EFECTIVIDAD DEL QUITOSANO COMO COAGULANTE EN EL...

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA

DIVISIÓN DE ESTUDIOS PARA GRADUADOS PROGRAMA DE POSTGRADO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS

EFECTIVIDAD DEL QUITOSANO COMO COAGULANTE EN EL TRATAMIENTO DE SALMUERA PARA USO COMESTIBLE

Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia

para optar al grado académico en

MAGÍSTER SCIENTIARUM EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS

Autora: Yesenia Coromoto Peña Finol Tutor: Edixon Gutiérrez

Maracaibo, abril de 2015

4 Peña Finol, Yesenia Coromoto. Efectividad del quitosano como coagulante en el tratamiento de salmuera para uso comestible (2015). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Estudios para Graduados. Maracaibo, Venezuela, 119 p. Tutor: Dr. Edixon Gutiérrez.

RESUMEN

Se evaluó la efectividad del quitosano como coagulante en el tratamiento de salmuera destinada a la obtención de sal para consumo humano, mediante la caracterización fisicoquímica de los parámetros: cloruro de sodio, calcio, dureza total, sulfatos, pH, carbonatos, turbidez y color en salmuera. Seguidamente, se determinaron las condiciones operacionales dosis de quitosano, pH y temperatura, en el tratamiento de salmuera para la remoción de turbidez, color, dureza total, carbonatos y sulfatos que garanticen una alta calidad y pureza en el producto final (sal comestible). Esto se llevó a cabo en un equipo de Test de Jarra a escala laboratorio. Se trabajó con quitosano comercial (Biofloc BPQ-12) a concentraciones de 0, 16 y 22 mg/L, variaciones de pH 5,5, 7,3, 9,5 y temperatura de 27, 38 y 42ºC. Para el polímero sintético poliacrilamida, se establecieron las condiciones operacionales existentes en el tratamiento de salmuera, a un pH de 10,5 y dosis de poliacrilamida de 0 ppm, 2 ppm y 4 ppm. Los mayores porcentajes de remoción de color y turbidez se encontraron en 98,72% y 98,82% respectivamente a pH 9,5, temperatura de 38ºC y una dosis de 22 mg/L de quitosano. Para el parámetro dureza total, a pesar de obtenerse un porcentaje de remoción de 83,06%, su valor promedio se encontró por encima del valor referencia en el tratamiento de salmuera (<1000 mg/L CaCO3), igualmente los carbonatos estuvieron por encima de este criterio. En la remoción de sulfatos el quitosano no constituyó un coagulante efectivo, encontrándose el mayor porcentaje en 25,35 %, en muestra de salmuera tratada con 22 mg/L de quitosano a 42ºC y pH 9,5. La poliacrilamida demostró una mayor reducción en los parámetros de turbidez, color, sulfatos, carbonatos y dureza en la salmuera tratada en comparación con las muestras tratadas con quitosano comercial. Palabras claves: Coagulante, turbidez, quitosano, salmuera, poliacrilamida

Email del autor: [email protected]

5 Peña Finol, Yesenia Coromoto. Effectiveness of chitosan as a coagulant for the treatment of brine for food use (2015). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Estudios para Graduados. Maracaibo, Venezuela, 119 p. Tutor: Dr. Edixon Gutiérrez.

ABSTRACT

The effectiveness of chitosan as a coagulant in the treatment of brine intended of salt for human consumption through physicochemical characterization parameters; sodium chloride, calcium, total hardness, sulfates, pH, carbonates, turbidity and color, according to the established procedures in Venezuelan standard Covenin 179: 1995 and standard method of analysis water (2000). Next, in determinated the operational conditions (chitosan dosage, pH and temperature), in brine treatment for the removal of turbidity, color, total hardness, carbonates and sulfates hat guarantee high quality and purity in the final product (comestible salt). This it was made in a jar test equipment at lab scale. Worked with commercial chitosan (Biofloc BPQ-12) at concentrations of 0 mg/L, 16 mg/L and 22 mg/ L, pH 5.5 variations, 7.3, 9.5 and temperature of 27°C, 38°C and 42ºC. The highest percentages of color and turbidity removal were found 98.82% and 98.72% respectively at pH 9.5, temperature 38°C and a dosage of 22 mg/L of chitosan. For total hardness the parameter, despite removal percentage of 83.06%, found their average value over the reference value in the treatment of brine (<1000 mg/L CaCO3), also carbonates were found above this criterion. In the chitosan was not an effective coagulant, being the greatest percentage in 25.35% in brine sample treated with 22 mg/ L of chitosan and pH 9.5 at 42°C. Polyacrylamide proved a greater reduction in parameters turbidity, color, sulfates, carbonates and the treated brine hardness compared with samples commercial chitosan.

Keywords: coagulation, flocculation, chitosan, brine, polyacrylamide

Email del autor: [email protected]

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DEDICATORIA

A Dios, por darme la sabiduría y paciencia necesaria que me han permitido lograr esta

meta.

A mi madre, por su apoyo incondicional a lo largo de toda mi vida, que han hecho de mí una

persona perseverante ante todos los obstáculos.

A todos mis amigos que siempre confiaron y creyeron en mí.

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AGRADECIMIENTOS

A la Universidad del Zulia.

A mi familia y amigos, por hacerme feliz todos los días de mi vida, por su gran paciencia, y por

mostrarme que luego de la tormenta siempre viene la calma ¡Muchas gracias a todos!

A mi tutor Edixon Gutiérrez, por apoyarme y asesorarme en este proyecto.

Al Centro de Investigaciones del agua (CIA), por permitirme utilizar el equipo clave de esta

investigación.

A la empresa INDUSALCA, por proporcionarme todos los recursos para el logro de esta

investigación.

A la empresa INNOVAQUITO, por proporcionarme las muestras del quitosano comercial.

8

TABLA DE CONTENIDO

Página

RESUMEN………………………………………………………………………………. 4

ABSTRACT……………………………………………………………………………… 5

DEDICATORIA………………………………………………………………………….. 6

AGRADECIMIENTOS………………………………………………………………….. 7

TABLA DE CONTENIDO………………………………………………………………. 8

LISTA DE TABLAS……………………………………………………………………... 12

LISTA DE FIGURAS……………………………………………………………………. 15

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………….. 17

CAPÍTULO I……………………………………………………………………………... 20

MARCO TEÓRICO……………………………………………………………………... 20

2.1 Características y propiedades químicas del cloruro de sodio……………... 23

2.1.1 Usos de sal en la industria alimenticia………………………………… 24

2.1.1.1 Uso de sal como agente preservante…………………………. 24

2.1.1.2 Uso de sal como intensificador del sabor…………………….. 25

2.1.1.3 Función tecnológica de la sal en los alimentos……………… 26

2.2 Descripción del proceso de obtención de sal recristalizada al vacio……… 28

2.2.1 Recepción y almacenamiento de materia prima……………………… 28

2.2.2 Preparación de salmuera……………………………………………….. 29

2.2.3 Zona de evaporación……………………………………………………. 29

2.2.4 Zona de secado………………………………………………………….. 31

2.2.5 Ensilado y ensacado……………………………………………………. 31

2.3 Descripción de tratamiento primario: Coagulación – Floculación………… 31

2.3.1 Mecanismos de coagulación…………………………………………… 33

2.3.2 Factores que influyen en el proceso de coagulación………………... 36

2.3.2.1 Tipo de coagulante……………………………………………… 36

2.3.2.2 Contenido de material suspendido……………………………. 37

2.3.2.3 pH………………………………………………………………… 37

2.3.2.4 Salinidad…………………………………………………………. 38

9 2.3.2.5 Temperatura……………………………………………………… 38

2.3.2.6 Tiempo de mezcla y floculación………………………………... 39

2.3.2.7 Fuerza de agitación……………………………………………… 39

2.3.2.8 Color………………………………………………………………. 39

2.3.2.9 Presencia de núcleo……………………………………………... 39

2.3.2.10 Presencia de iones……………………………………………... 40

2.3.2.10.1 Presencia de cationes…………………………….. 40

2.3.2.10.2 Presencia de aniones……………………………… 40

2.4 Tipos de coagulantes existentes………………………………………….. 40

2.5 Quitosano…………………………………………………………………… 41

CAPÍTULO II …………………………………………………………………………….. 46

MARCO METODÓLOGICO…………………………………………………………… 46

3. Procedimiento experimental……………………………………………………. 46

3.1 Preparación de muestras de coagulantes……………………………….. 46

3.2 Preparación de salmuera…………………………………………………... 46

3.3 Determinación de los parámetros fisicoquímicos de muestra de salmuera concentrada……………………………………………………. 47

3.3.1 Determinación del contenido de cloruro de sodio………………... 47

3.3.2 Determinación del contenido de calcio……………………………. 48

3.3.3 Determinación del contenido de dureza total……………………..

3.3.4 Determinación del contenido de carbonatos………………………

49

49

3.3.5 Determinación de pH……………………………………………….. 50

3.3.6 Determinación de turbidez…………………………………………. 50

3.3.7 Determinación de material insoluble………………………………. 51

3.3.8 Determinación de color……………………………………………… 51

3.3.9 Determinación de contenido de sulfatos………………………….. 51

3.4 Proceso de coagulación y floculación en tratamiento de salmuera utilizando como coagulante quitosano comercial…………………………. 51

3.4.1 Condiciones para el desarrollo de la prueba de jarras………….. 52

3.4.2 Velocidad y tiempo de mezcla rápida……………………………... 52

3.4.3 pH……………………………………………………………………… 52

3.4.4 Temperatura………………………………………………………….. 53

10 3.4.5 Velocidad y tiempo de mezcla lenta………………………………... 53

3.4.6 Dosificación de quitosano…………………………………………… 53

3.4.7 Procedimiento para el proceso de coagulación/ floculación con quitosano como coagulante………………………………………………… 54

3.4.8 Procedimiento del proceso de coagulación- floculación utilizando poliacrilamida aniónica………………………………………………………. 55

3.5 Procesamiento estadístico de los datos obtenidos………………………... 57

CAPÍTULO IV………………………………………………………………………….... 57

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS………………………………………. 57

4.1 Características fisicoquímicas en salmuera destinada a la obtención de sal para consumo humano……………………………………………………. 57

4.2 Análisis de los parámetros en el tratamiento de salmuera utilizando como coagulante quitosano comercial……………………………………… 59

4.2.1 Evaluación en remoción del parámetro turbidez utilizando como coagulante quitosano comercial…………………………………………. 59

4.2.1.1 Evaluación en remoción de turbidez a condiciones de temperaturas en medio ácido (pH 5,10)......................................... 59

4.2.1.2 Evaluación en remoción de turbidez a condiciones de temperaturas de 27ºC, 38ºC y 42ºC y pH 7,30……………………... 59

4.2.1.3 Evaluación en remoción de turbidez a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) en medio alcalino (pH 9,5)…….. 64

4.2.1.4 Significancia estadística para el parámetro de turbidez a las distintas condiciones evaluadas……………………………………... 66

4.2.2 Evaluación en la remoción del parámetro color utilizando como coagulante quitosano comercial…………………………………………... 70

4.2.2.1 Evaluación en la remoción de color a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) en medio ácido (pH 5,10)……… 70

4.2.2.2 Evaluación en remoción de color a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,30………………………… 72

4.2.2.3 Evaluación en remoción de color a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) en medio alcalino (pH 9,5)……... 74

4.2.2.4 Significancia estadística para el parámetro Color……………….. 76

4.2.3. Evaluación en la remoción del parámetro dureza total utilizando como coagulante quitosano comercial…………………………………… 79

11

4.2.3.1 Evaluación en remoción de dureza total a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) en medio ácido (pH 5,10)…….. 79

4.2.3.2 Evaluación en remoción de dureza total a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,30………………………. 81

4.2.3.3 Evaluación en remoción de dureza total a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) en medio alcalino (pH 9,50)…. 82

4.2.3.4 Significancia estadística para el parámetro dureza total para las condiciones evaluadas……………………………………………… 84

4.2.4 Evaluación en la remoción del parámetro carbonatos y sulfatos utilizando como coagulante quitosano comercial……………………….. 86

4.2.4.1 Evaluación en remoción de carbonatos y sulfatos a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) en medio acido (pH 5,10)……………………………………………………………………

86

4.2.4.2 Evaluación en remoción de carbonatos y sulfatos a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,30………… 89

4.2.4.3 Evaluación en remoción de carbonatos y sulfatos a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC y 42ºC) en medio alcalino (pH 9,5)………………………………………………………….

92

4.2.4.4 Significancia estadística para el parámetro carbonatos para cada una de las condiciones evaluadas………………………………. 94

4.2.4.5 Significancia estadística para el parámetro sulfatos para cada una de las condiciones evaluadas……………………………………...

98

5 Efectividad del polímero sintético poliacrilamida en el tratamiento de salmuera…………………………………………………………………………. 101

5.1 Comparación estadística de los resultados obtenidos del mejor tratamiento de quitosano con poliacrilamida…………………………………… 103

CONCLUSIONES……………………………………………………………………….. 105

RECOMENDACIONES…………………………………………………………………. 107

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………………………………………………… 108

ANEXOS………………………………………………………………………………….. 115

12

LISTA DE TABLAS

Tabla Página

1 Funciones de la sal en la industria alimenticia…………………………………... 27

2 Características fisicoquímicas en muestra de salmuera……………………….. 58

3 Resultados turbidez residual en tratamiento de salmuera con quitosano

como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 5,10………………

60

4 Resultados de turbidez residual en tratamiento de salmuera con quitosano

como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,30………………

62

5 Resultados remoción de turbidez residual en tratamiento de salmuera con

quitosano como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 9,5…… 64

6 Significancia de los efectos simples del pH, temperatura y dosis de

quitosano calculadas con la prueba de Kruskall-Wallis para el parámetro

turbidez……………………………………………………………………………….

67


quitosano sobre la turbidez calculadas mediante la prueba de Kruskall-

Wallis…………………………………………………………………………………

67

8 Resultados de color residual promedio en tratamiento de salmuera con


9 Resultados de color residual en tratamiento de salmuera con quitosano

como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,30……………… 73

10 Resultados de color residual en tratamiento de salmuera con quitosano

como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 9,50……………… 74



turbidez………………………………………………………………………………

76

12 Significancia de los efectos simples del pH (A), temperatura (B) y dosis de

Quitosano (C) sobre el color calculadas mediante la prueba de Kruskall-

Wallis………………………………………………………………………………

77

13

13 Resultados variación de dureza total en tratamiento de salmuera con



quitosano como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,30….. 81





dureza total…………………………………………………………………………..

84


Quitosano (C) sobre la dureza calculadas mediante la prueba de Kruskall-

Wallis………………………………………………………………………………….

84

18 Resultados variación de carbonatos en tratamiento de salmuera con


19 Resultados variación de sulfatos en tratamiento de salmuera con quitosano

como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 5,1………………..

88


quitosano como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,3……

90


como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,3………………..

91




como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 9,5……………….. 93



carbonatos……………………………………………………………………………95

14


Quitosano(C) sobre los carbonatos calculadas mediante la prueba de

Kruskall-Wallis……………………………………………………………………….

95



sulfatos………………………………………………………………………………..

98 27 Significancia de los efectos simples del pH (A), temperatura (B) y dosis de

Quitosano (C) sobre los sulfatos calculadas mediante la prueba de Kruskall-

Wallis………………………………………………………………………………….

99 28 Resultados en tratamiento de salmuera con poliacrilamida anionica como

coagulante a temperatura 27ºC y pH 10,5………………………………………. 102

29 Comparación del mejor tratamiento utilizando quitosano comercial con la

poliacrilamida anionica en el tratamiento de salmuera utilizando la prueba t

de Student……………………………………………………………………………

104

15

LISTA DE FIGURAS

Figura Página 1 Formación del compuesto iónico cloruro de sodio…………………………..

24

2 Diagrama de procesos de producción de sal por recristalización al vacio….. 30

3 Fuerzas de repulsión y atracción……………………………………………....

34

4 Reestabilización de partículas coloidales……………………………………..

35

5 Estructura molecular de la quitina……………………………………………….

42

6 Estructura molecular del quitosano………………………………………………

42

7 Extracción y obtención de quitosano……………………………………………

43

8 Equipo de jarra para determinar dosis optima de quitosano…………………. 53

9 Remoción de turbidez a temperaturas 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 5,10……… 60

10 Remoción de turbidez a temperaturas 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 7,30……… 63

11 Remoción de turbidez a temperaturas 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 9,5……….. 65

12 Efectos del pH (A), la temperatura (B) y la dosis de quitosano (C) sobre la

turbidez, mostrando el valor medio (mediana) de cada tratamiento y su

dispersión……………………………………………………………………………

69

13 Exploración gráfica de las posibles interacciones dobles (A, B, C) e

interacción triple de los factores estudiados sobre la turbidez……………….

70

14 Comportamiento remoción de color a temperaturas 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a

pH 5,10………………………………………………………………………………

72

15 Remoción de color a temperaturas 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 7,30…………. 74

16 Remoción de Color a temperaturas 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 9,5………….. 75

17 Efectos del pH (A), la temperatura (B) y la dosis de quitosano (C) sobre el

color, mostrando el valor medio (mediana) de cada tratamiento y su

dispersión (diferencia entre las réplicas de cada tratamiento)………………..

78

16 18 Exploración gráfica de las posibles interacciones dobles (A, B, C) e

interacción triple (D) de los factores estudiados sobre el color……………….

79

19 Comportamiento remoción de dureza total a temperaturas 27ºC, 38 ºC y 42

ºC a pH 5,10………………………………………………………………………...

80

20 Remoción de dureza total a temperatura 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 7,30…… 82

21 Remoción de dureza total a temperatura 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 9,50…… 83

22 Efectos del pH (A), la temperatura (B) y la dosis de quitosano (C) sobre la

dureza, mostrando el valor medio (mediana) de cada tratamiento…………..

85


interacción triple de los factores estudiados sobre la dureza…………………

86

24 Remoción de Carbonatos a temperatura 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 5,10…… 88

25 Remoción de Sulfatos a temperatura 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 5,10……….. 89

26 Remoción de Carbonatos a temperatura 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 7,30…… 90

27 Remoción de Sulfatos a temperatura 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 7,30……….. 91

28 Remoción de Carbonatos a temperatura 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 9,5…….. 93

29 Remoción de Sulfatos a temperatura 27ºC, 38 ºC y 42 ºC a pH 9,5………… 94

30 Efectos del pH (A), la temperatura (B) y la dosis de quitosano (C) sobre los

carbonatos, mostrando el valor medio (mediana) de cada tratamiento y su

dispersión……………………………………………………………………………

96


interacción triple de los factores estudiados sobre los carbonatos…………..

97

32 Efectos del pH (A), la temperatura (B) y la dosis de quitosano (C) sobre los

sulfatos, mostrando el valor medio (mediana) de cada tratamiento y su

dispersión……………………………………………………………………………

100


interacción triple (D) de los factores estudiados sobre sulfato………………..

