EVALUACIÓN DE LA REMOCIÓN DE LA TURBIDEZ PRESENTE EN AGUAS NATURALES A PARTIR DE CÁSCARA DE BANANO COMO BIOCOAGULANTE

Laura Valentina Perilla Infante

EVALUACIÓN DE LA REMOCIÓN DE LA TURBIDEZ PRESENTE EN AGUAS NATURALES A PARTIR DE CÁSCARA DE BANANO COMO BIOCOAGULANTE

Planteamiento del problema

Actualmente, la calidad del agua es una problemática a nivel global debido a que en su mayoría las principales fuentes de contaminación está dada por  actividades antropogénicas y el  crecimiento demográfico que derivan hacia los cuerpos de agua. La contaminación de estos genera inconvenientes tanto al medio ambiente como a la salud de la población aledaña a los cuerpos de agua o los que se surten de la misma, por lo tanto se requiere la búsqueda de un componente orgánico, el cual minimice estos impactos y por el contrario, mejore la calidad de estas aguas para así ser utilizada para el consumo humano o en diferentes labores agrícolas, como alternativa sustentable para la clarificación de las aguas residuales, naturales o potables.

Justificación

En Colombia la producción de banano es de 14.974.807 t/año y de esta producción se generan 71.943.813 t/año de residuos agroindustriales (Mazzeo, 2010), esto produce diferentes problemáticas asociadas al manejo de estos residuos, ya que usualmente son incinerados o son llevados a rellenos sanitarios. El presente trabajo busca como alternativa el uso de residuos agroindustriales de banano para el tratamiento de aguas naturales, en el proceso de coagulación, siendo este uno de los procesos con mayor importancia para el tratamiento de agua. Al usar el biocoagulante habría una reducción en el uso de coagulantes químicos en la clarificación de agua, que son nocivos para la salud humana y en cambio, los biocoagulantes son a base de productos orgánicos que a su vez ayudan con el ciclo de vida de diferentes industrias y reducir el impacto al medio ambiente.

El banano tiene características en diferentes partes (fruto, cáscara, desechos de biomasa, pseudotallo), que reafirman su potencial como coagulante, gracias a sus concentraciones de almidón, proteínas, aminoácidos y algunas características propias coagulantes reportadas por diversos autores. Además hay que resaltar que el cultivo de banano en el territorio Colombiano es muy amplio, lo que facilita la obtención de residuos de esta industria. (Ortiz C, 2020).

Objetivos

Objetivo general

Evaluar la remoción de turbidez presente en aguas naturales a partir de cáscara de banano como biocoagulante

Objetivo específico

• Medir y cuantificar por medio de ensayos de laboratorio la capacidad de la cáscara del plátano en la clarificación de aguas.
• Determinar los rangos de aplicación y las dosis óptimas en los que un coagulante a base de cáscara de plátano tenga efectos clarificadores en las aguas.
• Obtener el biocoagulante a partir de la cáscara de banano por medio de una extracción sin agentes químicos.
• Comparar los resultados obtenidos por coagulación con la cáscara de plátano y con un coagulante químico convencional como el sulfato de aluminio y cloruro férrico.
• Determinar la eficiencia de remoción de turbidez en aguas naturales utilizando el biocoagulante a partir de cáscara de banano.

Antecedentes

El tratamiento de aguas está constituido por una etapa denominada clarificación, la cual incluye el proceso de coagulación-floculación, donde las partículas presentes en el agua se aglomeran para la formación de pequeños gránulos llamados ‘flocs’. Por medio del uso de reactivos químicos inorgánicos , entre los más utilizados se encuentran el sulfato de aluminio y el cloruro (Kurniawan, B, 2020). Sin embargo el uso de estos reactivos generan diferentes impactos en el ambiente y en la salud de las personas; por ende en los últimos años se han realizado diferentes estudios en los cuales se evalúa el potencial de coagulantes naturales en el tratamiento de aguas como alternativa en el proceso de coagulación. Una de las alternativas es el uso de la cáscara de banano para ser utilizada como materia prima para la obtención del biocoagulante.

Biocoagulantes naturales

La utilización de subproductos de origen natural para el uso como biocoagulante es una alternativa en tema de investigación de los últimos años, donde generalmente los extractos de fuentes naturales provienen de hojas, semillas, raíces, frutas y cortezas, extraídos de plantas y de árboles (Pritchard et al, 2009). Bravo (2017), realizó una recopilación de las principales fuentes naturales más utilizadas como biocoagulantes  entre ellos resaltan la semilla de nirmali, Moringa oleifera, taninos y cactus. La Moringa oleifera es la que más se ha utilizado para evaluar su efectividad en la clarificación de aguas y la que ha obtenido mejores resultados en el proceso de coagulación. En esta investigación se resaltan algunos estudios donde se utilizaron la cáscara de banano como biocoagulante, sin embargo la información no es muy extensa debido a la falta de investigación con este subproducto.

