7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
1/78
UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE QUERTARO
Nombre del Proyecto:
EVALUACIN DE LA CAPACIDAD DE REMOCIN DE ZINC
CON Eleocharis b onariensis n ees ACTIVADA TRMICAMENTE
EN UN SISTEMA DINMICO DE COLUMNAS
Empresa:
CENTRO DE GEOCIENCIAS-UNAM
CAMPUS JURIQUILLA
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el ttulo de:
INGENIERO AMBIENTAL
Presenta:
CABALLERO GMEZ MARA DE LOS ANGELES
M. en I. Jos Ramn Prez Contreras M. en C. Mara Carolina Muoz Torres
Asesor de la UTEQ Asesor de la Organizacin
Santiago de Quertaro, Qro. Junio 2014
Universidad Tecnolgica
de Quertaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnolgica de Quertaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnolgica de
Quertaro, o=UTEQ, ou=UTEQ, [email protected], c=MX
Fecha: 2014.06.10 13:03:07 -05'00'
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
2/78
2
Resumen
La contaminacin del agua por metales pesados es un problema actual,
debido a la presencia de estos en las aguas residuales por la creciente
actividad industrial. Estos metales repercuten en el medio ambiente as como
en la salud de la poblacin. El estado de Quertaro tiene como principal
actividad econmica la industria, la cual es una de las principales causas de las
altas concentraciones de metales en el agua. Existen varios mtodos para la
remocin de metales pesados los cuales en su mayora son costosos y noreutilizables. Por lo tanto la biosorcin puede ser una alternativa econmica y
amigable con el medio ambiente. La planta Eleocharis bonariensis neeses una
opcin viable y de bajo costo. La planta Eleocharis bonariensis neesactivada
trmicamente es una buena opcin como biosobente con porcentajes de
remocin mayores al 90% en la fase esttica, en base a este desempeo el
propsito de este proyecto es evaluar la capacidad de adsorcin de Zn2+ en un
sistema dinmico de columnas. Las pruebas realizadas consistieron en evaluar
la influencia del flujo, altura de lecho y diferentes concentraciones de Zn2+. Los
resultados obtenidos demostraron que la planta Eleocharis bonariensis nees
activada trmicamente en un sistema dinmico tiene un buen desempeo a
una altura de 2 cm de lecho, a un flujo de 0.067 ml/min y tiene mayor
capacidad de adsorcin a concentraciones bajas 10 mg/L.
(Palabras Clave: biosorbente, metales pesados, Zn2+, remocin)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
3/78
3
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
4/78
4
Dedicatorias
Dedico y agradezco a Dios por permitirme lograr esta meta en mi vida
satisfactoriamente, en compaa de mis seres queridos.
Dedico a mis padres Mara de los ngeles Gmez y Antonio Caballero
por su esfuerzo, apoyo, dedicacin, su fe en m y el amor que me han dado.
Todo ello me ha ayudado a ser la persona que soy.
Dedico a mis hermanos: Marco, Esteban, Ricardo, Francisco y Benjamn
que son mis compaeros, amigos y un gran apoyo.
Dedico a mis amigos por haberme apoyado e impulsado a seguir adelante
en momentos difciles y que vivieron conmigo el esfuerzo de realizar una meta
ms en mi vida.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
5/78
5
Agradecimientos
Agradezco a la M. en C. Ma. Carolina Muoz Torres, del Centro de
Geociencias de la UNAM, por su paciencia, enseanza, dedicacin, y la
asesora que me brind a lo largo de este proyecto. Por ser una persona con
mucho carisma, calidez humana y que me dio la oportunidad de sentirme en
casa en CGEO.
Agradezco a la Dra. Marina Vega Gonzlez, del Centro de Geociencias
de la UNAM por su ayuda y asesora, que me brindo a lo largo de este
proyecto. As como su paciencia y enseanza.