101

17

INTRODUCCIÓN

La producción de sal común o cloruro de sodio ha desempeñado un papel muy

importante en la historia del hombre, sus aplicaciones y usos son variados; por lo que al

observar el panorama mundial, se aprecia que los Estados Unidos y China, dominan la

producción mundial de sal, en conjunto producen el 40,4% del total anual. El primero de

estos dos países, quién es tradicionalmente el mayor productor mundial de sal, fue

superado en 2012 por China, con 73 millones de toneladas, contra 40 millones de

toneladas de sal producidas en E.E.U.U (Coordinación General de Minería, 2013).

Hoy en día, es producida en más de 100 países y sus necesidades de consumo se

orientan principalmente a la alimentación humana y la industria. Se estima que una

persona promedio, consume más de 6 gramos por día, en forma de sal común o

alimentos preparados, siendo apreciable que en el 2012, la producción a nivel mundial

fue de unos 279,8 millones de toneladas (Coordinación General de Minería, 2013).

Conviene agregar, que en estado puro, la sal es un compuesto formado solamente

por cloruro sódico, de fórmula química NaCl; ahora bien, la sal que se comercializa

contiene diversas impurezas atrapadas en el interior de los cristales salinos, desde

moléculas de agua hasta arcillas, arenas, sulfato de magnesio, entre otros. Lo anterior

hace suponer, que interesa a cualquier país, que este compuesto llegue a destino, con

una excelente calidad, libre de las impurezas; esto evidencia la necesidad de llevar a

cabo procedimientos basados en tratamientos aplicados a la salmuera, de tal manera

que se obtenga una sal de alta calidad y pureza.

Al dar una mirada a Venezuela, se encuentra que la producción anual asciende a

510.000 toneladas de sal bruta, 115.000 toneladas de sal refinada y 57 toneladas de sal

mineralizada; según el Servicio Autónomo de Actividades del Complejo Salinero de

Araya (2006), la mayoría proveniente de las salinas mecanizadas emplazadas en la

Península de Araya del Estado Sucre y el resto de la producción se obtiene de las

18 salinas y refinerías de los Olivitos en Ancón de Iturre del Estado Zulia, las Cumaraguas

en el Estado Falcón y otras pequeñas salinas; refiriendo que las salineras de estos tres

estados, son las de mayor importancia en Venezuela.

Apreciándose la importancia de este compuesto, tanto a nivel económico, dado el

aprovechamiento de su producción, como complemento de la alimentación, destaca

Sauceda (2012), que la sal es el condimento alimenticio por excelencia, comúnmente

empleado para realzar el sabor de los alimentos, en algunos casos sirve como

preservante, aglutinante y aditivos para controlar la fermentación; dar textura,

desarrollar color y como agentes deshidratador alimenticio, ablandador e inhibidor de

enzimas.

Con referencia a su valor nutricional, aporta al organismo sodio, elemento necesario

para su adecuado funcionamiento. Su fuente de suministro se encuentra en el agua de

mar y los salares de la cordillera. El agua de mar contiene en promedio 2,9% de cloruro

de sodio (por peso), lo cual representa un suministro importante. Al evaporar el agua al

sol, precipitan algunas impurezas, sustancialmente como calcio, magnesio, sulfatos y

otros elementos trazas (DeWittie y col, 1987).

Según lo expuesto, se hace necesario destacar que durante el procesamiento de sal

comestible, la presencia de las impurezas mencionadas en la salmuera, influyen en el

contenido de humedad, pureza y calidad del producto final, siendo necesario un

tratamiento previo de la salmuera antes del proceso de cristalización y secado.

Esto implica, la exigencia de un procedimiento para el tratamiento de la salmuera, de

forma tal que el producto final sea el adecuado a los intereses de la salud de quienes la

consumen; de allí, que entre los métodos utilizados para la remoción de estos

elementos en soluciones acuosas, se encuentra la técnica de coagulación/floculación.

Esta operación consiste en someter a agitación muy intensa la solución acuosa con un

componente químico (coagulante), causando la neutralización de las partículas en

suspensión, para su posterior sedimentación; así, las sustancias coagulantes pueden

19 ser inorgánicos (por ejemplo, sales de aluminio y sales de hierro), polímeros sintéticos

(por ejemplo, polietilenamina y derivados de poliacrilamida) y polímeros naturales (por

ejemplo, quitosano).

Sobre el quitosano, indica Hernández (2004) es aquel obtenido de la desacetilación

de la quitina, presente en el exoesqueleto de artrópodos y zooplancton marino. El

quitosano es descrito como un polielectrolito catiónico, efectivo para coagular partículas

suspendidas cargadas negativamente que se encuentra en las aguas naturales turbias

(Lárez, 2003).

Atendiendo a los planteamientos efectuados, el objetivo fundamental de la

investigación es evaluar la efectividad del quitosano como coagulante en el tratamiento

de salmuera destinada a la obtención de sal para consumo humano.

20

CAPÍTULO I

MARCO TEÓRICO En este apartado de la investigación, se presentan algunos estudios realizados

sobre el uso de quitosano como coagulante en varias aplicaciones, los cuales sirvieron

de referencias para la elaboración de este trabajo, además se mencionan ciertos

conceptos referentes al tratamiento de salmuera destinada a la obtención de sal

alimenticia, coagulación y floculación.

En este sentido, Mármol y col. (2011), llevaron a cabo un trabajo denominado

“Quitina y Quitosano polímeros amigables. Una revisión de sus aplicaciones”. Exponen

los autores, que la quitina es un polisacárido muy abundante en la naturaleza,

principalmente en crustáceos, insectos y hongos. Posee una estructura lineal de alto

peso molecular, constituida por unidades de N-acetil-D-glucosamina unidas por enlaces

B-D (1,4). Es altamente insoluble en agua y presenta baja reactividad. La desacetilación

parcial de quitina da lugar al quitosano, con mejores propiedades de reactividad y

solubilidad.

Esta revisión destaca trabajos recientes sobre las aplicaciones de alto valor añadido

de estos materiales en la industria alimenticia, tratamiento de agua y la agricultura. En

su estudio, hacen énfasis en la utilización de quitosano como clarificante de zumo de

jugos, debido a las propiedades coagulante que muestra este biopolímero al ayudar a

separar partículas en suspensión procedentes de bebidas, igualmente, recalcan que el

tratamiento de aguas es una de las áreas de mayor importancia, tanto la quitina como el

quitosano, debido a sus usos como coagulante primario para aguas residuales de alta

turbidez y alta alcalinidad; como floculante para remoción de partículas coloidales

sólidas y aceites, así como la captura de metales pesados y pesticidas en soluciones

acuosas.

21 Por otra parte, Fuentes y col. (2008), comprobaron la eficiencia de quitosano

obtenido de Litopenaeus schmitti como coagulante en el tratamiento de agua crudas

sintéticas para consumo humano, con turbiedades iniciales de 50, 60, 70, 80 y 90 NTU

en una planta de tratamiento del estado Zulia. En su estudio evaluaron los parámetros

turbidez, color, pH, alcalinidad antes y después de la filtración de las muestras tratadas

con quitosano (6, 12, 18, 24 y 30 ppm) y con sales de aluminio a las mismas

concentraciones. Las dosis óptimas de quitosano (6 ó 12 ppm) fueron mucho más bajas

que las de la sal de aluminio (30 ppm). Al aplicar el quitosano se obtuvieron valores de

turbidez, alcalinidad y color aceptables, oscilando los porcentajes de remoción de

turbidez entre 98,22 y 99,63%; sus resultados indicaron que el quitosano constituye una

alternativa como coagulante en la potabilización del agua.

Resultados similares, obtuvo Arancibia (2011), al evaluar la eficacia del quitosano

como agente coagulante y floculante en el tratamiento de aguas crudas para consumo

humano con dos tipos de quitosano, uno obtenido a partir de quitina (GD: 80%, Mv:

2410 Kda.) y otro por desacetilación directa de caparazones de camarón (GD: 84%, Mv:

700 Kda.). Dentro de su metodología evaluaron dos concentraciones de polímero (1 y

2% p/v en HCl 0.1M) a tres pH diferentes pH 3, pH 4 y pH 5. Sus resultados

demostraron que la capacidad del biopolímero fue mayor cuanto mayor el grado de

desacetilación y menor el peso molecular.

El rendimiento del proceso de coagulación/floculación fue determinado a partir de

los valores de turbiedad del sobrenadante (NTU) al aplicar diferentes dosis de

quitosano, siendo óptimo a concentraciones de 3-8 mg/L, a pH 3, lograron un 25% de

reducción de la turbiedad, a pH 4 un 48% de reducción y a pH 5 un 60%. Concluyendo

que el quitosano obtenido por el método indirecto como por el método directo, son

apropiados para ser utilizados como agentes coagulantes/ floculantes en el tratamiento

de aguas y que la efectividad del quitosano está altamente influenciada por el pH de la

disolución y la concentración del polímero.

22 En este orden de idea, Divakaran y pillai (2002), evaluaron la eficiencia de quitosano

como coagulante en muestras de aguas obtenidas del rio Periyar, India, con altos

contenidos de sedimentos. En su estudio, evaluaron la coagulación dentro de un rango

de pH de 4-9 y concentraciones de quitosano de 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5 y 2,0 mg/L.

Lograron determinar que la eficacia del quitosano en la floculación dependía del pH del

medio y de su concentración. Concluyendo que era más eficaz en el rango de pH de 7,0

a 7,5, disminuyendo rápidamente a pH más alto. Una concentración de 0,5 mg/L de

quitosano redujo efectivamente la turbidez por debajo de 5 NTU sin filtración. Los

flóculos producidos fueron consistentes y formados rápidamente. El tiempo total

requerido para la floculación y la sedimentación fue de menos de 1 hora.

Ahmad y col. (2006) evaluaron la coagulación de sólidos en suspensión en efluentes

de aguas aceitosas de la extracción de aceite palma de orujo por quitosano, sulfato de

aluminio y policloruro de aluminio (PAC). La muestra contenía cerca de 10000 mg/L de

sólidos en suspensión y 2000 mg/L de aceite de orujo. El rendimiento del quitosano se

comparó con el alumbre y el PAC. Los resultados obtenidos demostraron que el

quitosano fue comparativamente más económico y eficiente que alumbre y el PAC. Al

definir las mejores condiciones experimentales (dosis: 0,5 g/L, 15 minutos de mezcla a

100 rpm, tiempo de sedimentación: 20 min y pH 4) encontraron para el quitosano más

del 95% de eliminación de sólidos suspendidos. Para el alumbre y el PAC las dosis

óptimas fueron de 8,0 y 6,0 g/L, respectivamente, a 30 minutos de tiempo de mezcla a

100 rpm, 50 y 60 minutos de sedimentación, respectivamente, y el pH de 4,5 para

obtener el mismo porcentaje de remoción encontrada por quitosano.

Por otra parte, Zemmouri y col. (2012), evaluaron las propiedades coagulantes del

sulfato de aluminio y quitosano comercial en muestras de agua cruda del rio Keddara,

Argeria, aplicando un test de coagulación/floculación. El quitosano se añadió a unas

dosis de 0,1; 0,2; 0,3 hasta 10 mg/L, respectivamente. Se llevaron a cabo otras pruebas

con sulfato de aluminio a 10, 20, 30, 40, 40, 50, y 60 mg/L. Los resultados mostraron

que el quitosano no fue tan eficiente como el alumbre, en la remoción de impurezas,

cuando lo utilizaron como coagulante primario. Cuando el quitosano se aplicó como

agente auxiliar de coagulación con sulfato de aluminio, se logró la remoción de turbidez

23 más alta (97%) utilizando una concentración de 0,2 mg/L de quitosano. Concluyeron

que la eficiencia del quitosano es altamente dependiente de la turbidez inicial y la dosis

utilizada.

Estas investigaciones sirvieron de bases para establecer las condiciones

operacionales, procedimientos y demás variables en las pruebas de coagulación

floculación, así como referencia a los resultados obtenidos.

A continuación se presentan definiciones que hacen parte del marco conceptual que

representa este capítulo, relacionados principalmente con el tratamiento de salmuera y

el uso de quitosano como coagulante.

2.1 Características y propiedades químicas del cloruro de sodio

El Cloruro de sodio es uno de los compuestos químicos más utilizado en el mundo

entero, es conocido como sal de mesa, y juega un papel muy importante en la

alimentación humana. Gilbert y Heiser. (2005), establecen que su molécula está

compuesta en masa de 40% de sodio y 60% de cloruro. En este mismo orden de idea,

Burriel y col. (2001) citado por Estrada (2007), define al sodio (Na) metálico como un

elemento de color blanco argentino, con visos de color rosa, mientras que para el cloro

(Cl), establece que es un gas diatómico, (Cl2), color amarillo verde, muy irritante para el

sistema respiratorio.

Brown y col. (2004) citados por Estrada (2007), establecen que cuando el sodio

elemental reacciona con cloro elemental, un electrón se transfiere de un átomo neutro

de sodio a uno neutro de cloro, formando un ión Na+ y un ión Cl- y con esto las

partículas con cargas opuestas se atraen, uniéndose para generar el compuesto cloruro

de sodio (NaCl), según lo ilustrado en la Figura 1.

24

Figura 1. Formación del compuesto iónico cloruro de sodio (Fuente: Burriel y col, 2001)

2.1.1 Usos de sal en la industria alimenticia

La sal es altamente utilizada en la industria de alimentos. En el mundo, el consumo

promedio de sal en general supera los 6 g/d; en muchas poblaciones, constituyendo el

promedio en la mayor parte de los países en el rango de 9 a 12 g/d. En las zonas muy

desarrolladas, cerca del 75% de la sal proviene de los alimentos procesados; en las

zonas menos desarrolladas, hasta el 70% de la sal puede provenir de la sal agregada

discrecionalmente durante la cocción de los alimentos o en la mesa (Campbell y col.

2012). Hutton (2002), señala que las principales funciones de la sal en la fabricación de

productos alimenticios y de bebidas, se pueden dividir en tres amplias categorías, estas

son:

• Propiedades sensoriales (intensificador de sabor)

• Preservación de alimentos

• Funciones tecnológicas de procesamiento

2.1.1.1 Uso de sal como agente preservante La mayoría de los alimentos son preservados mediante procesamiento térmico,

congelación, secado, fermentación o refrigeración. Destaca Desrosier (1998), citado por

Estrada (2007), que algunas veces se utilizan también los preservantes químicos,

cuando al producto no pueda dársele un tratamiento térmico adecuado, o como

25 complemento a otro método de preservación para reducir la intensidad del tratamiento,

mejorando la textura y calidad organoléptica u otra propiedad.

De la misma manera, Desrosier (1998) y Hutton (2002), señalan que la sal puede

actuar de varias formas para inhibir el crecimiento microbiano y preservar el alimento, la

más conocida es reduciendo la cantidad de agua disponible a los microorganismos para

los procesos de crecimiento; en este efecto, la naturaleza fisicoquímica de la sal es

importante, porque otros compuestos que pueden aumentar la presión osmótica al

mismo nivel de la sal, no son tan eficaces en la reducción de la actividad de agua.

De acuerdo a lo indicado por Guinee (2004), la sal junto con el pH deseado, la

actividad de agua y el potencial redox, contribuye en la preservación en quesos,

previniendo el crecimiento de microorganismos patógenos, lo cual reduce las pérdidas

de productos. Por otra parte, Dalgaard y Jorgensen (2000) señalan que la sal tiene un

efecto complementario en la conservación de alimentos con tratamiento de atmósfera

modificada, los mismos autores agregan que además de utilizar temperaturas inferiores

a 5ºC, la aplicación de sal en forma de salmuera influye en la duración de camarones,

prolongando ostensiblemente su vida útil por un periodo mayor a 7 meses, en

comparación a los 4 a 5 días de duración de este producto marino.

2.1.1.2 Uso de sal como intensificador del sabor En cuanto al uso de la sal como intensificador del sabor, destaca Fennema (2000)

citado por Estrada (2007), que el cloruro de sodio proporciona la característica del

sabor salado típico a los alimentos, donde el catión sodio Na+ produce un sabor salino,

en cambio los aniones presentes en los alimentos inhiben los sabores salados y

además tienen su propio sabor. Entre los aniones que se encuentran en los alimentos el

ión cloruro Cl- es el menor inhibidor del sabor salino y además no contribuye al sabor.

En este mismo orden de idea, Desrosier (1998), señala que la principal función de la

sal es una intensificación del sabor, pero que la sal no debe dominar el sabor en un

producto alimenticio, sino utilizarse a tal grado que mejore el sabor natural del producto.

26 Según Hutton (2002), citado por Matthews y Strong (2005), señalan que la sal confiere

su propio sabor específico a un producto alimenticio, como también tiene efectos

importantes en realzar y modificar el sabor de otros ingredientes, un ejemplo de esto es

la reducción de la sensación de la amargura. Adicionalmente, señala que éste efecto se

relaciona probablemente en que la sal reduce la actividad de agua, como consecuencia

de esto último la sal tiene la propiedad de aumentar la concentración de otros

compuestos en la solución, realzando su volatilidad y por lo tanto su capacidad

sensorial, sin considerar que se ha encontrado que el efecto de la sal en el sabor es

específico para un mismo tipo de producto alimenticio.

Hutton (2002) citado por Estrada (2007), señala que la cantidad de sal agregada a

un alimento para los propósitos del sabor, es determinada por las preferencias del

consumidor, citando como ejemplo estudios realizados en quesos, en el que muchos de

los casos los niveles de sal han sido modificados con el desarrollo de producto a través

de muchos años, donde cada formulación es única y por lo tanto, la reacción del

consumidor a un cambio del contenido de sal probablemente va a variar de un producto

a otro.

2.1.1.3 Función tecnológica de la sal en los alimentos Algunos ejemplos tecnológicos más comunes del uso de la sal en la industria de

alimentos se muestran en la Tabla 1, sin embargo, destaca Estrada (2007), que existen

numerosos estudios específicos para productos alimenticios, donde la sal es

tecnológicamente importante dentro de su elaboración.

27

Tabla 1. Funciones de la sal en la industria alimenticia

Productos Propiedades relacionadas al uso de sal

Fabricación del pan

La sal contribuye a que el gluten del trigo

sea más estable y menos extensible,

haciéndolo menos pegajoso. La sal

también afecta el índice de la

fermentación, reduciendo el índice de

producción del gas (CO2).

Carne y productos cárnicos

La sal es agregada a productos cárnicos

por diversos motivos.

La sal intensifica la capacidad de

retención de agua en productos cárnicos

después de ser cocinados, y tiene un

efecto de ablandamiento sobre la carne

cruda. También aumenta la estabilidad

de la emulsión en productos

reestructurados.

Queso

El salado regula la actividad de los

microorganismos en la maduración de

los quesos, influye en la actividad

enzimática y tiene un efecto directo en el

contenido en agua del queso durante la

maduración.

