ALMIDONES NATURALES COMO COAGULANTES-FLOCULANTES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS DE ESCORRENTÍA DE MINA NATURAL STOCKS AS COAGULANTS-FLOCCULANTS IN THE TREATMENT OF MINE SLOW WATERS
Becerra, E; Díaz, J; Díaz, Díaz, Y; Port al, W; Romero, J; Urteaga, G. G. Universidad Privada del Norte – Cajamarca. Ingeniería de Minas. Plan de Cierre y Recuperación en Minas. Ing. Deicy Sánchez Espinoza, Cajamarca – Perú. 2016 Resumen En este estudio se compararon mezclas con potencial coagulante-floculante compuestas por almidón de yuca, almidón de la tusa del maíz y sulfato de aluminio grado comercial, que permitirían reducir la cantidad sulfato de aluminio usado en plantas de tratamiento de agua. Se tuvo en cuenta 30 mg/L de sulfato de aluminio (tratamiento 1) (metodología de Laines), que sirvió como base para la preparación de cuatro mezclas con distintas composiciones de almidones y sulfato de aluminio (tratamientos 2 a 5). En cada tratamiento se midieron los parámetros fisicoquímicos relevantes en ensayos de coagulación-floculación: turbiedad, pH, conductividad y sólidos en suspensión. Los resultados indican, una reducción de turbidez de 78 NTU hasta 8.9 NTU, la conductividad aumentó mientras se adicionó más cantidad de sulfato de aluminio, lo contrario ocurre si se adiciona los almidones, percatándose de la buena función del almidón de la tusa de maíz adsorbiendo los metales; con respecto al pH, se comprobó que se elevó, convirtiendo el agua en alcalina en el tratamiento 5 (pH: 7.5). Finalmente, con los sólidos en suspensión se ratificó que disminuye con la adición de los almidones. Palabras clave: coagulante, coagulante, floculante, conductividad.
Abst Ab st rac t In this study, mixtures with coagulant-flocculating potential composed composed of cassava starch, corn starch of maize and commercial grade aluminum sulfate were compared, which would reduce the amount of aluminum sulphate used in water treatment plants. 30 mg / L aluminum sulphate (treatment 1) (Laines methodology) was used, which served as a basis for the preparation of four mixtures with different starch and aluminum sulphate compositions (treatments 2 to 5). In each treatment the relevant physicochemical parameters were measured in coagulation-flocculation coagulation-flocculation assays: turbidity, pH, conductivity conductivity and suspended solids. The results indicate a reduction of turbidity of 78 NTU to 8.9 NTU, the conductivity increased while an additional amount of aluminum sulfate was added, the opposite happens if the starches are added, noting the good function of the corn starch of the corn by adsorbing Metals; With respect to the pH, it was verified t hat it was elevated, turning the water to alkaline in the treatment 5 (pH: 7.5). Finally, with the suspended solids, it was confirmed that it decreases with the addition of the st arches. Key words: Coagulant, Coagulant, flocculant, conductivity. conductivity.
INTRODUCCIÓN Uno de los problemas en minería, es el tratamiento las aguas de escorrentía o de exceso que se generan en la temporada de lluvias que transcurre entre los meses de octubre y abril. El agua que cae en grandes cantidades sobre la zona de operaciones, ingresando a las pilas de lixiviación y a las pozas de procesos, genera un excedente de agua en el sistema que es necesario liberar ya que afecta el proceso de producción y puede poner en riesgo su capacidad de contención. Esta agua debe ser tratada para disminuir las concentraciones de metales y sedimentos y luego, una vez que cumple con los límites máximos permisibles establecidos en la legislación vigente, sea devuelta a las cuencas de origen en las mismas cantidades y condiciones en las que fue recolectada (Yanacocha, 2015). Para lograr la clarificación del agua, es necesaria la utilización de agentes coagulantes, así como coadyuvantes de coagulación, que permiten eliminar un porcentaje significativo de las partículas en suspensión (típicamente entre 80 y 90 %); este proceso es conocido como coagulación-floculación. La materia prima propuesta para el tratamiento del agua se extrae de la naturaleza sin ningún proceso invasivo; de esta manera se rompe el paradigma de la exclusividad de los productos químicos industriales tales como el sulfato de aluminio y el sulfato férrico para tratar el agua y se abre la posibilidad a nuevas tecnologías a bajo costo, inocuas para la salud humana y respetuosa con el medio ambiente. (Arcila & Peralta, 2015) La materia prima propuesta, está compuesta de almidón de yuca, que cumplirá la función de coagulante natural, haciendo que los sólidos en suspensión decanten y el almidón de la tusa u olote de maíz adsorberá los minerales pesados. (silvan, Canepa, & Barajas, 2012). Estas técnicas disponibles hoy en día, están demostrado ser eficiente y ventajosas debido a que el material; es de fácil manejo en el tratamiento, el material se puede regenerar mediante la desorción del metal (almidón de tusa de maíz), y sobre todo se puede encontrar en abundancia en la naturaleza y son de bajo costo. Estas masas
de almidón de yuca y tusa de maíz, conjuntamente con el sulfato de aluminio, se aplicó a muestras de aguas de escorrentía, con la finalidad de comprobar que permitirían reducir la cantidad sulfato de aluminio usado en plantas de tratamiento en mina.