En un estudio de revisión donde se exponen algunas verduras, frutas y leguminosas como coagulantes naturales de origen vegetal prometedores en la clarificación del agua realizado por Choy et al (2015), resaltan la utilización de banano como biocoagulante además de otras fuentes naturales como la papa, yuca, maíz, banano, café, trigo y arroz, y su potencial uso como biocoagulante, además de resaltar diferentes eficiencias de remoción turbidez obtenido por cada una de las verduras, frutas y leguminosas. En este estudio da más importancia e información sobre el uso de la cáscara de banano como biocoagulante, donde se exponen sus propiedades para ser utilizado para tal fin como las proteínas, aminoácidos y el almidón, las eficiencias de remoción del biocoagulante de banano son altas comparados con otras verduras y leguminosas utilizadas.

En Perú se analizó la alternativa de utilizar mucílagos y almidones para el proceso de coagulación y floculación, para eso se tuvieron en cuenta diferentes especies de plantas entre ellas el agave, la salvia, aloe vera, Manihot esculenta y Caesalpinia spinosa obteniendo eficiencias de remoción superiores a 40 % para cada una de las especies de plantas (Díaz, S., & Tafur, V. I., 2020). Por último hay una investigación titulada ¨Un biofloculante a base de polisacáridos BP50-2 a partir de residuos de cáscara de plátano: purificación, estructura y rendimiento de floculación¨, dónde su principal objetivo es caracterizar la extracción del biofloculante de banano, permitiendo conocer sus componentes como los diferentes polisacáridos, proteínas, aminoácidos y almidones por medio de cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC), estos componentes permiten que el banano tenga características para la eliminación de pigmentos, adsorción de metales pesados y floculación de partículas (Ma et al, 2021).

Biocoagulantes a partir de banano

Aguilar et al (2017) realizaron un estudio en el que evaluaron la yuca y el banano para el tratamiento de aguas residuales, comparando la eficiencia de remoción de estos dos biocoagulantes. Se realizó la extracción y la medición de los parámetros como el color, pH, turbiedad y sólidos suspendidos totales (SST), las mediciones se realizaron antes del tratamiento y posteriormente de utilizar los biocoagulantes. Previamente se realizó el test de jarras para cada uno para determinar la dosis óptima  que iba a ser utilizada en el tratamiento, se obtuvo que la dosis óptima de la extracción del almidón de banano fue de 18,5 mL presentando una eficiencia de remoción de 38%. Dando un indicio del posible uso del banano como biocoagulante y aproximándonos a una dosificación que puede ser usada. Por otro lado Alwi y otros en el 2013, realizaron un estudio preliminar donde se realizó una extracción para la obtención del biocoagulante, sin embargo esta no se realizó con la cáscara del banano, sino con su tallo, donde de igual manera se midieron los diferentes parámetros fisicoquímicos con una remoción de turbidez de 98% con una dosis de 90 mL. Este estudio es relevante ya que nos muestra otras partes del banano que pueden ser utilizadas como biocoagulantes y que de igual manera se consideran como residuos que se pueden tener en cuenta para ser utilizadas en la investigación.

Teniendo en cuenta dos artículos de Malasia sobre el uso de banano como biocoagulante, en el primero se compara la efectividad de remoción de turbidez con dos diferentes metodologías de extracción del biocoagulante, siendo estas  la extracción asistida por microondas (MAE) y el calentamiento convencional de extracción (CHE), estas metodologías se pueden tener en cuenta ya que muestran altas eficiencias de remoción, teniendo un mejor resultado la extracción asistida por microondas (MAE), que el calentamiento convencional de extracción siendo sus remociones de 45% y de 78% respectivamente con una dosificación de 75 mL  (Enl et al, 2019). Por otra parte, el segundo estudio utiliza otro método de extracción del coagulante natural, utilizando un método de extracción simple evaluando diferentes tipos de disolvente, dando como resultado que el mejor era el hidróxido de sodio (NaOH), con un porcentaje de remoción de 88% con una dosificación de 100 mL (Mokhtar et al, 2019). En concordancia con lo anterior, Reyes y Guevara en el 2017, en un estudio titulado Obtención de almidón de plátano (Musa paradisiaca spp) modificado para el proceso de coagulación-floculación Moyobamba, realizan una investigación donde exponen dos diferentes metodologías de extracción del almidón (nativo y modificado) de la cáscara de banano para ser utilizado como biocoagulante, el almidón modificado (uso de ácido acético), presenta menores eficiencias de remoción comparadas con el almidón nativo, esté por debajo de 3%, además se evaluó la remoción de color con los dos extracto de almidon de banano y se obtuvó un porcentaje de 98% siendo mayor el de almidón nativo y el que tiene menor impacto ambiental al no tener químicos.

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