28

Tabla 1.Funciones de la sal en la industria alimenticia (Continuación)

Productos Propiedades relacionadas al uso de la sal

Vegetales fermentados

La sal ayuda a controlar la flora

microbiológica en el sauerkraut (repollo

fermentado), pickles y productos similares,

ayudando a proporcionar las condiciones

para el tipo y el índice de la fermentación

requeridos. También afecta a los cambios

de la textura en estos productos, y tiene

efectos químicos específicos en las

cebollas conservadas en vinagre.

Productos pesqueros

La sal se utiliza en la limpieza de

pescados antes de los procesos de

conservas y reduce la cantidad de

“exudado” (el líquido que se pierde durante

la cocción) en el producto.

Fuentes: Estrada (2007)

2.2 Descripción del proceso de obtención de sal recristalizada al vacio

2.2.1 Recepción y almacenamiento de materia prima

La materia prima utilizada para la obtención de sal recristalizada es la sal bruta

provenientes de las salinas autorizadas, esta se presenta bajo la forma de sal bruta

lavada y/o sin lavar, siendo transportada a granel hasta la planta. Luego, se almacena

en un galpón al aire libre, sin riesgo de contaminación.

29 2.2.2 Preparación de salmuera

Esta zona está constituida por unos tanques de concreto donde será preparada la

salmuera y luego será bombeada a la zona de evaporación. Estos tanques tienen

divisiones internas con la finalidad de darle retención al producto y de alguna manera

extraerle a la misma todas las impurezas que contenga. El inicio del proceso se realiza

cuando a través de un cargador frontal se descarga la salmuera hasta el tanque

principal, donde la sal se disuelve con presión de agua provocada por las turbinas

respectivas, y así convertir la sal en salmuera.

En un primer paso se extrae las impurezas de mayor tamaño (piedras, arenas, otros),

en un segundo paso se procede a la dosificación de productos químicos aceleradores

de decantación e incrementador de pH, los cuales al formar flóculos atrapan o

secuestran los sedimentos menores y en trayecto del recorrido van sedimentándose.

Una vez que la salmuera está en el último compartimiento de los tanques, deberá estar

a una concentración de 21 grados Baume mínimo y su estado físico tiene que ser

cristalino, para ser bombeado a la zona de evaporación (Indusalca, 2006).

2.2.3 Zona de evaporación

En esta zona se hace la conversión física de la sal transformándola del estado

líquido a un estado sólido, para ello existen dos líneas de evaporación de triple efecto,

cada línea se interconecta entre sí para dar paso al cambio de la salmuera del estado

liquido a estado sólido. Un sistema de evaporación de triple efecto está compuesto por

tres cuerpos de evaporación, tres cuerpos de calentamiento o intercambiadores de

calor y un condensador barométrico.

El proceso se inicia una vez que el tanque desaireador distribuya la salmuera a

través de cada línea, siendo succionada por la bomba de recirculación enviándola al

intercambiador, donde es calentada y enviada al evaporador en cuyo punto realmente

ocurre la evaporación (Figura 2).

30 Este sistema de evaporación trabaja al vacio producido por un condensador

barométrico, el cual tiene como finalidad crear un vacio para así poder evaporar el

producto a temperaturas por debajo de los 100 ºC, de manera que tal que a medida que

aumente el vacio la temperatura para evaporarse la salmuera disminuya en cada

efecto.

La función del conjunto de evaporación es formar los cristales de sal de manera tal

que en la separación de fases se tenga agua de condensado por un lado y sal por el

otro. El condensado formado desde el primer y segundo efecto es enviado a los

tanques de salmuera y al tanque de agua de las calderas, y el del tercer efecto es

desechado en el canal de retorno de agua de enfriamiento (Indusalca, 2006).

Figura 2. Diagrama de procesos de producción de sal por recristalización al vacio

Fuente: Indusalca (2006)

31 2.2.4 Zona de secado

El producto evaporado proveniente de los tres efectos es recolectado en un tanque,

denominado tanque de papilla, desde donde es bombeado o transferido hacia el tanque

espesador, punto en el cual realmente se asientan los cristales de sal, a la salida de

este tanque son añadidos los productos químicos, así mismo por gravedad se alimenta

a una centrifuga, en el cual se separa el 3% de humedad y alimenta al secador de lecho

fluido. El agua es recolectada en la centrifuga y enviada nuevamente al tanque de

salmuera para aprovechamiento de la misma. En el secador el producto es calentado

con aire caliente hasta una temperatura de 170 ºC máximo, obteniendo una sal refinada

al 0,2 % máximo de humedad.

2.2.5 Ensilado y ensacado

Al salir del secador, la sal a través de un tornillo sin fin y un elevador de cangilones

es transportada a los silos de empaques.

2.3 Descripción de tratamiento primario: Coagulación – Floculación

Durante el proceso de clarificación de salmuera, se encuentran presentes ciertas

impurezas suspendidas imposibles de sedimentar por gravedad. Generalmente las

partículas suspendidas que en conjunto contribuyen a la turbiedad y al color de las

aguas naturales, poseen cargas eléctricas que normalmente son negativas. Las cargas

eléctricas de las partículas generan fuerzas de repulsión entre ellas, por lo cual se

mantienen suspendidas y separadas. Es por esto que dichas partículas no sedimentan

(Huang y col. 2008).

La estabilidad de los coloides depende de su tamaño y propiedades eléctricas, y

está afectada por la naturaleza química del medio de dispersión. Para remover los

coloides es necesario que sean desestabilizados de algún modo. Con este fin son

ideados los procesos de coagulación, que básicamente consiste en una serie de

reacciones físicas y químicas entre los coagulantes, la superficie de las partículas, la

32 alcalinidad del agua y el fluido mismo.

Arboleda (2000), define el proceso de coagulación-floculación, como aquel por el

cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas con peso especifico superior al del

agua llamadas flóculos. Weber (1975), considera a la coagulación como el efecto

producido por la adición de un producto químico a una dispersión coloidal, que se

traduce en la desestabilización de las partículas por una reducción de aquellas fuerzas

que tienden a mantenerlas juntas. 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 se unen por

sucesivas colisiones hasta formar flóculos que crecen con el tiempo.

Dicho proceso se usa para:

• Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica que no puede sedimentar

rápidamente.

• Remoción de color verdadero y aparente.

• Eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos susceptibles de ser

separadas por coagulación.

• Destrucción de algas y plancton en general.

• Eliminación de substancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de

precipitados químicos suspendidos o compuestos orgánicos en otros.

Mientras que para la floculación el mismo autor considera, que al revés de la

coagulación, donde la fuerza primaria es de tipo electrostático o interionico, la

floculación se debe a un mecanismo de formación de puentes químicos o enlaces

físicos. Desde el punto de vista operativo, la floculación se consigue recurriendo a una

mezcla moderada y prolongada, que transforma las partículas coaguladas del tamaño

submicroscópico en otras suspendidas, discretas y visibles.

Los objetivos básicos de la floculación son formar partículas con peso específico

superior al del agua y compactar el flóculo disminuyendo su grado de hidratación para

33 producir baja concentración volumétrica, lo cual produce una alta eficiencia en los

procesos posteriores como sedimentación y filtración (Brostow, 2007; Pallier y col.

2010).

2.3.1 Mecanismos de coagulación

Hay que distinguir dos aspectos fundamentales en la coagulación- floculación;

La desestabilización de las partículas suspendidas, o sea la remoción de las

fuerzas que las mantienen separadas y el transporte de ellas dentro del líquido para

que hagan contacto y formen una malla tridimensional de coágulos porosos (Arboleda,

2000).

Tres mecanismos pueden actuar en el primer fenómeno: el de adsorción-

desestabilización basado en las fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión, el del

puente químico que establece una relación de dependencia entre las fuerzas químicas

y la superficie de los coloides, y el de sobresaturación de la concentración de

coagulantes en el agua.

En el segundo aspecto debe distinguirse entre: floculación ortocinética y pericinética,

o con escala de turbulencia por encima o por debajo de la microescala de Kolmogoroff.

Las cuales se describen a continuación;

Floculación Pericinética: Contactos por el movimiento de las moléculas del líquido

(movimiento browniano) que sólo influye en partículas de tamaños menores a un

micrón. Se produce al inicio del proceso, en los primeros 6 a 10 s y es independiente

del tamaño de la partícula (Labarces, 2007).

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 (Labarces, 2007).

34 La desestabilización se puede obtener por los mecanismos fisicoquímicos siguientes

(Cárdenas, 2000):

• Compresión de la doble capa: Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus

capas difusas interactúan y generan una fuerza de repulsión, cuyo potencial de

repulsión está en función de la distancia que los separa y disminuye rápidamente con el

incremento de iones de carga opuesta al de las partículas, esto se consigue sólo con

los iones del coagulante. Si la distancia que separa a las partículas es superior a “L”,

entonces las partículas, no se atraen (Figura 3). “E” es la energía que los mantiene

separados.

Figura 3. Fuerzas de repulsión y atracción (Fuente: Cárdenas. (2000))

El conjunto de partículas constituye un sistema coloidal, formando una doble capa

de iones, el cual es sometido a un potencial en la superficie inferior de la doble capa,

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.

- Adsorción y neutralización de la carga: Las partículas coloidales poseen carga

negativa en su superficie, estas cargas llamadas primarias atraen los iones positivos

que se encuentran en solución dentro del agua y forman la primera capa adherida al

coloide.

35 Cuando se adiciona un exceso de coagulante al agua a tratar, se produce la

reestabilización de la carga de la partícula; esto se puede explicar debido a que el

exceso de coagulante es adsorbido en la superficie de la partícula, produciendo una

carga invertida a la carga original (Figura 4).

Figura 4. Reestabilización de partículas coloidales (Fuente: Cárdenas. (2000))

- Atrapamiento de partículas en un precipitado: Las partículas coloidales

desestabilizadas, se pueden atrapar dentro de un flóculo, cuando se adiciona una

cantidad suficiente de coagulantes, habitualmente se hace uso de sales de metales

trivalente como el sulfato de aluminio Al2(SO4)3, o Cloruro Férrico FeCl3, y el flóculo

resultante está formado de moléculas de Al(OH)3 o de Fe(OH)3.

-Adsorción y puente: Cuando la molécula de un polímero puede adsorber una partícula

coloidal en una de sus extremidades, mientras que los otros sitios se encuentran libres

para adsorber otras partículas; se dice que las moléculas de los polímeros forman el

“puente” entre las partículas coloidales. Sin embargo, cuando hay una excesiva carga

de polímeros, los flóculos pueden re-suspenderse enturbiando el agua que está siendo

coagulada.

36 2.3.2 Factores que influyen en el proceso de coagulación El tratamiento de coagulación óptimo tiene por objeto lograr un equilibrio muy

complejo en el que están implicadas muchas variables. Así existirá un óptimo

interrelacionado de condiciones, tales como pH, turbiedad, composición química del

agua, tipo de coagulante y factores físicos del tipo de la temperatura y las condiciones

de mezclas. Estas interrelaciones son tan complejas que, en la actualidad, sobre una

base puramente teórica, es imposible predecir la dosis óptima de coagulante para un

agua dada. En consecuencia, la dosis y condiciones típicas adecuadas para lograr la

coagulación hay que determinarlas empíricamente para cada tipo de agua.

Según Aguilar y col. (2002), existen muchos factores que influyen en el proceso de

coagulación de agua, debiéndose mencionar los siguientes;

2.3.2.1 Tipo de coagulante

Normalmente no todos los coagulantes producen el mismo efecto ni llevan a cabo la

desestabilización bajo el mismo mecanismo. Hay muchos factores que influyen en el

proceso de coagulación y que varía dependiendo del tipo de coagulante, como por

ejemplo el margen de pH óptimo y la solubilidad. En cualquier caso es necesario

recurrir a una comparación experimental, teniendo en cuenta el tipo de agua a tratar y el

objetivo del tratamiento, antes de decidir por uno u otro producto.

La selección del coagulante aplicable a un agua determinada debería basarse en una

comparación experimental de su comportamiento, sin olvidar la influencia de los

factores económicos.

2.3.2.2 Contenido de material suspendido

Este factor está estrechamente relacionado con la cantidad de coagulante para

llevar el agua al óptimo de coagulación. Aunque exista cierta relación entre la cantidad

de agua bruta y la dosis de coagulante apropiada, la cantidad exacta solo puede

37 determinarse mediante ensayos (jart test, electroforesis). Aun así la cantidad puede

variar con otros factores, como tiempo de mezcla y la temperatura del agua.

El tamaño de las partículas también influyen en la cantidad de coagulante necesaria

para realizar la coagulación. Se puede notar, por ejemplo, que las materias

suspendidas muy finas son más difíciles de coagular que las partículas más grandes, y

por ello, necesitan mayor cantidad de coagulante.

2.3.2.3 pH

El pH es uno de los factores más importantes ya que va a determinar para cada

coagulante la naturaleza de las especies presentes en el agua y su solubilidad. Los

primeros investigadores del proceso de coagulación en el tratamiento de las aguas

observaron que el pH era la variable independiente más importante a considerar. Estos

investigadores establecieron sin lugar a dudas que existe para cada coagulante una

zona de pH, donde se produce una buena floculación en plazo corto y con una dosis

dada de coagulante. La coagulación debe efectuarse dentro de esta zona óptima

siempre que sea posible. La amplitud de la escala del pH está influenciada por el tipo

de coagulante, su concentración y la composición química del agua.

Cuando se deja de operar en la zona óptima para cualquier agua, se produce un

desperdicio de producto químico y descenso del rendimiento de la operación.

2.3.2.4 Salinidad

Las aguas que contienen sales en disolución afectan al proceso de coagulación

modificando los siguientes factores:

• Margen del pH óptimo

• Tiempo necesario para la floculación

• Dosis óptima de coagulante

• Coagulante residual en el efluente

38 Cuando un agua no tiene iones SO4

2- la zona óptima de pH es muy estrecha,

ampliándose con el contenido de iones sulfato. Por otra parte, el efecto de los iones

PO43- es totalmente distinto, el rango de pH óptimo se estrecha al aumentar el

contenido de dichos iones. Su actuación es desplazar la zona de coagulación óptima a

valores de pH menores.

Los iones divalentes comprimen las capas difusivas que rodean las partículas

coloidales negativas y por lo tanto reducen las fuerzas repulsivas entre ellas.

2.3.2.5 Temperatura

La temperatura es un factor limitante para el proceso de coagulación- floculación.

Por debajo de cierto valor, los rendimientos de clarificación son mediocres. Otra

influencia de la temperatura en la coagulación es su efecto sobre el tiempo requerido

para una buena formación de flóculos. Generalmente, cuanto más fría este el agua más

largo será el tiempo necesario para producir buenos flóculos con una cantidad

determinada de coagulante.

Es importante en zonas de climas muy marcados, principalmente cuando se

alcanzan temperaturas de congelación. También el rango de pH óptimo varía con la

temperatura, y decrece al disminuir esta.

2.3.2.6 Tiempo de mezcla y floculación

Al conjunto se le suele denominar periodo de coagulación y se define como el

tiempo transcurrido entre la adición de coagulante y el final de la agitación a una

velocidad que impida la decantación de materias floculadas.

El periodo de coagulación es un factor a controlar en cada proceso pues en algunas

ocasiones periodos largos favorecerán el proceso mientras que en otras pueden

provocar la ruptura de los flóculos formados. Es un factor que está muy relacionado con

La fuerza de agitación que se aplique durante dicho periodo, por lo que será necesario

39 combinar ambos factores de forma que se obtengan los mejores rendimientos a un

coste aceptable.

2.3.2.7 Fuerza de agitación

Generalmente lo que se hace es someter a las aguas a una mezcla rápida, seguida

de otra lenta. La primera tiene por misión dispersar el coagulante, y fomentar las

colisiones entre las partículas. Posteriormente lo que se hace es aumentar el tamaño de

floculo mediante una agitación lenta, durante un tiempo adecuado, que mantiene los

flóculos en suspensión y movimiento evitando su ruptura por efecto de las fuerzas de

cizalla.

2.3.2.8 Color

Es un factor a tener en cuenta a la hora de eliminar compuestos en el agua. A veces

es debido a las sales de hierro y manganeso, aunque normalmente se debe a los

compuestos orgánicos resultantes de la descomposición de la materia orgánica.

2.3.2.9 Presencia de núcleo

Las partículas sólidas en suspensión actúan como núcleos para la formación inicial

de flóculos. Es un hecho bien conocido que el agua que contiene poca turbidez coloidal

es, frecuentemente, de floculación más difícil. La presencia de partículas en suspensión

pueden influir en la velocidad de floculación y contribuye al aumento de la densidad del

floculo, dando lugar a velocidades de sedimentación superiores.

2.3.2.10 Presencia de iones

La presencia de distintos iones en el agua residual tiene especial significación,

aunque en el caso de las sales de hierro y aluminio la influencia de los aniones es

mayor que la de los cationes.

40 2.3.2.10.1 Presencia de cationes

En general los cationes divalentes ensanchan el rango de pH efectivo para la

eliminación y disminuyen la dosis de coagulante requerida para la eliminación de la

materia orgánica. Esto se debe presumiblemente a lo complejo de algunos grupos

orgánicos funcionales.

En el tratamiento de aguas residuales en medio alcalino hay que tener en cuenta la

presencia e influencia de los iones Ca2+ y Mg2+. Según los niveles de Ca2+, Mg2+ y

HCO3-, pueden estar presentes cantidades considerables de Ca2+, CaCO3 y Mg (OH)2,

que pueden influir sobre el proceso de coagulación- floculación de forma importante.

2.3.2.10.2 Presencia de aniones

Si el anión se puede coordinar fuertemente con el ion metálico y no es desplazado

fácilmente por iones OH, el pH óptimo para la desestabilización disminuye rápidamente

con el aumento de la concentración del anión. Si el anión es fácilmente desplazado por

el ion OH, el pH óptimo aumenta con un anión de tipo muy básico y disminuye con uno

débilmente básico. Cuando el anión se coordina débilmente con el ion metálico, ejerce

solo ligeros efectos de disminución de los valores de pH óptimo.

2.4 Tipos de coagulantes existentes El avance tecnológico en química de polímeros ha permitido el desarrollo de la

tecnología de la floculación proveyendo de polímeros orgánicos y polielectrólitos con

alta eficiencia.

Existen dos clases de materiales usados en el proceso de coagulación-floculación:

-Coagulantes inorgánicos y orgánicos que incluyen aditivos minerales como sales de

calcio; sales metálicas como cloruro férrico o sulfato de aluminio; metales pre-

hidrolizados como policloruro de aluminio y polielectrólitos.

41

-Floculantes orgánicos que incluyen polielectrólitos catiónicos y aniónicos, polímeros

no iónicos, polímeros anfotéricos e hidrofóbicamente modificados y floculantes

naturales como almidón, goma guar, taninos, alginatos entre otros.

Los biopolímeros constituyen uno de los sustitutos potenciales a los floculantes

inorgánicos especialmente aquellos que se comportan como polielectrólitos catiónicos

capaces de coagular partículas cargadas negativamente no solo a través de puentes o

fuerzas electrostáticas, sino también a través de interacciones hidrofóbicas (Parazak y

col, 1988), el quitosano, polielectrólito catiónico, es un promisorio agente para

purificación de agua como se ha reportado en recientes patentes (Renault. 2009).