MATERIALES Y MÉTODOS El enfoque de la investigación es cuantitativa y experimental (Hernández, et al., 2003), ya que se estará analizando el comportamiento de las aguas de escorrentía, al estar en contacto con los coagulantes-floculantes naturales y con el sulfato de aluminio a diferentes concentraciones. Por otra parte, conocer la capacidad que tiene la mescla tanto para la decantación de los sólidos en suspensión, así como la adsorción de los metales pesados.
Agua de Escorrentía El agua de escorrentía empleada como muestra se tomó de mina Tantahuatay, compuesta principalmente por arena, limo, lodo y agua acida. La recolección de la muestra de efectuó en el mes de noviembre, el volumen de agua recolectada fue de 8 litros en dos recipientes de plástico de 4 litros cada uno. Las muestras de agua se llevaron a los laboratorios de biología y química de la UPN, en donde se midieron parámetros fisicoquímicos iniciales como turbiedad, pH, conductividad y sólidos en suspensión; para ello se utilizó el medidor multiparámetro.
Obtención del almidón de yuca y de tusa de maíz Se adquirieron 2 kg de yuca. Para la obtención del almidón, se utilizará la metodología de Aparicio (2003). Se pesarán y lavarán los 2 kg de yuca. Los tubérculos ya pelados se picaron en porciones de aproximadamente 2×1.2 cm, remojándose en un recipiente que contenga un volumen de agua de seis veces el peso de la muestra a temperatura de 40 ºC. La yuca picada se trituró en una licuadora, hasta su completa desintegración. Ya molida se lavó tres veces con agua caliente (40 ºC), luego la masa se tamizó, a malla 100 μm escala Tyler. El cernido fue recolectado en un recipiente donde se dejó sedimentar durante 3 h
aproximadamente. La pasta se secó en una estufa a 40 ºC por 24 h, pulverizándose finalmente. Se adquirieron 5 tusas de maíz. Para la obtención del almidón, las muestras fueron secadas durante 3 días al sol. Luego fueron molidas en un molino y tamizadas a malla 50 μm. (Jiménez, Meza, & Montes, 2015).
Obtención de sulfato de aluminio Para la obtención de el sulfato de aluminio, se compraron bolsas de alumbre (sulfato de aluminio comercial) y se las trituró con una picota, luego se tamizó a malla 100 μm escala Tyler.
Determinación de la dosis óptima de las mezclas Tomando como base la concentración óptima del sulfato de aluminio comercial, que fue de 30 mg/L (tratamiento 1), según la metodología de (silvan, Canepa, & Barajas, 2012). Se prepararon las mezclas almidones: sulfato en las proporciones de concentración siguientes: 8:22 mg/L1 (tratamiento 2); 15:15 (tratamiento 3); 22:8 (tratamiento 4); 30:0 (tratamiento 5) mitad de almidón de yuca y mitad de almidón de la tuza del maíz, según la metodología antes mencionada y cada tratamiento en 1 día.
Se adquirieron seis baldes de plástico de dos litros, en cada uno de ellos se agregó una muestra de agua de escorrentía (un litro), el primero será la muestra base, a los demás se les agregó el sulfato de aluminio; luego se llevó a cabo un mezclado utilizando el método de Letterman y Villegas (1976) que consiste en una mezcla rápida por 15 s a 200 rpm, a fin de desestabilizar las cargas superficiales de las partículas. Seguidamente se agregó los almidones en concentración 1:1 para dar una mezcla lenta por 25 min a 25 rpm. Después se dejó sedimentar por un tiempo de 30 min. Al final del experimento a cada mezcla se midieron los parámetros de caracterización de la calidad del agua (turbiedad, pH, conductividad y TSS) en el laboratorio de química de la Universidad. A continuación, se describe cada una de las actividades que se llevarán a cabo para realizar la presente investigación. Ilustración 2: Metodología de investigación
Ilustración 1: baldes con las muestras
Fuente 2: elaboración propia
Análisis estadíst ico
Fuente 1: Elaboración Propia
En cuanto al análisis estadístico se utilizó el diseño al azar para el análisis de varianza y probar la igualdad de medias entre los tratamientos. (Rubio 2003). Los datos serán evaluados en el programa Minitab 17, que nos permitirá comparar y tener un mayor margen de análisis y de presentar datos aproximados tendremos la certeza de que el margen de error mínimo mostrado, demuestra la eficacia o no del proyecto.