Agradezco a M. en I. Jos Ramn Prez Contreras de la UTEQ por su
apoyo, tiempo, enseanza y asesora a lo largo de este proyecto.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
6/78
6
NDICE
Resumen ........................................................................................................................................ 2Summary..3
Dedicatorias ................................................................................................................................... 4
Agradecimientos ............................................................................................................................. 5
ndice .............................................................................................................................................. 6
ndice de tablas y figuras ............................................................................................................... 9
I. INTRODUCCIN ..................................................................................................................... 11
II. ANTECEDENTES ................................................................................................................... 12
III. JUSTIFICACIN ..................................................................................................................... 15IV. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 16
4. 1 Objetivos especficos ................................................................................................... 16
V. ALCANCES ............................................................................................................................. 17
VI. ANLISIS DE RIESGOS ....................................................................................................... 18
VII. FUNDAMENTACIN TERICA ........................................................................................... 20
7.1 Plantas Acuticas (macrfitas) .................................................................................... 20
7.2 Identificacin Taxonmica ............................................................................................. 22
7.3 Los metales pesados en el medio ambiente.............................................................. 237.4 Zinc .................................................................................................................................. 24
7.4.1 Zinc como elemento traza ...................................................................................... 24
7.4.2 Deficiencia de zinc .................................................................................................. 25
7.4.3 Exceso de zinc ......................................................................................................... 25
7.4.4 Dosis y vas de exposicin.................................................................................... 26
7.4.5 Metabolismo ............................................................................................................. 27
7.4.6 Presencia en el medio ambiente........................................................................... 28
7.5 Mtodos para remocin de metales pesados ............................................................ 29
7.5.1 Mtodos disponibles para la remocin de metales pesados del agua........... 30
7.5.2 smosis Inversa ...................................................................................................... 30
7.5.3 Electrodilisis ........................................................................................................... 31
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
7/78
7
7.5.4 Adsorcin .................................................................................................................. 31
7.5.5 Biosorcin ................................................................................................................. 32
7.6 Activacin ......................................................................................................................... 32
7.6. 1 Activacin qumica ................................................................................................. 327.6.2 Activacin trmica ................................................................................................... 33
7.7 Experimentos Batch ....................................................................................................... 33
7.8 Volumen poral ................................................................................................................. 33
7.9 Curva de breakthrough .................................................................................................. 35
7.9.1 Lecho fijo ................................................................................................................... 35
7.9.2 La extraccin en fase slida .................................................................................. 36
7.9.3 Curva de saturacin ................................................................................................ 38
7.9.4 Curvas BTC .............................................................................................................. 40
7.10 Carbn Activado .......................................................................................................... 43
7.11 Espectrofotometra de Absorcin Atmica ............................................................... 44
VIII. PLAN DE ACTIVIDADES ..................................................................................................... 45
IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS ............................................................................ 46
X. DESARROLLO DEL PROYECTO ........................................................................................... 48
10.1 Ubicacin del sitio de colecta de la planta. .............................................................. 48
10.2 Preparacin de la muestra .......................................................................................... 4910.2.1 Lavado y trozado ................................................................................................... 49
10.2.2 Secado, molienda y tamizado de la muestra.................................................... 50
10.2.3 Activacin trmica de la muestra........................................................................ 51
10.3 Preparacin de Estndares ........................................................................................ 52
10.4 Columnas ....................................................................................................................... 53
10.4.1 Influencia del caudal ............................................................................................. 54
10.4. 2 Influencia de la altura del lecho ......................................................................... 54
10.4.3 Influencia de la concentracin............................................................................. 54
10.5 Anlisis en Espectrofotometra de Absorcin Atmica........................................... 58