2.5 Quitosano

Sastoque y col. (2007), establecen que la quitina es la sustancia orgánica más

abundante en la naturaleza después de la celulosa, es un biopolímero lineal (Figura 5),

altamente insoluble en agua, propiedad esta que limita sus aplicaciones; se disuelve

rápidamente en ácidos concentrados, en algunos fluoroalcoholes y soluciones al 5% de

cloruro de litio, lo que la hace poco práctica para su aplicación y presenta baja

reactividad (Investigación y Desarrollo. 2010).

Por otra parte, su fácil obtención (subproductos de las industrias pesqueras), fuente

naturalmente renovable, no tóxica y no alergénica; además, antimicrobiana y

biodegradable (Gildberg y Stenberg. 2001), lo convierten en un biopolímero de alta

demanda mundial.

42

Figura 5. Estructura molecular de la quitina (Fuente: Lárez, 2003)

El quitosano es la forma N-desacetilada de la quitina (Figura 6), es una modificación

de la quitina y posee mejores propiedades de reactividad y solubilidad. Se obtiene al

sustituir los grupos acetamido de esta por grupos amino, al tratar la quitina con álcalis

fuertes (Mármol. 2004). Se ha descrito como un polímero catiónico lineal,

biodegradable, de alto peso molecular, de fácil aplicación y ambientalmente amigable

(Lárez, 2006) (Niquette y col. 2004).

.

Figura 6. Estructura molecular del quitosano (Fuente: Lárez, 2003)

Otra de sus propiedades es su fácil disolución en soluciones diluidas de la mayoría

de los ácidos orgánicos tales como: ácido fórmico, acético, cítrico y tartárico, y también

en ácidos minerales diluidos a excepción del ácido sulfúrico (Gauna y Núñez. 2004). Su

grado de desacetilación (DD) varía desde un 60% hasta un 90% y los pesos

moleculares (MW), se reportan de 50 hasta 2000 KDa, atribuyéndose esta

heterogeneidad a la falta de control durante el procesamiento (Ramírez y col, 2002).

P

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44 Lo expuesto tiene su basamento, en los señalamientos de Gacén y Gacén (1996), al

describir que la presencia de los grupos amino en la estructura del quitosano confieren

la capacidad para coagular sustancias coloidales, además su uso permite aumentar la

acción de coagulantes inorgánicos convencionales, también como floculante para

remoción de partículas coloidales sólidas y aceites, y para la captura de metales

pesados y pesticidas en soluciones acuosas (Larez, 2006). Se agrega, que se ha

demostrado su efectividad como coagulante en una variedad de aguas residuales

industriales, tales como las avícolas, lácteas, industrias de alimentos, cárnicas (No y

Meyers. 2000), y además en la clarificación de pulpas de frutas (Castro y col. 2012), sin

embargo, su uso en salmueras no se ha demostrado.

Siguiendo en este mismo orden de idea, expone, el quitosano tiene una gran

capacidad para fijar moléculas tales como pesticidas, colorantes y proteínas. El grupo

amino del quitosano le confiere una mayor afinidad para formar complejos con metales

de transición que otros polisacáridos naturales, tales como celulosa. Con el fin de

proporcionar una mayor selectividad en la fijación de metales pesados, se ha

sintetizado una gran variedad de derivados de quitosano (Rodríguez, 2011; Mesquita

2005).

Según Lárez (2003), citado por Rodríguez (2011), se puede aplicar como agente

floculante y coagulante, en el tratamientos de flotación para la remoción de aceite de

pescado en agua, agentes filtrantes para piscinas y spas, remoción de metales,

remoción de surfactantes, entre otros. Señala Renault y col (2009), que el quitosano se

ha empleado en el tratamiento por coagulación-floculación de aguas crudas para

potabilización y aguas residuales industriales (fábrica de papel y pulpa, fabricación de

aceite de oliva, cervecerías y procesamiento de leche, entre otros).

Explican Bratskaya y col. (2004), que el quitosano y sus derivados han sido efectivos

en el tratamiento de agua con altos contenidos de ácidos húmicos y en la remoción de

turbidez de suspensiones de partículas coloidales como látex y caolinita, para remover

aceite de pescada, metales y surfactantes.

45 En Venezuela, el empleo del quitosano como coagulante-floculante podría permitir

un mejor uso de la gran cantidad de desechos generados por la actividad pesquera en

la Costa Oriental del Lago de Maracaibo, ya que de los camarones recolectados en esta

zona se aprovecha aproximadamente el 47% del peso bruto, correspondiendo el 53%

restante a cabezas y conchas, las cuales suelen desecharse.

46

CAPÍTULO II

MARCO METODOLÓGICO

En este capítulo se describe el procedimiento experimental utilizado para la

caracterización fisicoquímicas de los parámetros: cloruro de sodio, calcio, sulfatos, pH,

carbonatos, turbidez, dureza total, material insoluble y color en salmuera.

Seguidamente, el procedimiento establecido y las condiciones operacionales (dosis de

quitosano, pH y temperatura), para el desarrollo de las pruebas de coagulación y

floculación en el tratamiento de salmuera.

3 Procedimiento experimental

3.1 Preparación de muestras de coagulantes La muestra de quitosano (BIOFLOC BPQ-12) comercial, extraída del exoesqueleto

de las conchas de camarón con grado de desacetilación de 85%, presentó una

concentración inicial de 25000 ppm, la cual se disolvió hasta obtener una concentración

de 1000 ppm. Ficha técnica (Anexo 1).

Para la preparación de poliacrilamida aniónica comercial (Macnafloc LT27), de

apariencia en polvo, se disolvieron 0,1 gramos de muestras en 100 mL de agua

destilada, la cual se agitó por dos horas en un agitador magnético para homogenizar la

solución. Ficha técnica (Anexo 2).

3.2 Preparación de salmuera Se recolectaron 60 Kg de muestras de sal bruta del tipo A (no lavada), en los

depósitos de almacenamiento de materia prima provenientes de la salina y refinería los

Olivitos. Se pesaron 300 g de muestra de sal bruta por cada 1000 mL de agua

47 previamente seleccionada. Midiendo peso de muestra y volumen de agua, se agitó

vigorosamente hasta obtener la concentración deseada.

Para la determinación de la concentración salina en grados Baume (º Be), se realizó

la medición en un pesa sal, para lo cual, se tomaron 1000 mL de Salmuera ya tratada,

una vez estabilizado el equipo del pesa sal, se tomó la lectura del mismo (Román,

2011).

3.3 Determinación de los parámetros fisicoquímicos de muestra de salmuera

concentrada

Para la caracterización de salmuera se determinará su contenido de cloruro de

sodio, contenido de calcio, dureza total, sulfatos, pH, carbonatos, turbidez, material

insoluble y color, siguiendo la metodología sugerida en la norma Covenin 179:1995

para sal comestible y el método estándar para análisis de Agua ( APHA-AWWA-WEF -

2000)

3.3.1 Determinación del contenido de cloruro de sodio

Para la determinación del contenido de cloruro de sodio, se utilizó la metodología

establecida en la norma Covenin 179:1995. Para ello, se tomó una alícuota de 10 mL

de solución de salmuera previamente disuelta en 250mL de agua destilada. Se adicionó

3 o 4 gotas de solución indicadora de cromato de potasio al 5%. Luego, se tituló con

solución de nitrato de plata 0,1N hasta cambiar de color al rojo ladrillo.

Para la preparación de un blanco usando 5 mL de agua destilada. Se agregó 3 ó 4

gotas de solución indicadora de cromato de potasio al 5 %. Luego, se tituló con solución

de nitrato de plata 0,1 N hasta cambiar de color al rojo ladrillo.

48 Expresión de los resultados:

El contenido de cloruro de sodio para salmuera se calculó mediante la ecuación 01:

( / ) = 0,05845 ∗ ∗ ( 1 − 2) ∗ 1000

Donde: NaCl = contenido de cloruro de sodio en porcentaje.

N = normalidad de la solución de nitrato de plata.

V1 = volumen de la solución de nitrato de plata gastado en la titulación de la

muestra en mL

V2 = volumen de la solución de nitrato de plata gastado en la titulación del

blanco, en mL

M = masa de la muestra en mL

3.3.2 Determinación del contenido de calcio

Para la determinación del contenido de calcio, se tomó una alícuota de 25mL de

salmuera previamente diluida (10mL en 250 mL de agua). Se adicionó una pizca de

murexida y 2mL de hidróxido de sodio 2N. Luego, se tituló con una solución de EDTA

0,01N hasta obtener un ligero color violeta. Los resultados se calcularon según la

ecuación 02.

( / ) = ∗ ∗ 0,40

Donde:

mL EDTA = Mililitros de solución de EDTA gastado.

Factor EDTA= Se determina titulando una solución desconocida de EDTA

…..Ec (01)

…Ec (02)

49 Para la solución conocida de calcio, su procedimiento fue el siguiente:

Se pesó 4 g de EDTA y se aforó en 1000 mL en un balón volumétrico. Previamente

se preparó una solución valorada de carbonato de calcio pesando 1 g de CaCO3 en

polvo para análisis, secado a 105 ºC por día, se pasó este a un matraz volumétrico de

500 mL y se añadió ácido clorhídrico 1:1 hasta la disolución del CaCO3. Se adicionó

200 mL de agua destilada y se dejó hervir hasta expulsar el CO2. Luego, de enfriar la

solución, se agregó unas gotas de rojo de metilo para ajustar el color a anaranjado

agregando amoniaco 3N o HCL 1:1 según sea necesario. Se transfirió esta solución a

un matraz aforado de 1 L y sé aforo a 1000 mL.

Esta solución es equivalente a 1000 mg de CaCO3 por 1 mL y se tituló con la

solución desconocida del EDTA. El factor EDTA, se determinó según la siguiente

expresión;

= 10 3

3.3.3 Determinación del contenido de dureza total

Para la determinación del contenido de dureza total, se tomó una alícuota de 10mL

de solución de salmuera previamente disuelta (10 mL en 250mL de agua destilada). Se

adicionó una pizca de eriocromo T y 1 mL de solución amortiguadora buffer. Se agitó,

para luego titular con una solución EDTA 0,01 N hasta cambio de color celeste.

Expresión de los resultados:

( / ) = ∗ ∗ ,

…..Ec (03)

…Ec (04)

50

3.3.4 Determinación del contenido de carbonatos Para la determinación del contenido de carbonatos, se tomó una alícuota de 10mL

de solución de salmuera previamente disuelta en 250mL de agua destilada. Se adicionó

2 gotas de solución indicadora de anaranjado de metilo. Luego, se tituló con solución de

ácido sulfúrico 0,02 N hasta cambio de color rojo.

Expresión de los resultados:

Donde:

mL H2SO4= Mililitros de acido sulfúrico gastados

N (H2SO4)= Normalidad de acido sulfúrico utilizado

3.3.5 Determinación de pH El pH se determinó a través del método potenciométrico, usando un pH-metro (Orion

Research 611), con electrodo de vidrio, calibrado con soluciones buffers de pH 4 y 7.

Se tomaron 50 mL de muestra en un matraz de 250 mL, se introdujó el electrodo del

pH-metro hasta obtener la lectura constante.

3.3.6 Determinación de turbidez Para medir la turbidez se tomaron 10 mL de la muestra previa agitación y se llevaron

al Hatch DR-2000, seleccionando el método correspondiente, a una longitud de onda de

450 nm, calibrado con el blanco (agua destilada), arrojando la medida de la turbidez.

1000 *030.0,*)(* 4242

mL salmueraSOHNSOmL H=CO3 (mg/L) …Ec (05)

51 3.3.7 Determinación de material insoluble

El contenido de la materia insoluble se expresa en porcentaje y se calculó con la

siguiente expresión:

Donde:

= peso del filtro vacío.

= peso del filtro + insoluble.

3.3.8 Determinación de color Para determinar color se tomaron 10 mL de la muestra previa agitación y se llevó al

equipo Hatch DR-2000, seleccionando el método correspondiente, a una longitud de

onda de 455 nm, calibrado con el blanco (agua destilada), arrojando la medida de color.

3.3.9 Determinación de contenido de sulfatos

Se determinó por el método turbidimétrico. Para ello, se tomo 10 mL de salmuera

disuelta en 100 mL de agua destilada, se agrego una pizca de cloruro de bario y 2 mL

de solución buffer. Luego, se determinó la turbidez según el punto 3.3.6, y mediante la

curva de calibración se obtuvo su valor.

3.4 Proceso de coagulación y floculación en tratamiento de salmuera utilizando como

coagulante quitosano comercial

3.4.1 Condiciones para el desarrollo de la prueba de jarras Los valores de las variables y demás condicionantes que intervienen en la prueba de

jarras, se establecieron con base a la revisión bibliográfica y ensayos previos

100*)(

lub% 12

aPesomuestrPP

lesinso−

=

1P

2P

….Ec (06)

52 relacionados con la presente investigación.

3.4.2 Velocidad y tiempo de mezcla rápida

La mezcla rápida dura pocos segundos, durante este lapso el coagulante debe ser

agregado sobre la solución, la misma debe tener una velocidad alta de agitación, que

permita dispersar el coagulante. La velocidad se estableció en 100 rpm (revoluciones

por minuto) y un tiempo de 2 minutos (Norma ASTM No. D2035-80, 2003).

3.4.3 pH

Previamente a la prueba de jarras, el potencial de hidrógeno de la muestra se ajustó

a 3 valores distintos, con adición de ácido clorhídrico (0,1 N) y soda caústica (10%):

- pH: 5,10

- pH: 7,30

- pH: 9,5

3.4.4 Temperatura

Previamente a la prueba de jarras, la temperatura de la muestra se ajustó a 3

valores distintos:

- T1 (ºC): 27ºC±1

- T2 (ºC): 38ºC±1

- T3 (ºC): 42ºC±1

53 3.4.5 Velocidad y tiempo de mezcla lenta

Se estableció una velocidad baja de 30 rpm (revoluciones por minuto) por un tiempo

de 15 min. Posteriormente se dejó sedimentar por un periodo de 60 min (Norma ASTM

No. D2035-80, 2003).

3.4.6 Dosificación de quitosano

Previamente a los análisis de la presente investigación, se evaluaron

concentraciones de quitosano en el rango de 0 ppm hasta 38 ppm, disminuyendo el

rango de estudio a 0 ppm, 16 ppm y 22 ppm, con dos repeticiones.

3.4.7 Procedimiento para el proceso de coagulación/ floculación con quitosano como

coagulante

La evaluación de la coagulación se llevó a cabo utilizando un aparato de prueba de

jarra modelo PB-700 (Figura 8); se agregó 1 L de muestra de salmuera, a cada uno de

los seis vasos de precipitado de 1000 mL, tomando un vaso de cada bloque como

control. El procedimiento detallado es el siguiente:

Figura 8. Equipo de jarra para determinar dosis óptima de quitosano. Fuente: Propia

54

• Se colocó el agitador a una velocidad de 100 rpm (Mezcla rápida).

• Se agregó las concentraciones de quitosano 0 ppm, 16 ppm y 22 ppm.

• Después de agregar el coagulante, se mantuvo la agitación de 100 rpm durante

2 minutos (Mezcla rápida).

• Luego de transcurrido el minuto de mezcla rápida, se pasó a una agitación de 30

rpm y se agitó con esta velocidad durante unos 15 minutos (Mezcla lenta).

• Al finalizar la agitación lenta, se suspendió la agitación y se sacaron las paletas

del equipo, de los vasos, se dejó reposar las muestras coagulantes durante 60

minutos.

• Pasado este periodo de tiempo se tomaron muestra del sobrenadante para sus

posteriores análisis. Para determinar las condiciones óptimas operacionales se consideró la menor

concentración de quitosano que remueva la mayor proporción de los parámetros de

turbidez, carbonatos, dureza total y disminución de color.

3.4.8 Procedimiento del proceso de coagulación- floculación utilizando poliacrilamida

aniónica

Para el polímero sintético poliacrilamida (MAGNAFLOC LT27AG), se estableció las

condiciones operacionales existentes en el tratamiento de salmuera, a un pH de 10,5 y

dosis de poliacrilamida de 0 ppm, 2 ppm y 4 ppm. El procedimiento de test de jarra fue

el mismo al utilizado con quitosano como coagulante. Una vez transcurrido el tiempo de

sedimentación se determinaron los mismos parámetros al realizar las pruebas con

quitosano comercial.

55 3.5 Procesamiento estadístico de los datos obtenidos Para evaluar la significancia de los efectos simples (pH, temperatura y concentración

de quitosano) se utilizó la prueba de Kruskall-Wallis (Siegel y Castellan, 2001). Esta

prueba se empleó como alternativa al Análisis de Varianza (ANOVA) Factorial, que

calcula las significancias en un diseño de tres factores con tres niveles (33) y sus

interacciones, pero que no se pudo aplicar en este trabajo porque no se cumplieron los

supuestos requeridos de independencia, aleatoriedad y normalidad. La prueba de

Kruskall-Wallis permite obtener la significancia estadística de los efectos simples (pH,

temperatura y concentración de quitosano), pero no permite evaluar la significancia de

las interacciones entre estos factores, la cual sólo fue explorada de forma gráfica

cualitativa en búsqueda de tendencias.

La prueba de Kruskall-Wallis produce una significancia estadística que se presenta

como una probabilidad (p): cuando ésta es alta (>0,05); se mantiene la hipótesis nula de

que todos los tratamientos a comparar tienen un nivel medio (mediana) similar y por lo

tanto, el factor estudiado no tiene efecto. Por el contrario, cuando la probabilidad es

menor o igual a 0,05; el factor tiene un efecto significativo sobre la variable que se está

evaluando.

Luego de aplicar la prueba, es necesaria una comparación a posteriori para

determinar cuál o cuáles tratamientos difieren entre sí. Esta comparación, así como la

prueba de Kruskall-Wallis fueron realizadas con el programa Statistica para Windows

(StatSoft 2007), con el cual también se visualizaron los valores medios de los

tratamientos utilizando gráficos de “Caja y bigotes” o “Cajas gráficas” (Box Plots). Estos

gráficos representan con un punto el nivel medio de cada tratamiento, con una caja que

se extiende verticalmente la variabilidad de cada tratamiento, y con proyecciones

(“bigotes”) verticales, los valores mínimo y máximo de cada tratamiento.

Para comparar la condición en la que se obtuvieron los mejores resultados en el

tratamiento de la salmuera con un tratamiento en el que se utilizó poliacrilamida como

coagulante, se empleó la prueba t de Student (Daniel, 2002) que compara las medias

56 de ambos tratamientos. Previo a la prueba es necesario conocer si ambos grupos a

comparar tienen varianzas similares, es decir, si hay homocedasticidad, para decidir si

se emplea la prueba aplicada a situación de homocedasticidad o heterocedasticidad

(Daniel, 2002). Estos análisis también fueron realizados con el programa Statistica para

Windows.