RESULTADOS Después de los experimentos diarios por cada adición (5 días), los datos obtenidos se unieron para realizar las gráficas de intervalos.
Remoción de tur bidez El análisis de varianza para la turbidez indica diferencias muy significativas entre los tratamientos. En la figura siguiente, se observa que el tratamiento que presenta el color más bajo es la muestra 2 (28 mg/L1 de sulfato de aluminio comercial más 2 mg/L de almidones), seguido por el tratamiento 4 (8 mg/L1 de sulfato de aluminio comercial más 22 mg/L de almidones)
Comportamiento del pH El pH inicial de la muestra de agua fue de 6.6. Con la dosis óptima (30 mg/L de sulfato de aluminio comercial), se acidificó levemente hasta un promedio de 6.2 y con las mezclas coagulantes (tratamiento 2 al 4) el pH aumentó gradualmente hasta igualar al tratamiento 1. El tratamiento 5 elevo el pH por encima del tratamiento 1, hasta 7.1.
Ilustración 5: Comportamiento del pH
Comportamiento de los sólidos en suspensión
Ilustración 3: Comparación de medias de los tratamientos. Las barras verticales denotan intervalos de confianza de 0.95
las muestras 2 y 3 ratifican su capacidad coagulante y aquí observamos menor cantidad de solidos disueltos y una mayor homogeneidad de los datos. las gráficas muestran mayor cantidad de solidos disueltos en la muestra 0, 4 y 5.
Comportamiento de conductividad Los valores obtenidos de la variable turbiedad indican diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos. El tratamiento que muestra una mayor reducción de la conductividad es el 5 (30 mg/L1 de almidones), seguido por el tratamiento 4 (22 mg/L1 de almidones más 22 mg/L de sulfato de aluminio comercial)
Ilustración 6: Comportamiento de Sólidos en Suspensión
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Ilustración 4: Comportamiento de la conductividad
Los resultados obtenidos en esta investigación en cuanto a la remoción de turbidez son comparables, con una reducción de 78 NTU hasta 8.9 NTU. Con respecto a la conductividad; ésta, aumenta mientras se adicione más cantidad de sulfato de aluminio ya que este es un mineral, lo contrario ocurre si se adiciona los almidones,
percatándose de la buena función del almidón de la tusa de maíz adsorbiendo los metales. Con respecto al pH, se puede comprobar que se elevó, convirtiendo el agua en alcalina, en el tratamiento 5 (pH: 7.5). Finalmente, con los sólidos en suspensión se ratificó que disminuye con la adición de los almidones.
CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en el presente trabajo lograron comprobar que las mezclas de sulfato de aluminio con almidón de yuca tienen un potencial de coagulaciónfloculación y podrían ayudar al tratamiento de las aguas de escorrentía de mina. El empleo de almidones como agentes coadyuvantes, mezclado con sulfato de aluminio (agente coagulante), permitiría reducir el costo económico de 2.256 US$ por m3 de tratamiento. Es importante realizar futuras investigaciones con almidones estructuralmente modificados empleando técnicas de polimerización por injerto con el propósito de aumentar la efectividad en procesos de tratamiento de aguas superficiales y de escorrentía y de esa manera cada vez ir disminuyendo el uso de coagulantes metálicos.
REFERENCIAS Arcila, H. R., & Peralta, J. a. (2015). Agentes
Naturales como Alternativa para el Tratamiento del Agua. Ibagué, Colombia. Herbert, J. H. (2007). Elementos de Mineria. Madrid. Huamán, C., Miranda, I., Muñoz, O., Rudas, P., & Soto, J. (2016). Sistema de
Wetland en Serpentín para el Tratamiento de Aguas Ácidas. Cajamarca. Jiménez, F. O., Meza, C. L., & Montes, S. B. (2015). Biosorción de Pb (II) de aguas
residuales de mina usando el marlo de maíz (zea mays). Peru. silvan, R. S., Canepa, J. L., & Barajas, J. H. (2012). Mezclas con Potencial
Coagulante para Clarificar Aguas Superficiales. Mexico. Yanacocha. (2015). Tratamiento del agua. Obtenido de Yanacocha: http://www.yanacocha.com/2tratamiento-del-agua/
ANEXOS