XI. RESULTADOS OBTENIDOS ................................................................................................ 60
11.1 Influencia del flujo en la adsorcin del metal ........................................................... 61
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
8/78
8
11.2 Influencia de la altura del lecho en la adsorcin del metal.................................... 65
11.3 Influencia de la concentracin del metal influente................................................... 68
XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 72
XIII. ANEXOSXIV. BIBLIOGRAFA
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
9/78
9
NDICE DE TABLAS Y FIGURAS
Tabla 1. Etapas del proyecto. .................................................................................................. 17
Figura 1. Eleocharis bonariensis nees ................................................................................... 22
Figura 2. Representacin esquemtica del desplazamiento de la zona de adsorcin y lacurva de saturacin resultante. ............................................................................................... 39
Figura 3. Dispersin Longitudinal de una Curva Breakthrough Tpica............................. 41
Figura 4. Curva Breakthrough por flujo pistn...................................................................... 42
Figura 5. Curvas tpicas de Breakthrough y procesos fundamentales por los cuales serealiza el movimiento del contaminante en medios porosos.............................................. 43
Figura 6. Plan de Actividades del Proyecto. ......................................................................... 45
Tabla 2. Recursos Materiales y Equipo. ................................................................................ 47
Figura 7. Laguna de San Bartolom ...................................................................................... 48
Figura 8. Secado y molienda de la muestra. ....................................................................... 50
Figura 9 .Tamizador Ro-Tap, RX-29. Muestra a 49m de tamao de partcula........... 51Figura 10.Secado de la muestra en Horno y Activacin Trmica en Mufla.................... 51
Figura 11. Pruebas trmicas: muestra tratada a 200C, muestra activada a 400C. ..... 52
Figura 12. Estndares de Zn2+y Conductmetro ORION 2900A....................................... 53
Figura 13. Mangueras GE, ID 0.64 mm. Bomba peristltica ISMATEC.......................... 54
Figura 14. Determinacin experimental de los flujos........................................................... 55
Figura 15. Columna con muestra. .......................................................................................... 55
Figura 16. Columna montada............................................................................................... 56
Figura 17. Sistema de columnas, imagen frontal................................................................. 56
Figura 18. Sistema de columnas, Imagen lateral................................................................. 57
Figura 19. Espectrofotmetro de Absorcin Atmica (AAS) Perkin Elmer Analyst 300.59
Figura 20. Frascos de muestras a analizar........................................................................... 59
Tabla 3. Caractersticas de las diferentes columnas para adsorcin de Zn2+, (Vp=volumen poral). .......................................................................................................................... 61
Grfica 1. Influencia del Flujo en la adsorcin de Zn2+ (10 mg/L), con una altura de2cm. ............................................................................................................................................. 62
Grfica 2. Influencia del Flujo en la adsorcin de Zn2+ (30 mg/L), con una altura de2cm. ............................................................................................................................................. 63Grfica 3. Influencia del Flujo en la adsorcin de Zn2+ (50 mg/L), con una altura de2cm. ............................................................................................................................................. 64
Grfica 4. Influencia de la altura del Lecho en la adsorcin de Zn2+(10mg/L), con unflujo de 0.067 ml/min. ................................................................................................................ 65Grfica 5. Influencia de la altura del Lecho en la adsorcin de Zn2+(30mg/L), con unmismo flujo de 0.067 ml/min. ................................................................................................... 66
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
10/78
10
Grfica 6. Influencia de la altura del Lecho en la adsorcin de Zn2+(50mg/L), con unmismo flujo de 0.067 ml/min. ................................................................................................... 67
Grfica 7. Influencia de Diferentes concentraciones de Zn2+a 1cm de altura y un flujode 0.067 ml/min. ........................................................................................................................ 68
Grfica 8. Influencia de Diferentes concentraciones de Zn2+
a 2cm de altura y un flujode 0.067 ml/min ......................................................................................................................... 69Grfica 9. Influencia de Diferentes concentraciones de Zn2+a 2cm de altura y un flujode 0.138 ml/min ......................................................................................................................... 70
Tabla 4. Prueba BET a 200C y 400C. ............................................................................... 71
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
11/78
11
I. INTRODUCCIN
Quertaro es un estado donde su principal actividad es la industria por lotanto es importante poner atencin a la contaminacin que se genera de dicha
actividad. La industria genera grandes cantidades de aguas residuales con altas
concentraciones de diferentes metales, los cuales no son de fcil remocin. Por
ello se estn buscando alternativas para el tratamiento de estos metales en el
agua. Opciones como la biosorcin de metales pesados por macrfitas estn en
auge, debido a que las plantas son de fcil obtencin y el costo de su
tratamiento es econmico. En el presente proyecto se pretende evaluar la
capacidad de remocin de Zn2+ con Eleocharis bonariensis nees activada
trmicamente en un sistema dinmico de columnas. El proyecto se realiza en
Geociencias en la UNAM campus Juriquilla. Al haberse estudiado con
anterioridad el desempeo de esta planta en fase esttica (Caballero, 2012). Se
realiza este proyecto para conocer la viabilidad de este mtodo en un sistema
dinmico que a gran escala podra adecuarse a una planta de tratamiento de
aguas residuales, como un biofiltro con biomasa de Eleocharis bonariensis nees
activada trmicamente.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
12/78
12
II. ANTECEDENTES
La actividad industrial genera un gran impacto ambiental, con los
contaminantes y residuos que genera: aguas residuales, polvo y gases.