57

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

A continuación se presentan los resultados obtenidos durante la parte experimental

de esta investigación, su análisis y discusión. En este se encuentran las características

fisicoquímicas en salmuera con fines alimenticios, condiciones operacionales (dosis de

quitosano, pH y temperatura), y su efecto sobre los parámetros turbidez, color,

carbonatos, dureza total y sulfatos. Finalmente se presenta los resultados obtenidos

utilizando una poliacrilamida sintética.

4.1 Características fisicoquímicas en salmuera destinada a la obtención de sal para

consumo humano

La sal bruta provenientes de las salinas presentan una serie de impurezas desde

piedras, elementos contaminantes como material insoluble, sólidos disueltos y en

suspensión, cloruro de magnesio, carbonato de calcio, sulfato de calcio, sulfato de

magnesio, entre otros; causantes de su baja pureza (alrededor del 97%), lo cual infiere

en la calidad del producto final (Sal de mesa) (Indusalca, 2006). Igualmente su

composición, altera la humedad del producto, generando rechazos en las empresas de

alimentos, donde la sal constituye un aditivo esencial. La norma venezolana Covenin

179: 1995, establece como porcentaje mínimo de cloruro de sodio para sal fina refinada

de 98,5%.

En la Tabla 2, se muestran los resultados obtenidos en la caracterización

fisicoquímica de salmuera preparada con una concentración salina inicial de 23º Be,

concentración necesaria para llevar a cabo la evaporación y recristalización de sal con

fines alimenticios. Al comparar estos valores con los manejados en la planta de

tratamiento de salmuera, se observa que la turbidez se encuentran muy por encima del

parámetro establecido (menor de 10 NTU), esto indica la necesidad de mejorar su

58 procesamiento, a fin de garantizar una salmuera que cumpla con los más altos

estándares.

Tabla 2. Características fisicoquímicas en muestra de salmuera

Parámetro Salmuera x ± s

Valor referencia

(Tratamiento de salmuera)

Cloruro de sodio (mg/L) 287360 ±0,61 NR

Turbidez (NTU) 160±0,25 <10*

Color (UC) 981±1,73 NR

pH 7,34±0,06 NR

Carbonatos (mg/L) 3630±0,17 1000*

Sulfatos (mg/L) 920±0,019 NR

Materia insoluble (%) 0,033±0,005 NR

Dureza total (mg CaCO3/L)

9051±0,041 1000*

Calcio (mg/L) 4500±1,52 NR

*Valores de referencia tomados del Manual de Gestión de calidad. INDUSALCA (2006). x: promedio. s: desviación estándar. NP; No reportado

La determinación de color no está contemplada como un parámetro representativo

en el tratamiento de salmuera. No obstante, Rodríguez (2011), considera que su

medida es importante, pues constituye una de las características organolépticas

determinante, que puede indicar la remoción de otros parámetros de interés. Asimismo,

su análisis en el proceso de coagulación-floculación puede dar una idea de la eficacia

de los coagulantes de estudio. Al igual que el parámetro de turbidez, su valor es

considerablemente alto.

La dureza constituye uno de mayores problemas en las plantas de tratamiento de

salmuera, al ocasionar taponamientos de las líneas de alimentación y presencia de

incrustaciones en el producto final (INDUSALCA, 2006). Su presencia debe ser

reducida al mínimo, al igual que los contenidos de iones carbonatos, sulfatos y materia

insolubles. Son pocas las investigaciones desarrolladas en el tratamiento de salmuera,

sin embargo, se puede observar en la Tabla 2 que los valores en estudio se encuentran

por encima de los valores tomados como referencias en las plantas procesadoras de

59 salmuera. Román (2011), al caracterizar amargos de salmueras destinada a su

utilización como coagulantes para el tratamiento de aguas residuales, reportó una

concentración alta de magnesio, sulfato y calcio, mostrando una alcalinidad superior a

los 6000 mg/L y dureza total de 7601 mg/L, en salmuera concentrada previamente

filtrada.

4.2 Análisis de los parámetros en el tratamiento de salmuera utilizando como

coagulante quitosano comercial A continuación se presentan los resultados de los tratamientos efectuados utilizando

como agente coagulante quitosano comercial, variando las condiciones operacionales

(dosis, pH y temperatura). Posteriormente, se presenta la significancia estadística de

cada una de las variables estudiadas.

4.2.1 Evaluación en remoción del parámetro turbidez utilizando como coagulante

quitosano comercial

4.2.1.1 Evaluación en remoción de turbidez a condiciones de temperaturas de 27ºC,

38ºC y 42ºC en medio ácido (pH 5,10)

En la Tabla 3 se muestran los valores promedios obtenidos en la turbidez residual al

adicionar las respectivas dosis de quitosano a la muestra inicial de salmuera a

temperaturas de 27ºC, 38ºC y 42ºC y pH 5,10, adicionalmente se muestra la variación

porcentual con respecto a la muestra inicial (Figura 9).

Tablacoagu

Te

P

variac

18,4 N

mostr

sugie

Tamb

turbid

16 mg

de co

que la

F

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(ºC)±1 27 38 42

Para la turb

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NTU, mien

rándose infe

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g/L, indican

oloides. Est

a aplicación

Figura 9. R

RemoRemoRemo

ados turbid

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Remoción d

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0 45,28±0,4337,38±0,2832,85±0,44

F

dual a tem

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0 ppm72,0476,9279,72

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C y pH 5,10

Turbidez (Nde Quitosa

16 18,23±0,154,68±0,541,03±0,3

pia

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L se encon

n la muestra

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misma tem

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Divakaran y

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16 ppm88,7466,2474,67

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22 23,92±0,50,58±0,43,88±0,

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45,28 NTU)

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002), al me

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2 ppm79,0668,7772,91

60

o como

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on poca

e 18,1 y

25 NTU,

, lo que

itosano.

to en la

dosis de

lización

encionar

,10

61

Por otra parte, la mayor remoción se obtuvo al tratar la muestra con 16 mg/L de

quitosano (88,74%), mientras que la variación porcentual a 22 mg/L fue de 79,06%

(Figura 9). Resultados similares obtuvo Arancibia (2011), al evaluar la coagulación con

dos tipos de quitosano, a tres pH diferentes pH 3, pH 4 y pH 5. En su estudio indicó que

la efectividad del quitosano como agente floculante estuvo altamente influenciada por el

pH de la disolución y la concentración del polímero, reportando una mayor remoción a

pH 5 y una dosis de 3-8 mg/L.

Renault y col. (2009), establecen que las actuaciones de quitosano dependen de las

variables de proceso tales como la dosis de quitosano, la velocidad de la mezcla y el

pH. Recalcan, que la dosis óptima de quitosano es menor en soluciones ácidas.

Adicionalmente, el pH es uno de los factores de mayor importancia y efecto sobre el

proceso de coagulación; su rango óptimo para la remoción de coloides depende de la

naturaleza del agua y puede variar entre 5,0 y 8,0 unidades (Romero 2005). Sin

embargo, Selmer y col. (1996), concluyeron que el quitosano funciona efectivamente

como coagulante a rangos de pH superiores a 5,25 unidades.

Posterior al tratamiento de salmuera a temperatura de 27ºC, se procedió a

aumentar la temperatura con el fin de evaluar su efecto sobre las propiedades

coagulantes del quitosano. Durante el tratamiento a temperatura de 38ºC y 42ºC a pH

5,1, no se observó variación significativa en la turbidez de las muestras entre ambas

temperaturas, esto se evidencia en la Tabla 3. A temperatura (38 ºC), se reportó una

turbidez residual promedio para la muestra control de 37,38 NTU, traduciéndose en un

porcentaje de remoción de 76,92%, mientras que para las muestras tratadas con 16

mg/L de quitosano, la turbidez de las muestras se encontró en 54,68 NTU, mostrando

un porcentaje de remoción de 66,24 %, seguidamente, para la dosis de 22 mg/L su

valor promedio se encontró en 50,58 NTU, con un porcentaje de remoción de 68,77%

(Figura 9). Se ha indicado en trabajos previos, que factores como la temperatura,

soluciones empleadas, grado de desacetilación, tiempo de reacción, agitación, tamaño

de partícula, entre otros, influyen en las propiedades del quitosano (Mármol y col .2004;

Contreras y Perozo. 2007; Hernández, 2004).

62 Por otra parte, para el tratamiento a temperatura 42 ºC, para la muestra control se

obtuvo un valor promedio de turbidez residual similar al reportado a 38 ºC, de 32,85

NTU, representando un 79,72% de remoción con respecto a la turbidez inicial.

Seguidamente, para una concentración de 16 mg/L de quitosano comercial, se obtuvo

un valor promedio de turbidez de 41,03 NTU (porcentaje de remoción 74,67%), y a una

concentración de 22 mg/L, un valor promedio 43,88 NTU (porcentaje de remoción 72,91

%) (Figura 9). La temperatura influye sobre ciertas propiedades físicas como

viscosidad, solubilidad, pH y la cinética de algunas reacciones que intervienen en el

proceso de coagulación. Generalmente, un aumento de la temperatura aumenta la

probabilidad de colisiones (Aguilar y col. 2002).

4.2.1.2 Evaluación de remoción de turbidez a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC

y 42ºC) y pH 7,30

En la Tabla 4, se puede apreciar los resultados obtenidos en la turbidez de las

muestras tratadas con quitosano a pH 7,30 a las temperaturas establecidas, los valores

de turbidez para las muestras tratadas con quitosano se encuentran por encima a los

reportados en el tratamiento en medio ácido (pH 5,1), lo que indica que a un pH

cercano a la neutralidad, el quitosano no fue efectivo en la neutralización de cargas de

coloides en suspensión. Esta baja remoción podría asociarse a los mecanismos de

acción del coagulante y al no encontrarse en el rango de su pH óptimo. Se ha

demostrado que la eficiencia del quitosano en la remoción de turbidez es afectada por

el pH, disminuyendo a valores de pH entre 7,0 y 7,65 (Rizzo y col. 2008).

Tabla 4. Resultados de turbidez residual en tratamiento de salmuera con quitosano

como coagulante a temperaturas de 27ºC, 38ºC y 42ºC y pH 7,30

Turbidez (NTU) Temperatura

(ºC)±1 Dosis de Quitosano (mg/L)

0 16 22 27 75,23±0,35 43,38±0,50 34,50±0,50 38 65,37±0,52 93,55±0,39 103,13±0,55 42 74,22±0,17 81,78±0,82 94,20±0,98

Fuente: Propia

Po

los po

contro

22 mg

funció

Divak

mues

En su

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Figura 10. R

Remocion de TRemocion de tRemocion de t

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de 7,0 a 7

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quitosano.

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Turbidez(%) 27turbidez(%) 38 turbidez(%) 42

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0 p7 ºC 53,

ºC 59,ºC 54,

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ppm,55,64,05

Figura 10

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una dosis

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turas 27ºC,

16 ppm73,2142,2449,09

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e 53,55 %

de 16 mg/

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quitosano

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22 p78,36,40,

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63

e 27ºC,

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% para

varía en

especto,

ante en

mentos.

culación

ficaz en

ras que

con alto

además

te en el

7,30

64 Seguidamente, las muestras control para el caso de 38 ºC, mostraron valores de

turbidez residual con poca variación, encontrándose el promedio en 65,37 NTU,

representando un porcentaje de remoción de 59,64 %, inferior al obtenido en medio

ácido (76,92%). Igualmente para una dosis de 16 mg/L de quitosano, se reportó valores

de turbidez oscilando entre 93,5 NTU y 94 NTU, representando una variación

porcentual de 42,24 % (Figura 10). Para una dosis de 22 mg/L, los valores de turbidez

se encontraron entre 102,4 y 103,8 NTU, presentándose una mayor desestabilización

de los coloides, con un porcentaje de remoción de 36,32%.

Posteriormente, al aumentar la temperatura a 42 ºC, los valores obtenidos para la

turbidez, mostraron un comportamiento similar, para la muestra control, los valores de

turbidez oscilaron entre 74 y 74,5 NTU. Obteniendo un porcentaje de remoción de 54,05

%. Seguidamente para una dosis de 16 mg/L de quitosano los valores oscilaron entre

80,9 y 83 NTU, con un porcentaje de remoción de 49,09 % y para una dosis de 22 mg/L

de 40,42 %, con valores de turbidez entre 93 y 95,5 NTU (Figura 10).

4.2.1.3 Evaluación en remoción de turbidez a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC

y 42ºC) en medio alcalino (pH 9,5)

Una vez evaluado el comportamiento en la remoción de turbidez al utilizar quitosano

como coagulante en el tratamiento de salmuera en medio ácido y cercano a la

neutralidad, se procedió a determinar la remoción de turbidez en medio alcalino. Los

resultados se muestran en la Tabla 5:

Tabla 5. Resultados remoción de turbidez residual en tratamiento de salmuera con

quitosano como coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 9,5

Turbidez (NTU) Temperatura


0 16 22 27 2,69±0,51 6,13±0,11 4,22±0,23 38 2,85±0,45 5,17±0,50 1,91±0,28 42 9,6±0,37 12,4±0,61 15,2±0,54

Fuente: Propia

Pa

turbid

porce

quitos

de re

comp

NTU y

la sal

precip

misma

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F Po

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Figura 11.

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Remocion TurbRemocion TurbRemocion Turb

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97,37%. L

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posible

el agua

ponjosa

endidas

9,5

residual

no, en

TU, para

66 la muestra control (porcentaje de remoción con respecto a la muestra inicial 98,24%),

5,2 NTU para una dosis de 16 mg/L de quitosano (porcentaje de remoción 96,81%), y

1,9 NTU para la dosis de 22 mg/L de quitosano (porcentaje de remoción 98,82%)

(Figura 11). La combinación de pH alcalino (9,5), temperatura (38ºC) y concentración de

quitosano (22 mg/L), constituyó la mejor condición para la remoción de turbidez en

muestras de salmuera concentrada a 23 ºBe.

Al aumentar la temperatura a 42 ºC, se generó un efecto desestabilizante de las

partículas coloidales, aumentando los valores promedio de turbidez residual de las

muestras tratadas, 9,6 NTU, para la muestra control, 12,4 NTU para las muestras

tratadas con una dosis de 16 mg/L y 15,2 NTU para 22 mg/L de quitosano. Los

porcentajes de remoción para este caso, se encontraron en 94,05% para la muestra sin

adición de quitosano, 92,33 % para las muestra tratadas con 16 mg/L de quitosano y

90.59%, a las que se les adicionó 22 mg/L de quitosano comercial (Figura 11).

4.2.1.4 Significancia estadística para el parámetro de turbidez a las distintas

condiciones evaluadas

Los efectos de las tres variables sobre la turbidez se muestran a continuación. En la

Tabla 6, se presenta la significancia de los efectos simples del pH, temperatura y dosis

de quitosano, la cual indica que la variación de pH fue significativa, como se puede

observar en la Figura 12A, lo que quiere decir que al menos alguno de los tratamientos

difiere de otro. La temperatura y la dosis de quitosano no tuvieron un efecto significativo

sobre esta variable.

67 Tabla 6. Significancia de los efectos simples del pH, temperatura y dosis de quitosano

calculadas con la prueba de Kruskall-Wallis para el parámetro turbidez

Parámetro pH Temperatura Dosis de Quitosano

Turbidez (NTU) 0,0000 0,1470 0,9758

Los valores con p<0,05 marcan diferencias significativas. Fuente: Propia

En la Figura 12 A, los tres valores de turbidez están a niveles distintos, lo que

muestra que para cada pH hay niveles medios de turbidez diferentes, siendo mayor el

de pH 7,3, intermedio a pH 5,1 y menor a pH 9,5. La Tabla 7 A, contiene las

probabilidades que resultan de la comparación a posteriori entre todos los tratamientos

a distintos pH: al ser todas pequeñas (<0,05) todos los tratamientos difieren

significativamente y se confirma la tendencia del gráfico. Esto indica que el pH debe

manejarse a niveles básicos para obtener los mejores resultados en la remoción de

turbidez en el tratamiento de salmuera. Con respecto a la temperatura aunque desde el

punto de vista estadístico no se presentaron diferencias significativas, los valores de

turbidez obtenidos sugieren que a nivel de procesos, la temperatura no debe superar

los 38ºC, para cumplir con el parámetro de referencia establecido, indicando este que la

turbidez residual debe manejarse por debajo de 10 NTU. Las dosis empleadas de

quitosano no representaron cambios significativos en las muestras tratadas.

En la Figura 12 B, se muestra el nivel de turbidez bajo distintas condiciones de

temperatura. La Tabla 6 señala para esta variable una probabilidad de p=0,1470, lo que

implica que no hay efectos significativos. Esto se visualiza en la Figura 12 B con cajas

muy alargadas en sentido vertical, que implican mayor dispersión entre las réplicas de

un mismo tratamiento donde es más difícil encontrar diferencias con otro. Las

probabilidades en la Tabla 7 B confirman que todos los tratamientos son iguales porque

las probabilidades son mayores a 0,05. Igual resultado se reporta para la dosis de

quitosano (Figura 12 C, Tabla 7 C).

68 Tabla 7. Significancia de los efectos simples del pH, temperatura y dosis de quitosano

sobre la turbidez calculadas mediante la prueba de Kruskall-Wallis

A pH 5,1 7,3 9,5 5,1 0,0165 0,0014 7,3 0,0165 0,0000 9,5 0,0014 0,0000 B Temperatura (ºC) 27 38 42 27 0,4057 0,1958 38 0,4057 1,0000 42 0,1958 1,0000 C Dosis de quitosano (mg/L) 0 16 22 0 1,0000 1,0000 16 1,0000 1,0000 22 1,0000 1,0000


En la Figura 13 se visualizan las posibles interacciones entre los factores

estudiados. Estas interacciones pueden ser dobles (dos factores al mismo tiempo) o

triples (los tres factores simultáneamente) pero su significancia estadística no se pudo

cuantificar por ausencia de cumplimiento en los supuestos para aplicar un ANOVA

Factorial. Sin embargo, a nivel gráfico se hacen algunas exploraciones. En primer lugar,

es posible que no haya interacción entre el pH y la temperatura (Figura 13 A) así como

tampoco entre el pH y la dosis de quitosano (Figura 13 B), porque las tres curvas

muestran comportamiento similar, pero a distinta “altura”; de hecho el cambio de altura

es consecuencia del efecto del pH que ya se mencionó (Figura 12 A). Por el contrario,

es posible que sí exista una interacción entre la temperatura y la dosis de quitosano

(Figura 13 C), pues al trabajar a mayores temperaturas (38 y 42 °C) la tendencia es al

aumento de la turbidez con la dosis de quitosano, mientras que a 27°C la turbidez

disminuye cuando se aumenta la dosis de quitosano. Con respecto a la existencia de

una interacción de los tres factores simultáneos (Figura 13 D), es posible que ésta

exista, ya que en las mayores dosis de quitosano, tiende a haber mayor turbidez

cuando los pH son 5,1 y 7,3 que cuando se trabaja a pH 9,5; pero esto tampoco se

puede probar estadísticamente.

