímicas bajo las cuales se trabajó. Los resultados obtenidos sugieren la posibilidad de implementar sistemas duales y triales en la clarificación de aguas residuales domésticas, además de indicar que el biocoagulante obtenido a partir de Opuntia robusta presentó mayores niveles de remoción de DQO y turbidez que el de Uncaria tomentosa. Los biocoagulantes presentan mayor eficiencia al remover materia orgánica, a diferencia del Al2(SO4)3 que presenta mayores niveles de remoción en la turbidez de aguas residuales domésticas. ABSRTACT: Aluminum sulfate is currently the coagulant most used for wastewater clarification, directly related to negative impacts on human health and the environment. To look for alternatives to the use of this chemical agent, this thesis evaluated the efficiency of removing turbidity and COD in domestic wastewater samples from two biocoagulants made independently from the mucilage extracted from Opuntia robusta and Uncaria tomentosa, concerning aluminum sulfate. An experimental design was developed using the Design Expert 7.0 Trial software, selecting the mixing model, whose numerical factor was associated with the fraction and concentration of the coagulant to be used (Opuntia robusta, Uncaria tomentosa and/or aluminum sulfate) in contrast to 200 to 800 mg/L, defining as a response variable the percentage of turbidity and COD removal. This design allowed defining 30 tests, corresponding to the number of tests of jars carried out. During experimental tests, the physicochemical characteristics of wastewater (pH, temperature, conductivity, SST, turbidity, and COD) were evaluated before and after the jar tests. This design allowed knowing the optimal doses of each coagulant using two significant linear models, one for turbidity and one for COD, with a p-value<0.05. Using a dose of 10 mg/L of 0.9 Opuntia robusta and 0.1 of aluminum sulfate, 89.66% of COD was removed. 50 mg/L in the same proportion removed 61.02% turbidity. A mixture of the three coagulants decreased COD by 79.08% at a dose of 10 mg/L, while in turbidity, the required dose was 50 mg/L to decrease 51.27%. The optimal dose of Opuntia robusta for COD and turbidity reduction was 10 mg/L and 50 mg/L, achieving reductions of 89.66% and 67.11%, respectively. As for aluminum sulfate, the optimal doses reported were 65.01 mg/L for COD and 14.71 mg/L for turbidity, obtaining removals of 80.16% and 83.09%, respectively. It was not possible to determine the optimal dose of Uncaria tomentosa to the physicochemical conditions of work. The results suggest implementing dual systems and trials to clarify domestic wastewater. In addition, the biocoagulant obtained from Opuntia robusta presented higher COD and turbidity removal levels than Uncaria tomentosa. Biocoagulants have greater efficiency when removing organic matter, unlike aluminum sulfate, which has higher removal levels in the turbidity of domestic wastewater.