69

Figura 12. Efectos del pH (A), la temperatura (B) y la dosis de quitosano (C) sobre la turbidez,

mostrando el valor medio (mediana) de cada tratamiento y su dispersión.

Median 25%-75% Min-Max 5,1 7,3 9,5

pH

-20

0

20

40

60

80

100

120

Turb

idez

Median 25%-75% Min-Max 0 16 22

Dosis Quitosano (ppm)

-20

0

20

40

60

80

100

120

Turb

idez

Median 25%-75% Min-Max 27 38 42

Temperatura (°C)

-20

0

20

40

60

80

100

120

Turb

idez

A

B

C

70

4.2.2 Evaluación en la remoción del parámetro color utilizando como coagulante

quitosano comercial

4.2.2.1 Evaluación en la remoción de color a condiciones de temperaturas (27ºC, 38ºC

y 42ºC) en medio ácido (pH 5,10)

En la Tabla 8 se muestra el comportamiento en la remoción de color a pH 5,10

después del tratamiento de coagulación para las distintas concentraciones evaluadas a

las temperaturas establecidas. Para una temperatura de 27ºC, los valores oscilaron

para las muestras tratadas con 16 mg/L de quitosano entre 110 y 114 UC, mientras que

para 22 mg/L de quitosano se encontraron entre 168 UC a 181UC.

pH*Temperatura

pH 5,1 pH 7,3 pH 9,5

27 38 42

Temperatura

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Turb

idez

pH*Dosis Quitosano

pH 5,1 pH 7,3 pH 9,5

0 16 22

Dosis Quitosano

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Turb

idez

Temperatura*Dosis Quitosano

Temp 27 Temp 38 Temp 42

0 16 22

Dosis Quitosano

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Turb

idez

pH*Temperatura*Dosis Quitosano

pH 5,1 pH 7,3 pH 9,5

Dosis Quitosano: 0

Temp:27

3842

-20

0

20

40

60

80

100

120

Turb

idez

Dosis Quitosano: 16

Temp:27

3842

Dosis Quitosano: 22

Temp:27

3842

A B

C D

Figura 13. Exploración gráfica de las posibles interacciones dobles (A, B, C) e interacción triple de los factores estudiados sobre la turbidez

71 Tabla 8. Resultados de color residual promedio en tratamiento de salmuera con

quitosano como coagulante a temperatura de 27ºC, 38ºC y 42ºC y pH 5,1

Color (UC) Temperatura


0 16 22 27 304±0,84 113±1,64 176±4,63 38 238±1,38 343±1,55 313±2,00 42 159±0,75 255±0,89 302±1,17

Fuente: Propia

La remoción de color se mostró en el rango de 68,58 a 88,35 % con respecto a la

muestra inicial de salmuera, encontrándose a la concentración de 16 mg/L, el mayor

porcentaje de remoción (Figura 14). De esta manera, el color mostró un

comportamiento similar a la turbidez; los menores valores se obtuvieron para la

concentración de 16 mg/L. Resultados similares reporto Herkenhoff (2008), al evaluar el

uso de coagulantes naturales en un rango de pH de 3 a 9, en el proceso de obtención

de agua potable en Maringa, Brasil, obteniendo remociones de color superiores al 75%,

al utilizar quitosano a pH de 5,5, a una dosis de 6 mg/L.

Para la temperatura de 38 ºC, se obtuvo al igual que a temperatura de 27ºC, poca

variación entre los valores de color residual, oscilando entre 236 UC y 239 UC para la

muestra control, mientras que para las muestras tratadas con 16 mg/L y 22 mg/L de

quitosano, se encontraron entre 340 a 344 UC y 310 a 315 UC respectivamente.

Mostrando porcentajes de remoción en el rango de 64,49% y 68,81%. Al elevar la

temperatura a 42 ºC, se obtuvo una remoción mayor a la obtenida a 38ºC, reportando

valores para la muestra control entre 158 y 160 UC, mostrando un porcentaje de

remoción de 83,52 %. Para dosis de 16 mg/L, los valores oscilaron entre 254 y 256 UC,

con un porcentaje de remoción de 73,60 %, finalmente para una dosis de 22 mg/L, se

encontraron entre 300 y 303 UC, con un porcentaje de remoción de 68,75%, con

respecto a la muestra inicial (Figura 14).

Figur

So

los pr

zonas

ºC. En

del ag

remoc

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4.2.2.

42ºC)

Lo

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gua y el pH

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2 Evaluaci

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o remoción

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0 7 ºC 688ºC 752ºC 83

n de color a

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bargo, Varg

s, una entre

ue los mec

la tempera

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.

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color de la

ra, a las d

ra a continu

ppm8,585,413,52

temperatu

obre la influ

gas, (2004)

e 0 y 10 ºC

canismos do

atura del ag

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emperatura

diciones de

as muestra

distintas te

uación:

16 ppm88,3564,4973,60

ras 27ºC, 3

uencia de

, analizó la

C y la segu

ominantes

gua se acer

0-40 ºC en

a porque se

e temperatu

as tratadas

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38 ºC y 42 º

la tempera

a influencia

nda entre

eran la visc

rcaba a los

ncontraron

e incremen

uras (27ºC,

con quitos

s establec

22 ppm81,7568,8168,75

72

ºC a pH

atura en

de dos

10 y 40

cosidad

0 ºC, la

que la

ntaba la

38ºC y

sano al

idas se

73 Tabla 8. Resultados de color residual en tratamiento de salmuera con quitosano como

coagulante a temperatura (27ºC, 38ºC y 42ºC) y pH 7,30

Color (UC) Temperatura


0 16 22 27 450±0,89 302±1,97 225±0,82 38 441±1,21 703±3,72 757±1,21 42 465±1,37 643±1,52 731±1,17

Fuente: Propia

La remoción de color para la temperatura de 27ºC, presentó el mismo

comportamiento a los obtenidos en la turbidez a las mismas condiciones,

encontrandose para las muestras tratadas con una dosis de 16 mg/L de quitosano

comercial, valores en el rango de 301 UC y 305 UC, mientras, para dosis de 22 mg/L

mostro menores valores entre 224 UC y 226 UC. Como se puede observar en la Figura

15, los porcentajes de remoción al igual que en el comportamiento de turbidez, tienden

a aumentar al subir la dosis del coagulante, lo que sugiere que a este pH, para obtener

mejores resultados, es necesario un aumento de las dosis del biopolimero. Contrario a

esta investigacion Valdes y col. (2014), reportaron disminución de color de 32,1 UPC a

7,93UPC, representando un 75% de variacion porcentual al tratar agua cruda usando

quitosano como coagulante orgánico con turbidez inicial de 400NTU y pH 7,49. Esto

indica que el tratamiento de coagulación esta constituido por una gran cantidad de

variables y está altamente influenciado por la naturaleza del medio a tratar.

Por otra parte, para las variaciones porcentuales de color tanto a temperatura de 38

ºC y 42º C, se presentaron los menores porcentajes de remoción de todos los análisis

evaluados, lo que sugiere que las propiedades coagulantes del quitosano a pH 7,30, al

igual que en el caso de pH 5,10 disminuyen con el aumento de temperatura.

Mostrándose un mayor porcentaje a la dosis de 16 mg/L de quitosano (28,98%) para la

temperatura de 38ºC (Figura 15), mientras que para la temperatura de 42ºC, el mayor

porcentaje se encontró en 33,49 %, a la misma dosis.

4.2.2

42ºC)

Po

tempe

su co

mues

Tablacoagu

Te

Figura 15.

2.3 Evaluac

) en medio

osterior al t

eratura (27º

omportamie

tran en la T

a 9. Resulta

ulante a tem

emperatura

(ºC)±1 27 38 42

RemocionRemocionRemocion

. Remoción

ción en rem

alcalino (pH

tratamiento

ºC, 38ºC y

ento a pH a

Tabla 9.

ados de co

mperatura (

a

n Color(%) 27 ºn Color (%) 38ºn Color (%) 42º

n de color a

moción de c

H 9,5)

o de salmue

42ºC), en

alcalino a l

lor residua

27ºC, 38ºC

0 17±1,21 15±1,21 68±6,35

F

0 ppC 53,C 57,C 51,

temperatu

color a cond

era con qui

medio ácid

las temper

l en tratam

C y 42ºC) y

Dosis d

Fuente: Prop

pm426290

ras 27ºC, 3

diciones de

itosano a c

do y cercan

raturas esta

miento de sa

pH 9,50

Color (UCde Quitosa

16 52±1,2233±1,47102±7,84

pia

16 ppm68,7028,9833,49

38 ºC y 42 º

e temperatu

condiciones

no a la neut

ablecidas.

almuera co

C) no (mg/L)

2 7 4

ºC a pH 7,3

uras (27ºC,

s operacion

tralidad, se

Los resulta

on quitosan

22 41±1,512±1,2118±4,2

22 ppm76,6721,7324,31

74

30

38ºC y

nales de

e evaluó

ados se

o como

51 21 26

Pa

para l

contro

inicial

const

mues

remoc

dentro

medio

parám

efectiv

forma

magn

(Aguil

ara esta exp

la turbidez

ol de 17 UC

(Figura 1

ituyendo u

tras tratada

ción de col

o de las tre

o ácido, ce

metro. Cabe

vamente p

ados a par

ésicos form

lar, 2002), o

Figura 16

Remocio ColoRemocion CoRemocion Co

periencia s

a pH 9,5 y

C, lo que re

6), 52 UC

un 94,67 %

as con 22

or. Reportá

es primeras

ercano a

e resaltar q

por la pres

rtir iones M

mados a pH

originando

. Remoción

or (%) 27ºColor (%) 38ºColor(%) 42ºC

e obtuvo p

temperatu

epresento u

como valo

% de remo

mg/L com

ándose par

s simulacio

la neutralid

que la esta

sencia de

Mg2+ origina

H >10 prod

una buena

n de Color a

0 ppm98,2198,3893,01

orcentajes

ra 27ºC, co

un 98,21 %

or promed

oción y 41

o dosis de

ra este últim

ones evalua

dad y en

abilidad de

hidróxidos

almente pr

ducen una

a remoción d

a temperatu

de remoció

on un valor

de remoció

io al adicio

1 UC com

e quitosano

mo tratamie

adas (temp

medio alc

las disper

de magne

resente en

buena elim

de color.

uras 27ºC,

16 ppm94,6796,5789,48

ón similare

r promedio

ón con resp

onar 16 m

o valor pr

o, mostrand

ento las me

peratura am

calino) con

rsiones col

esio carga

el sistem

minación de

38 ºC y 42

22 p95,98,89,

s a los rep

para las m

pecto a la m

g/L de qui

romedio, p

do un 95,79

ejores remo

mbiente (27

respecto

oidales se

do positiva

a. Los hid

e materia o

ºC a pH 9,

ppm,79,72,63

75

ortados

muestras

muestra

itosano,

para las

9 % de

ociones

7º C) en

a este

reduce

amente,

dróxidos

orgánica

5

76 Para el caso de la determinación de color, a temperatura de 38 ºC, los valores

promedio residuales oscilaron en 15 UC para la muestra control, 33 UC para las

muestras tratadas con 16 mg/L de quitosano y 12 UC para una dosis de 22 mg/L.

Contrario a estos valores, a la temperatura de 42 ºC, para la muestra control se

encontraron en 93 UC, 89 UC para las muestras tratadas con quitosano a una

concentración de 16 mg/L y 87 UC para 22 mg/L. Los porcentajes de remoción se

muestran en la Figura 16.

4.2.2.4 Significancia estadística para el parámetro Color a las distintas condiciones

evaluadas

La Tabla 10, muestra al igual que el parámetro turbidez, el pH tuvo efecto

significativo sobre el color. Este efecto se puede observar en la Figura 17 A, donde se

muestra mayor magnitud del color en el tratamiento a pH 7,3, magnitud intermedia a pH

5,1 y menor magnitud a pH 9,5. A cada valor de pH, hay un color significativamente

distinto de los otros, como lo muestran las probabilidades de la Tabla 11 A. Al igual que

para la turbidez, el color no fue afectado al modificar la temperatura (Figura 17 B y

Tabla 11 B) y tampoco al modificar la dosis de quitosano (Figura 17 C y Tabla 11 C).

Bajo estos resultados es indispensable que el tratamiento de salmuera se lleve a cabo

en un medio básico y desde el punto de vista operacional la temperatura del medio no

debe exceder los 38ºC. No existe un criterio con respecto al color en el tratamiento de

salmuera pero al analizar los tratamientos a los tres pH establecidos, la remoción con

respecto al medio alcalino es considerablemente menor a pH 5,10 y pH 7,30.

Tabla 10. Significancia de los efectos simples del pH, temperatura y dosis de quitosano

calculadas con la prueba de Kruskall-Wallis para el parámetro color

Parámetro pH Temperatura Dosis de

Quitosano

Color

(UC) 0,0000 0,1866 0,9576


77 La Figura 18 explora las posibles interacciones entre los factores, y se observan

resultados similares los encontrados para la turbidez. El pH no parece interactuar con la

temperatura (Figura 18 A) ni con la dosis de quitosano (Figura 18 B), pero la

temperatura sí pareciera tener una interacción con la dosis de quitosano, porque a 27

°C se observa un nivel de color más bajo para dosis de quitosano de 16 y 22 ppm,

mientras que a mayor temperatura, el color presenta mayor magnitud a estas

concentraciones de quitosano (Figura 18 C). Con respecto a los tres factores

simultáneos (Figura 18 D), es posible que exista alguna interacción, ya que en las

mayores dosis de quitosano, tiende a haber mayor nivel de color cuando los pH son 5,1

y 7,3 que cuando se trabaja a pH 9,5; pero esto tampoco se puede probar

estadísticamente.

Tabla 11. Significancia de los efectos simples del pH (A), temperatura (B) y dosis de

Quitosano (C) sobre el color calculadas mediante la prueba de Kruskall-Wallis

A pH 5,1 7,3 9,5 5,1 0,0165 0,0011 7,3 0,0165 0,0000 9,5 0,0011 0,0000

B Temperatura(ºC) 27 38 42 27 0,5563 0,2359 38 0,5563 1,0000 42 0,2359 1,0000

C Dosis de quitosano(mg/L) 0 16 22 0 1,0000 1,0000 16 1,0000 1,0000 22 1,0000 1,0000


78

Figura 17. Efectos del pH (A), la temperatura (B) y la dosis de quitosano (C) sobre el color,

mostrando el valor medio (mediana) de cada tratamiento y su dispersión (diferencia entre las réplicas de cada tratamiento).

Median 25%-75% Min-Max 5,1 7,3 9,5

pH

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Col

or

Median 25%-75% Min-Max 27 38 42

Temperatura (°C)

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Col

or

Median 25%-75% Min-Max 0 16 22

Dosis Quitosano (ppm)

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Col

or

A

B

C

79

4.2.3. Evaluación en la remoción del parámetro dureza total utilizando como coagulante

quitosano comercial

4.2.3.1 Evaluación en remoción de dureza total a condiciones de temperaturas (27ºC,

38ºC y 42ºC) en medio ácido (pH 5,10)

Para la remoción de dureza total, los valores obtenidos a temperatura de 27ºC, para

las muestras tratadas con 16 mg/L de quitosano, mostraron un promedio de 6960 mg/L,

mientras que para dosis de 22 mg/L de quitosano el valor promedio se encontró en

7215 mg/L (Tabla 12). Encontrándose, la mayor variación porcentual en 22,24% a la

respectiva dosis de 16 mg/L (Figura 19). Seguidamente al aumentar la temperatura a

pH*Temperaruta

pH 5,1 pH 7,3 pH 9,5

27 38 42

Temperatura

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

Col

or

pH*Dosis Quitosano

pH 5,1 pH 7,3 pH 9,5

0 16 22

Dosis Quitosano

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

Col

or

Temperatura*Dosis Quitosano

Temp 27 Temp 38 Temp 42

0 16 22

Dosis Quitosano

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Col

or

pH*Temperatura

pH 5,1 pH 7,3 pH 9,5

Dosis Quitosano: 0

Temp:27

3842

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Col

or

Dosis Quitosano: 16

Temp:27

3842

Dosis Quitosano: 22

Temp:27

3842

A B

C D

Figura 18. Exploración gráfica de las posibles interacciones dobles (A, B, C) e interacción triple (D) de los factores estudiados sobre el color

38ºC

un va

19), m

Por o

no su

quitos

este p

Tablaquitos

Te

Figu

mantenien

lor promed

mientras pa

tra parte al

uperaron m

sano (polím

parámetro a

a 12. Resu

sano como

emperatura

(ºC)±1 27 38 42

ura 19. Com

Remocion Remocion Remocion

do el pH, s

io de 7983

ara la dosis

l evaluar la

ás del 13,7

mero catión

a estas con

ultados va

coagulante

a

8

mportamien

Dureza total(%Dureza total(%Dureza total(%

se obtuvo p

mg/L, mos

s de 22 mg/

a temperatu

74%(Figura

ico), no co

ndiciones si

riación de

e a tempera

0 8000±44,207645±45,437433±41,44

F

to remoción

%) 27ºC%) 38ºC%) 42ºC

para la mue

strando una

/L se obtuv

ura a 42ºC,

a 19). Esto

nstituye un

muladas.

dureza to

atura (27ºC

DurezaDosis d

0 3 4 Fuente: Prop

n de durezaºC a pH 5,1

0 ppm10,6211,2913,74

estra tratad

a variación

vo una vari

las variaci

sugiere qu

n coagulant

otal en tra

, 38ºC y 42

a total (mg de Quitosa

16 6960±44,77983±44,77817±49,1

pia

a total a tem10

16 pp22,27,369,28

da con 16 m

porcentual

ación porce

ones porce

ue la natur

te efectivo

atamiento

2ºC) y pH 5

CaCO3/L) no (mg/L)

71 77 15

mperaturas

pm4

68

mg/L de qu

de 7,36 %

entual de 1

entuales ob

raleza quím

en la remo

de salmue

,1

22 7215±496933±488249±45

s 27ºC, 38 º

22 ppm19,3919,554,28

80

uitosano

(Figura

19,55%.

btenidas

mica del

oción de

era con

9,90 8,10 5,89

ºC y 42

81 4.2.3.2 Evaluación en remoción de dureza total a condiciones de temperaturas (27ºC,

38ºC y 42ºC) y pH 7,30

Al evaluar el comportamiento en la variación de dureza total de las muestras tratadas

con quitosano a temperatura 27ºC y pH 7,30, los resultados indican que al igual que el

medio ácido (pH 5,10), las muestras tratadas con 16 mg/L y 22 mg/L de quitosano

comercial, no presentaron una variación relevante con respecto a la muestras control (0

mg/L). Esto se puede apreciar en la Tabla 13 .Las variaciones porcentuales oscilaron

entre 9,06%, para la muestra control, 11,12% para una dosis de 16 mg/L, y 16,84%,

cuando se trato con una dosis de 22 mg/L de quitosano (Figura 20).

Tabla 13. Resultados variación de dureza total en tratamiento de salmuera con


Dureza (mg CaCO3/L) Temperatura


0 16 22 27 8140±60,34 7920±51,30 7443±90,98 38 7735±49,73 7757±42,42 7817±47,14 42 8031±14,51 8336±19,32 8494±41,42

Fuente: Propia Como se aprecia en la Tabla 13, el comportamiento de quitosano en la remoción de

la dureza total a temperatura de 38º C y 42º C, a pH 7,30, al igual que a la temperatura

de 27ºC no mostró variación significativa con respecto a la muestra control. Los

porcentajes de remoción en las muestras tratadas con quitosano a una dosis de 16

mg/L y 22 mg/L, no superaron el 10%, como se puede apreciar en la Figura 20.

Fig

4.2.3.

38ºC

Lo

Tabla

con re

Po

mostr

mg/L

prome

(porce

precip

del m

condic

RRR

gura 20. Re

3 Evaluaci

y 42ºC) en

os resultado

a 14. En es

especto a la

or otra parte

rando un v

se obtuvo

edio de 38

entaje de re

pitación de

medio (Agu

ciones de o

Remocion DurRemocion DurRemocion Dur

emoción de

ón en rem

medio alca

os obtenido

ta se pued

as condicio

e, las varia

alor prome

o un porce

862 mg/L,

emoción de

hidróxidos

uilar y col.

operación.

eza tota(%) 27eza total (%) 3eza total(%) 42

e dureza tot

oción de d

alino (pH 9,

os para el p

e apreciar

ones simula

ción porcen

edio de 238

entaje de r

y para la

e 64,44%).

s de magne

2002), y

0 7ºC 9

8ºC 12ºC 6

tal a tempe

ureza total

,50)

parámetro d

una variac

adas a pH 5

ntuales var

89 mg/L. C

remoción d

dosis de

Esta remo

esio al adic

a una pos

ppm9,060,24

6,81

eratura 27ºC

a condicio

dureza tota

ción aprecia

5,10 y pH 7

rían de 72,2

Consecutiva

de 55,18%

22 mg/L, u

oción es po

cionar soda

sible acció

16 ppm11,529,993,26

C, 38 ºC y 4

ones de tem

al a pH 9,5,

able de los

,30.

28% para l

amente, pa

(Figura 2

un promed

sible debid

a caustica c

ón del quit

42 ºC a pH

mperaturas

se resume

valores ob

a muestra

ara la dosis

1), para u

dio de 306

o a la form

como alcali

osano bajo

22 ppm16,849,291,43

82

7,30

s (27ºC,

en en la

btenidos

control,

s de 16

un valor

64 mg/L

mación y

inizante

o estas

Por

mues

remoc

remoc

conce

83,06

mayo

respe

trató l

71,95

Tablaquitos

Te

Fig

RRR

r otra parte

tra inicial,

ción 78,03%

ción 66,86

entración de

6% de remo

r remoción

ecto a la tem

a muestra

5% (Figura 2

a 14. Resu

sano como

emperatura

(ºC)±1 27 38 42

gura 21. Re

Remocion DurRemocion DurRemocion Dur

, a tempera

encontránd

%), 2967 m

%), mientr

e 22 mg/L

oción con

n de este p

mperatura

con 16 mg/

21).

ultados va

coagulante

a

2

2

emoción de

eza(%) 27ºCeza(%) 38ºCeza(%) 42ºC

atura de 38

dose en 19

mg/L en las

ras que la

de quitosan

respecto a

parámetro

(42ºC), el m

/L de quitos

riación de

e a tempera

0 2389±15,221967±23,572373±15,20

F

e dureza tot

0 ppm73,3178,0373,49

8ºC se obtuv

967 ppm p

tratadas co

mayor re

no en la dis

a la muestr

en cada u

mayor porc

sano, enco

dureza to

atura (27ºC

DurezaDosis d

2 7 0

Fuente: Pro

tal a tempe

vo una vari

para la mu

on 16 mg/L

emoción se

solución de

ra inicial (F

na de las

centaje obte

ntrándose

otal en tra

, 38ºC y 42

a total (mg de Quitosa

16 3862±31,22967±24,72511±23,4

pia

eratura 27ºC

16 ppm56,8566,8671,95

ación mayo

uestra contr

L de quitosa

e presentó

e salmuera

Figura 21).

condicione

enido se pr

el porcenta

atamiento

2ºC) y pH 9

CaCO3/L) no (mg/L)

25 71 48

C, 38 ºC y 4

22 p65,783,056,6

or con resp

rol (porcen

ano (porcen

al adicion

, represent

Constituye

es evaluada

resentó cua

aje de remo

de salmue

,5

22 3064±281517±213879±12

42 ºC a pH

pm770667

83

peto a la

ntaje de

ntaje de

nar una

tando el

endo la

as. Con

ando se

oción en

era con

8,22 ,21 ,61

9,50

84 4.2.3.4 Significancia estadística para el parámetro dureza total para todas las


El pH también tuvo efecto significativo sobre la dureza total (Tabla 15). En la Figura

22 A se muestra que el tratamiento a pH 5,1 fue similar al de pH 7,3, y estos dos tienen

mayor nivel de dureza que el tratamiento a pH 9,5 (Tabla 16A). La dureza no fue

afectada por la temperatura (Figura 22 B y Tabla 16 B) ni por la dosis de quitosano

(Figura 22 C y Tabla 16 C.


calculadas con la prueba de Kruskall-Wallis para el parámetro dureza total


Quitosano

Dureza(mgCaCO3/L) 0,0000 0,3311 0,9435



Quitosano (C) sobre la dureza calculadas mediante la prueba de Kruskall-Wallis.

A pH 5,1 7,3 9,5 5,1 0,6109 0,0000 7,3 0,6109 0,0000 9,5 0,0000 0,0000 B Temperatura(ºC) 27 38 42 27 1,0000 0,8975 38 1,0000 0,4489 42 0,8975 0,4489 C Dosis de quitosano(mg/L) 0 16 22 0 1,0000 1,0000 16 1,0000 1,0000 22 1,0000 1,0000


Figu

No

pH y

intera

hay m

intera

ura 22. Efect

parece hab

la dosis d

acción entre

mayor dure

acción triple

tos del pH (A

mostrando

ber una inte

de quitosan

e la temper

za cuando

e (Figura 23

A), la tempe

o el valor me

eracción en

no (Figura

ratura y la

se trabaja

3 D) tampoc

ratura (B) y

edio (median

ntre el pH y

23 B), pe

dosis de q

a a 42 °C,

co queda cl

la dosis de q

na) de cada

y la tempera

ero por el

uitosano (F

lo que no

laramente d

quitosano (C

tratamiento

atura (Figur

contrario,

Figura 23 C

ocurre a 3

definida.

C) sobre la d

o

ra 23 A) ni

podría hab

C), pues a 2

38° y a 27

85

dureza,

entre el

ber una

22 ppm

° C. La

4.2.4

coagu

4.2.4.

(27ºC

Lo

oscila

Fi

Evaluación

ulante quito

1 Evaluació

C, 38ºC y 42

os valores r

aron para co

gura 23. Ex

n en la rem

osano come

ón en remo

2ºC) en med

reportados

oncentracio

xploración gr

triple

moción del

ercial

oción de ca

dio acido (p

en la varia

ones de 16

ráfica de las

e de los facto

parámetro

rbonatos y

pH 5,10)

ación de car

mg/L de qu

posibles int

ores estudia

carbonato

sulfatos a

rbonatos a

uitosano, e

teracciones

ados sobre la

os y sulfato

condicione

temperatur

entre 2200 m

dobles (A, B

a dureza

os utilizando

es de tempe

ra 27ºC y p

mg/L y 330

B, C) e intera

86

o como

eraturas

pH 5,10,

0 mg/L,

acción

87 mientras que para dosis de 22 mg/L de quitosano se encontraron entre 2630 mg/L y

3370 mg/L. Los valores promedios se muestran en la Tabla 17.

Tabla 17. Resultados variación de carbonatos en tratamiento de salmuera con


Carbonatos (mg/L) Temperatura


0 16 22 27 3290±436,12 2680±165,22 3020±205,18 38 3100±282,81 3133±90,35 3068±47,12 42 2700±141,43 3200±101,25 3300±141,43

Fuente: Propia

La mayor variación porcentual obtenida fue de 21,32%, para la concentración de 16

mg/L a temperatura de 27ºC, mientras que a 22 mg/L estuvo en 11,13% (Figura 24).

Fuentes y col. (2008), en su estudio sobre el uso del quitosano obtenido de Litopenaeus

schmitti en el tratamiento de agua para consumo humano, reporto valores de alcalinidad

aceptables de las aguas crudas sintéticas tratadas, oscilando en el rango de 18,67-

33,33 mg CaCO3/L en un rango de pH de 6,41-6,91, sin embargo, la turbidez, así como

los demás parámetros de las muestras iniciales, eran menor a la del presente estudio.

Con respecto a las remociones presentadas a temperaturas de 38 ºC y 42º C, la

dosis de quitosano y pH ácido, no representaron mayor efectividad para la remoción de

este parámetro, presentándose la mayor remoción (9,80%) en la muestra tratada con

22 ppm de quitosano (Figura 24).

Fig

Se

mues

para d

prome

(Figur

const

salmu

Tablacomo

Te

gura 24. Re

eguidament

tras tratada

dosis de 22

edios se re

ra 25), lo

ituye un fa

ueras.

a 18. Resul

coagulante

emperatura

(ºC)±1 27 38 42

RemociRemociRemoci

emoción de

te, los valor

as con 16 m

2 mg/L de q

eflejan en la

que sugie

actor influye

ltados varia

e a tempera

a

on Carbonatoson Carbonatoson Carbonatos

e carbonato

res obtenid

mg/L de qu

quitosano s

a Tabla 18

ere que la

ente para e

ación de su

atura (27ºC

0 900±13,43786±6,36 855±3,06

F

s(%)27ºCs(%)38ºCs(%) 42ºC

os a tempe

os para la

itosano, en

e situaron e

. Encontrá

a naturalez

el caso de

ulfatos en t

C, 38ºC y 42

SDosis d

3

Fuente: Prop

0 ppm3,198,822,38

ratura 27ºC

variación d

ntre 760 mg

entre 850 m

ndose el m

za del quit

la remoció

tratamiento

2ºC) y pH 5

Sulfatos (mde Quitosa

16 812±48,5795±7,54

845±17,9pia

16 ppm21,327,840,68

C, 38 ºC y 4

de sulfatos,

g/L y 862 m

mg/L y 920

mayor porce

tosano en

ón de sulfa

o de salmue

5,1

g/L) no (mg/L)

53 4

91

m2

48

42 ºC a pH

oscilaron p

mg/L, mient

mg/L. Los

entaje en 1

medio ác

atos presen

era con qu

22 885±38,783±4,4859±1,6

22 ppm11,139,800,34

88

5,10

para las

ras que

valores

1,32 %

cido, no

ntes en

uitosano

42 48 65

Por

encon

porce

F

4.2.4.

(27ºC

Co

pH n

signifi

la Tab

r otra parte

ntraron en

entual se en

Figura 25.

2 Evaluació

C, 38ºC y 42

n respecto

natural de

icativa con

bla 19.

RemocionRemocionRemocion

e, las remoc

el rango

ncontró en 7

Remoción

ón en remo

2ºC) y pH 7

a la remoc

salmuera

respecto a

n Sulfatos (%) 2n Sulfatos(%) 3n Sulfatos(%) 4

ciones de e

de (14-13

7,74% (Figu

de sulfatos

oción de ca

7,30

ción de car

(7,30), lo

a los report

027ºC38ºC 142ºC

este paráme

%), mientr

ura 25).

s a tempera

rbonatos y

rbonatos a

os valores

tados a pH

0 ppm1,80

14,147,11

etro al elev

ras que a

atura 27ºC,

sulfatos a

las distinta

obtenidos

5,10. Esto

16 ppm11,3213,227,74

ar la tempe

42º C, la

38 ºC y 42

condicione

as temperat

s no pres

os resultado

m

eratura a 38

a mayor va

ºC a pH 5,

es de tempe

turas evalu

entaron va

os se mues

22 ppm3,33

14,466,23

89

8ºC, se

ariación

10

eraturas

adas, a

ariación

stran en

Tablaquitos

Te

Pa

consid

mg/L

remoc

Los p

5%. A

el 7,8

(Figur

Fig

a 19. Res

sano como

emperatura

(ºC)±1 27 38 42

ara este cas

derablemen

de quitosa

ción de car

porcentajes

Adicionalme

87%, mient

ra 26).

gura 26. Re


ultados va

coagulante

a

333

so, las vari

nte bajas (

ano (15,29%

rbonatos pa

de remoc

ente, a temp

ras que pa

emoción de

on Carbonatos(on Carbonatos(on Carbonatos(

ariación de

e a tempera

0 3283±63,443233±188,63070±282,8

F

aciones po

Figura 26),

%). El quito

ara el trata

ión a temp

peratura de

ara una do

e carbonato

(%) 27ºC(%) 38ºC(%) 42ºC

e carbonat

atura (27ºC

CaDosis d

4 62 81 Fuente: Prop

orcentuales

, obteniénd

osano no c

miento de

peratura de

e 42ºC, par

sis de 22

os a tempe

0 ppm2,948,336,94

tos en tra

, 38ºC y 42

arbonatos (de Quitosa

16 3150±70,73317±117,3320±70,7

pia

mostradas

dose la ma

constituyo u

salmuera a

e 38 ºC, se

a una dosis

mg/L, el po

ratura 27ºC

16 pp7,354,177,87

atamiento d

2ºC) y pH 7

mg/L) no (mg/L)

71 93 71

s a tempera

yor variació

un coagula

a pH origin

e encontrar

s de 16 mg

orcentaje s

C, 38 ºC y 4

m577

de salmue

,3

22 2880±1213383±2593350±70

atura 27ºC

ón al adicio

ante efectiv

al de la sa

on por deb

/L se remov

se situó en

42 ºC a pH

22 ppm15,293,701,39

90

era con

1,22 9,31

0,71

, fueron

onar 22

vo en la

lmuera.

bajo del

vió solo

n 1,39%

7,30

Pa

antes

mues

Tablacomo

Te

F

ara el caso

descritas,

tra inicia, d

a 20. Resul

coagulante

emperatura(ºC)±1

27 38 42

Figura 27.


o de sulfato

la remoció

ichos porce

ltados varia

e a tempera

a

Remoción

on Sulfatos(%) on Sulfatos (%) on Sulfatos(%)

os, los res

ón de este

entajes se m

ación de su

atura (27ºC

0 867±10,84793±61,75781±65,52

F

de sulfatos

027ºC38ºC42ºC

ultados ind

parámetro

muestran e

ulfatos en t

C, 38ºC y 42

SDosis d

4 5 2 Fuente: Prop

s a tempera

0 ppm5,85

13,3914,77

dican que a

no fue co

en la Figura

tratamiento

2ºC) y pH 7


16 849±63,4792±29,9820±15,5

pia

atura 27ºC,

16 ppm7,23

13,4410,50

al igual qu

nsiderable

a 27.

o de salmue

7,3

g/L) no (mg/L)

40 93 56

38 ºC y 42

m

ue las cond

con respec

era con qu

22 739±4,9

798±12,862±4,0

ºC a pH 7,

22 ppm19,2812,885,88

91

diciones

cto a la

uitosano

95 96 01

30

92 4.2.4.3 Evaluación en remoción de carbonatos y sulfatos a condiciones de temperaturas

(27ºC, 38ºC y 42ºC) en medio alcalino (pH 9,5)

Los resultados obtenidos al aumentar el pH del medio (9,5), en los parámetros

carbonatos y sulfatos, se presentan a continuación:

En la Tabla 21 se presentan los valores promedios obtenidos con respecto a los

carbonatos presentes en las muestras tratadas. En esta se puede apreciar que a

temperatura de 27ºC para la muestra control, se obtuvo un valor promedio de 1016

mg/L, representando una variación porcentual de 70,35%, con respecto a la muestra

inicial (Figura 28), mientras que al tratar las muestras con 16 mg/L y 22 mg/L, se

cuantifico un 44,12% y 63,74% respectivamente. Al aumentar la temperatura los valores

fueron superiores, lográndose la mayor remoción a 38ºC y 22 mg/L de quitosano

(Porcentaje de remoción 45,09%).Esta variación con respecto a las condiciones

evaluadas a pH 5,1 y pH 7,30, se presume es debido a la precipitación de carbonato de

calcio a valores de pH mayores a 9,5 (Liao y Randtke, 1986)

Tabla 21. Resultados variación de carbonatos en tratamiento de salmuera con


Temperatura Carbonatos (mg/L) (ºC)±1 Dosis de Quitosano (mg/L)

0 16 22 27 1016±23,62 1950±141,42 1233±94,31 38 2367±47,13 2933±94,31 1867±94,30 42 2650±212,11 2900±179,1 2860±447,81

Fuente: Propia

Fi

Los

mayo

(Figur

Obten

quitos

846m

Tablacomo

Te

igura 28. R

s resultado

r porcentaj

ra 29), cua

niéndose v

sano, repo

g/L (16 ppm

a 22. Resul

coagulante

emperatura(ºC)±1

27 38 42

Remocion CRemocion CRemocion C

Remoción d

os obtenido

je obtenido

ando se tra

valores pr

rtándose p

m de quitos

ltados varia

e a tempera

a

Carbonatos(%)Carbonatos(%)Carbonatos(%)

de carbonat

os para el p

o en las m

ato la diso

romedios

para la mu

sano) y 737

ación de su

atura (27ºC

0 858±3,54

817±21,21654±19,09

F

) 27ºC) 38ºC) 42ºC

tos a tempe

parámetro

uestras tra

olución de

con variac

uestra cont

7 mg/ L (22

ulfatos en t

C, 38ºC y 42

SDosis d

1 9 Fuente: Prop

0 ppm70,3530,3822,06

eratura 27ºC

sulfato se

atadas a 27

salmuera

ciones sig

rol un valo

ppm de qu

tratamiento

2ºC) y pH 9


16 846±25,6816±9,90

696±52,0pia

16 ppm44,1212,8214,71

C, 38 ºC y 4

muestran

7ºC, corres

con 22 m

gnificativas

or promedi

uitosano).

o de salmue

9,5

g/L) no (mg/L)

69 0

09

m221

42 ºC a pH

en la tabla

spondió a

g/L de qui

al adicio

io de 858

era con qu

22 737±1,6

802±29,684±9,4

22 ppm63,7445,0915,88

93

9,5

a 22. El

19.54%

itosano.

onar el

mg/ L,

uitosano

65 46 43

Pa

mayo

quitos

29), s

Prese

4.2.4.

condic

El p

mues

tuvier

Los c

por la

parám

en u

ara el caso

r porcentaj

sano come

se encontra

entándose u

Figura 29.

4 Significa

ciones eva

pH también

tra en la Fi

ron mayor

carbonatos

a dosis de

metros ante

n medio


del conten

e de remoc

rcial. A la

ron en 23,9

una remoci

Remoción

ancia estad

luadas

n tuvo efect

igura 30 A,

nivel de ca

no fueron

quitosano

eriormente e

alcalino, p

on Sulfatos(%) on Sulfatos(%) on Sulfatos(%)

nido de sul

ción se enc

temperatur

99% y 25,3

ón superior

de sulfatos

dística para

to significat

el tratamie

arbonatos q

afectados

(Figura 30

evaluados q

para este

027ºC38ºC 142ºC 2

lfatos, a te

ontró en 12

ra de 42ºC

35% para la

r a esta últi

s a tempera

a el paráme

tivo sobre lo

ento a pH 5

que el trata

por la tem

0 C y Tabl

que la may

caso igua

0 ppm6,36

10,7528,57

mperatura

2.38 %, par

C, los porce

as muestras

ma temper

atura 27ºC,

etro carbon

os carbona

5,1 fue sim

amiento so

peratura (F

a 24 C). E

yor remoció

almente la

16 ppm7,616,10

23,99

(38ºC) en

ra la condic

entajes de

s tratadas c

ratura.

38 ºC y 42

natos para

atos (Tabla

ilar al de p

metido a p

Figura 30 B

Esto sugiere

ón de este p

a temperat

medio alca

ción de 22 m

remoción

con el biopo

2 ºC a pH 9

cada una

23), y tal c

H 7,3, y es

pH 9,5 (Tab

B y Tabla 2

e al igual

parámetro s

tura no p

22 ppm19,5412,3825,35

94

alino, el

mg/L de

(Figura

olímero.

9,5

de las

como se

stos dos

bla 24).

24 B) ni

que los

se logra

resento

95 significancia estadística, pero para cumplir con los parámetros establecidos, elevar la

temperatura por encima de 38ºC, no representa una estrategia adecuada, ya que los

valores aumentaron con respecto a esta ultima temperatura.


calculadas con la prueba de Kruskall-Wallis para el parámetro carbonatos


Quitosano

Carbonatos(mg/L) 0,0000 0,1381 0,7586



Quitosano (C) sobre los carbonatos calculadas mediante la prueba de Kruskall-Wallis.

A pH 5,1 7,3 9,5 5,1 0,2920 0,0010 7,3 0,2920 0,0000 9,5 0,0010 0,0000

B Temperatura(ºC) 27 38 42 27 0,6166 0,1500 38 0,6166 1,0000 42 0,1500 1,0000

C

Dosis de quitosano (mg/L)

0 16 22 0 1,0000 1,0000 16 1,0000 1,0000 22 1,0000 1,0000

Fc

Figura 30. Efcarbonatos,

fectos del pHmostrando

H (A), la temel valor med

mperatura (Bdio (mediana

B) y la dosis da) de cada tr

de quitosanoratamiento y

o (C) sobre

y su dispersi

96

los ón

Es

pH 5,

donde

tempe

en un

de ca

mg/L

estad

Figutriple

s posible qu

1 y 7,3 se

e parece s

eratura a la

na interacció

arbonato se

de quitosa

ísticamente

ura 31. Expl

e de los fact

ue haya inte

observa u

ser más b

a que se re

ón entre el

e mantiene

no, y un m

e y sólo pue

oración gráf

ores estudia

eracciones

n nivel bas

ajo a 27°C

ealizo el en

pH y la do

n, a pH 9,

ayor valor

ede ser ma

fica de las p

ados sobre lo

entre el pH

stante simil

C y luego

sayo. En la

sis de quito

5 la tenden

a 16 mg/L.

anejado com

posibles inte

os carbonato

H y la temp

lar en los c

aumenta

a Figura 32

osano, ya q

ncia es a t

. Esto, sin e

mo una tend

eracciones d

os

eratura (Fig

carbonatos

de forma

2 B podría

que a pH 5,

tener bajos

embargo, n

dencia.

dobles (A, B

gura 31 A),

, no así a

proporcion

pensarse t

,1 y 7,3 los

s valores a

no puede p

, C) e intera

97

pues a

pH 9,5;

nal a la

también

niveles

0 y 22

robarse

acción

98 4.2.4.5 Significancia estadística para el parámetro sulfatos para cada una de las


El pH también tuvo efecto significativo sobre los niveles de sulfatos (Tabla 25), efecto

que se aprecia en la Figura 32 A, donde se muestra mayor magnitud de sulfatos en el

tratamiento a pH 5,1, magnitud intermedia a pH 7,3 y menor magnitud a pH 9,5. De

acuerdo con la tabla 26 A, los niveles de sulfatos sólo difieren significativamente entre

pH 5,1 y pH 9,5; pero son similares entre pH 5,1 y 7,3 y también son similares entre pH

7,3 y 9,5. Para el caso de los sulfatos, esta fue la única variable afectada por un cambio

en la temperatura (Tabla 26 B).


calculadas con la prueba de Kruskall-Wallis para el parámetro sulfatos


Quitosano

Sulfatos (ppm) 0,0361 0,0469 0,4814


Al observar cuáles tratamientos difieren (Tabla 26) ninguna de las probabilidades

fueron estrictamente menores a 0,05, pero la que relaciona el tratamiento a 27 °C con el

tratamiento a 38°C, alcanzó un valor de p=0,0619. Si bien no es significativamente

distinta con un nivel del 5% (el usado por defecto para las pruebas estadísticas), lo es

con significancia del 10%, otro valor frecuentemente utilizado en comparaciones

estadísticas (Azzimonti, 2003). Los niveles de sulfatos tampoco fueron afectados al

modificar la dosis de quitosano (Figura 32 C y Tabla 26 C).

99 Tabla 26. Significancia de los efectos simples del pH (A), temperatura (B) y dosis de Quitosano (C) sobre los sulfatos calculadas mediante la prueba de Kruskall-Wallis.

A pH 5,1 7,3 9,5 5,1 1,0000 0,0345 7,3 1,0000 0,2672 9,5 0,0345 0,2672

B Temperatura(ºC) 27 38 42 27 0,0619 0,1675 38 0,0619 1,0000 42 0,1675 1,0000

C Dosis de quitosano(mg/L) 0 16 22 0 1,0000 0,6815 16 1,0000 1,0000 22 0,6815 1,0000


Aunque las interacciones no se pueden probar, es posible que exista algún tipo de

interacción entre el pH y la temperatura (Figura 33A), pues a 42°C y pH 9,5 el nivel de

sulfatos tiende a ser más bajo que en otros casos. Por el contrario, no parece haber una

interacción entre el pH y la dosis de quitosano (Figura 33B), mientras que al estudiar el

efecto de la temperatura y la dosis de quitosano pareciera que a 27 °C los sulfatos

disminuyen cuando aumenta la dosis de quitosano (Figura 33C), lo que no se ve a

temperaturas mayores. También podría existir interacción triple entre los factores, pues

a pH 7,3 el nivel de sulfatos es menor conforme aumenta la temperatura si no se

adiciona quitosano, pero al adicionar quitosano, los mismos parecen mantenerse a 16

ppm, y a 22 ppm estos niveles tienden a aumentar (Figura 33D).

Figurra 32. Efecto

mostr

os del pH (A

ando el valo

), la tempera

or medio (me

atura (B) y la

ediana) de c

a dosis de q

cada tratamie

uitosano (C)

ento y su dis

) sobre los s

spersión

100

sulfatos,

5. Ef

Un

tratam

(MAG

Lo

efectiv

Obten

mostr

fectividad d

na vez estu

miento de s

GNAFLOC L

os resultado

vidad del

niendose p

rando valor

Figura 33. E

del políme

udiado el co

salmuera,

LT27).

os arrojados

uso de

porcentajes

res promed

Exploración

trip

ero sintétic

omportamie

se evaluó

s para la re

este tipo

de 99,69

dio de turbi

gráfica de la

le (D) de los

o poliacrila

ento del us

el uso de

emoción de

de polime

% al utiliz

idez residu

as posibles i

s factores es

amida en e

so de quito

una poliac

e turbidez (T

ero en el

ar una dos

al de 0,5 N

nteraccione

studiados so

el tratamie

sano como

crilamida a

Tabla 27), d

tratamien

sis de 2 p

NTU, mient

s dobles (A,

obre sulfato

ento de sal

o coagulant

anionica co

demuestran

nto de sa

pm del floc

tras que pa

B, C) e inte

101

muera

te en el

omercial

n la alta

almuera.

culante,

ara una

eracción

102 dosis de 4 ppm de floculante, los valores de turbidez se encontraron en 0,78 NTU

(porcentaje de remocion de 99,52%). Lo que permite deducir que la dosis óptima a

emplear este tipo de polímero no debe sobrepasar los 2 ppm. Por otra parte, la

presencia de cationes (Ca2+, Mg2+) en la salmuera, ayuda a la adsorción de partículas

negativas por polímeros aniónicos y reducen las fuerzas repulsivas porque hacen de

enlace con el coloide. Además ayudan a los enlaces de puente entre partículas y a la

neutralización de la carga (Marin, 2012).

Tabla 27. Resultados en tratamiento de salmuera con poliacrilamida aniónica como

coagulante a temperatura 27ºC y pH 10,5

Parámetros 0 mg/L Remoción(%)

2 mg/L Remoción (%)

4 mg/L Remoción (%)

Turbidez (NTU)

2,12±0,190 98,70 0,50±0,040 99,65 0,78±0,070 99,50

Color (UC)

18±1,050 98,09 3±0,630 99,70 5±0,410 99,50

Dureza total(mg/L)

977±0,003 89,14 155±0,001 98,47 304±0,001 96,76

Carbonatos (mg/L)

1965±0,005 42,21 529±0,001 84,44 621±0,001 81,74

Sulfatos (mg/L ppm)

720±0,001 21,37 553±0,003 40,30 682±0,010 25,56

Fuente: Propia

Los porcentajes para la remoción de color, presentaron la misma tendencia a la

presentada para la turbidez, obteniendose remociones del 99,65 % para una dosis de 2

ppm de poliacrilamida aniónica, mientras para la dosis de 4 ppm correspondió un

porcentaje de 99,50% (Tabla 27). Encontrandose, los valores promedios residuales

para la muestra control en 18 UC, mientras que para las muestras tratadas con 2 ppm

de poliacrilamida aniónica, se situó en 3 UC y 5 UC para 22 ppm de quitosano. La

variación de sulfatos, mostró una variacion significativa, comparada a los tratamientos

utilizando quitosano comercial, encontrandose el mayor porcentaje de remoción en 40,3

% al utlizar una dosis de 2 ppm de floculante aniónico.

La remoción de carbonatos, mostró un porcentaje de variación significativo para las

muestras tratadas con una dosis de 2 ppm de poliacrilamida anionica de 83,56 %,

encontrandose en un rango entre 501 mg/L y 534 mg/L, para las muestras tratadas con

103 2 ppm de floculante, mientras que para 4 ppm de poliacrilamida, los valores de

carbonatos se encontraron entre 612 mg/L y 625 mg/L.

Por otra parte, para la remoción de dureza total, la poliacrilamida aniónica resultó ser

altamente efectiva, al mostrar un porcentaje de 98,47 % para una dosis de 2 ppm,

encontrandose los valores de dureza entre 100 mg/L y 200 mg/L, mientras que para una

dosis de 4 ppm, los valores se situaron en 304 mg/ L de dureza total, representando un

porcentaje de remoción de 96,76 % con respecto a la muestra inicial.

5.1. Comparación estadística de los resultados obtenidos del mejor tratamiento de

quitosano con poliacrilamida

La Tabla 28 presenta la comparación entre el tratamiento donde se obtuvieron las

mejores condiciones con quitosano y el tratamiento con poliacrilamida. Esta

comparación indicó que todas las variables tuvieron una diferencia significativa

(p>0,05), es decir, hubo resultados distintos cuando el proceso de coagulación se

realizó con salmuera (en las mejores condiciones con quitosano) o con poliacrilamida.

Para la turbidez y la dureza, no se cumplió el supuesto de homocedasticidad, por lo que

se aplicó la prueba t de Student para esta situación (Daniel, 2002). En todos los casos,

la media del mejor tratamiento fue superior a la media de la poliacrilamida, lo que hace

pensar que la poliacrilamida es mejor coagulante, debido a que reduce en mayor

medida la turbidez, el color, los sulfatos, carbonatos y dureza en la salmuera tratada.

104 Tabla 28 .Comparación del mejor tratamiento utilizando quitosano comercial con la

poliacrilamida en el tratamiento de salmuera utilizando la prueba t de Student

Variable Media tratamiento

Quitosano

Media Poliacrilamida

Prueba de homocedasticidad

t Student Decisión estadística

Turbidez (NTU) 1,91 0,50 0,000 0,000 Distintas

Color(UC) 12,33 3,00 0,139 0,000 Distintas

Sulfatos (mg/L) 0,08 0,05 0,867 0,000 Distintas

Carbonatos (mg/L)

0,19 0,13 1,000 0,000 Distintas

Dureza (mg CaCO3/L)

0,02 0,00 0,013 0,000 Distintas

Fuente: Propia

105

CONCLUSIONES

La variación del pH tuvo un efecto significativo en todas las variables sobre las que

se evaluó el efecto del quitosano como coagulante (turbidez, color, sulfatos, carbonatos

y dureza total).

Los valores de turbidez a pH 5,10 y pH 7,30, en todas las temperaturas y dosis

evaluadas, se encontraron por encima del valor referencia tomado en el tratamiento de

salmuera con fines de producción de sal alimenticia (<10 NTU).

Los mayores porcentajes de remoción en color y turbidez se encontraron en 98,72% y

98,82% respectivamente a pH 9,5, temperatura de 38ºC y una dosis de 22 mg/L de

quitosano.

Para el parámetro dureza total, a pesar de obtenerse un porcentaje de remoción de

83,06% a pH 9,5, dosis de 22 mg/L y temperatura 38ºC, su valor promedio se encontró

por encima del valor referencia en el tratamiento de salmuera (1000 mg/L CaCO3),

igualmente los carbonatos se encontraron por encima de este criterio.

En la remoción de sulfatos el quitosano no constituyó un coagulante efectivo,

encontrándose el mayor porcentaje en 25,35 %, en muestra de salmuera tratada con 22

mg/L de quitosano a 42ºC y pH 9,5.

La temperatura no representó una variable estadísticamente significativa, pero a

nivel de proceso no debe elevarse por encima de 38ºC, para cumplir con los valores

referenciales de turbidez en el tratamiento de salmuera. Siendo representativa sólo para

el nivel de sulfatos, mientras que la dosis de quitosano no mostró niveles de

significancia.

106 La alta alcalinidad y dureza presente en la salmuera, constituyó un factor importante

en la remoción de turbidez, color, dureza total y carbonatos a condiciones básicas (pH

9,5), debido a la precipitación de compuestos presentes en esta.

Aunque no pudo probarse estadísticamente el efecto de interacciones dobles o triples

entre los factores estudiados, pudieron visualizarse algunas tendencias que podrían

ponerse a prueba en estudios posteriores.

La poliacrilamida demostró una mayor reducción en los parámetros de turbidez, color,

sulfatos, carbonatos y dureza en la salmuera tratada en comparación con las muestras

tratadas con quitosano comercial.

107

RECOMENDACIONES

Para la industria de tratamiento de salmuera y futuras investigaciones se recomienda;

A partir de las mejores condiciones operacionales obtenidas se recomienda un

estudio donde de evalúen distintos tipos de sal bruta (lavadas y no lavadas), y evaluar si

rangos de turbidez menores a las evaluadas en este estudio representa un factor

relevante en la remoción de los parámetros establecidos.

Es necesario realizar una optimización del tratamiento físico existente, entre ellos, la

colocación de filtros en el tratamiento de salmuera con el fin de mejorar la calidad del

producto final y ser más efectivo el tratamiento químico.

Se recomienda realizar un tratamiento previo de la sal bruta a procesar (lavado), de

tal manera de disminuir los contaminantes y aumentar la efectividad del tratamiento

químico.

Para futuras investigaciones siguiendo la normativa existente, se recomienda el

estudio de un rango más amplio de pH y demás variables en los procesos de

coagulación y floculación.

108

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115

ANEXOS

116

Ficha Técnica

Nombre del Producto:

BIOFLOC

Elaborado por: INNOVAQUITO,C.A. Ingrediente

activo: N-acetil-D-Glucosamina 85%

Concentración: 50.000ppm Quitosano85% Estado Físico: Líquido

Aspecto: Leve opalescencia Toxicidad: Inocuo

Modo de Acción: Actúa como floculante/coagulante, su funcionalidad se debe a las características en la cadena polimérica, la cual posee

cargas positivas y negativas, que permite atrapar los flóculos que se formaron previamente, sin importar las cargas que

estén dominando en el medio, acelerando de esta manera la separación entre el sobrenadante y las partículas.

AguasAplicables: Cualquier tratamiento de agua en el que se necesite flocular/coagular: industria petrolera, alimenticia, papeleras,

tenerías, tratamientos en aguas crudas (Hidrológicas), aguas residuales, industriales, piscinas, entre otras.

Forma de Aplicación:

Se debe añadir directamente al líquido el cual se desea tratar agregando el BIOFLOC con una leve agitación hasta la

formación de los coágulos. Dosis

Recomendadas: Varía dependiendo del tipo de agua y proveniencia de la

misma. Beneficios: Aumenta notoriamente la capacidad de agua a tratar en los

sistemas, por la rapidez con que actúa. No es toxico, biodegradable, no contiene metales pesados, amigable con el ambiente, puede estar en contacto directo

con la piel (no es necesario usar protección corporal para su aplicación).

Compatibilidad: Agua, lodos, sedimentos, soluciones con metales pesados, pigmentos, aceites y grasas, materia orgánica, entre otros.

Importante: BIOFLOC se adapta totalmente al decreto Venezolano Nº 883 “NORMAS PARA LA CLASIFICACION Y EL

CONTROL DE LA CALIDAD DE LOS CUERPOSDE AGUA Y VERTIDOS O EFLUENTES LÍQUIDOS”, porque no aumenta los parámetros químicos que posee el efluente al momento

de su consumo o su descarga.

117

Ficha técnica Nombre del producto: Floculante MAGNAFLOC LT27 Elaborado por : CIBA SPECIALTY CHEMICALS Ingrediente active: Poliacrilamida aniónica

Descripcion: MAGNAFLOC LT27 es una poliacrilamida

aniónica de alto peso molecular, usado para el tratamiento de agua para consumo humano. MAGNAFLOC LT27, se encuentra certificado internacionalmente por la American Standard ANSI/NSF 60

PROPIEDADES TIPICAS Apariencia: Solido granulado color blanco

Densidad: Aprox .0,7 g/cm3

pH al 1% de solucion: Aprox. 7,3

Acrilamida libre: Menor de 0,020%

118

Tratamiento de salmuera usando quitosano como coagulante a condiciones de 27ºC y

pH 5,10


pH 9,50

119


pH 7,30

Tratamiento de salmuera usando quitosano como coagulante a condiciones de 42ºC y pH 9,50

EFECTIVIDAD DEL QUITOSANO COMO COAGULANTE EN EL...

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