Contribuyendo a la contaminacin de agua, suelo y aire del entorno.
Quertaro es una de las ciudades mexicanas con mayor crecimiento
industrial. Actualmente, cuenta con ms de diez parques industriales
importantes, sede de empresas de la industria automotriz y aeronutica. De
acuerdo con la Secretara de Desarrollo Sustentable de Quertaro (Sedesu), en
el estado se han instalado ms de 100 empresas nuevas desde 2010,
destacando los sectores automotriz, aeronutico, alimentos y tecnologas de la
informacin. (Metalmecnica, 2012)
Se ubica en el octavo lugar en cuanto a produccin de la industria
fundidora a nivel nacional segn la Sociedad Mexicana de Fundidores. La
entidad produce 4.9% de las piezas fundidas en el pas, que abastecen
principalmente al sector automotriz, de acuerdo al censo que realiza
actualmente dicho organismo. (Vargas, 2013)
En nuestro pas, la descarga de metales pesados est determinada por la
NOM-001-SEMARNAT-1996 que establece los lmites mximos permisibles de
contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes
nacionales. Establece como metales pesados y cianuros: Aquellos que, en
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
13/78
13
concentraciones por encima de determinados lmites, pueden producir efectos
negativos en la salud humana, flora o fauna. En lo que corresponde a esta
Norma Oficial Mexicana solo se consideran los siguientes: arsnico, cadmio,cobre, cromo, mercurio, nquel, plomo, zinc y cianuros (SEMARNAT, 1996)
Es frecuente el uso del zinc en la industria. Se usa en la produccin de
aleaciones resistentes a la corrosin y latn, y para galvanizar productos de
acero y hierro. El xido de zinc, utilizado en el caucho como un pigmento
blanco, por ejemplo, es el compuesto ms utilizado ampliamente. El zinc
peroral, es usado ocasionalmente para tratar la deficiencia de zinc en los
humanos. Los carbamatos de zinc se usan como plaguicidas. (Elinder, Friberg,
& Nordberg, 1986)
Las sales de zinc causan turbidez cuando estn presentes en grandes
cantidades en el agua. El zinc se puede eliminar del agua por diferentes
mtodos. Para lograr un nivel con estndares legales, se pueden aplicar
tcnicas como coagulacin, intercambio inico y carbn activado. La filtracin
por arena puede ser, en algunos casos, una excelente solucin, lo que incluye
tambin los humedales artificiales. (Lenntech, 2009).
Es necesario el tratamiento para las aguas contaminadas con metales
pesados, ya que estos son bioacumulados por los peces, las algas y otras
plantas en los ecosistemas acuticos y permanecen disueltos en el agua.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
14/78
14
Los diversos mtodos utilizados para la remocin de metales pesados en
general son costosos y representan otro desecho a tratar, con el uso de las
macrfitas se busca adems de la adsorcin, la desorcin del metal paradescontaminar la planta y prevenir la generacin de un desecho con que
requiera tratamiento especial. En los ltimos aos se ha incrementado el uso
de plantas acuticas tanto vivas como desecadas para remover metales
pesados del agua. El uso de plantas acuticas secas, no vivas, para remocin
de metales como un material adsorbente simple, presenta ventajas por su alta
eficiencia en eliminar txicos diluidos de aguas contaminadas y de ser
amigables con el medio ambiente para su tratamiento. (Fernndez & Prez,
2008)
Se han hecho diversos estudios con varias especies de macrfitas con
gran efectividad en la adsorcin de metales pesados. La Eleocharis bonariensis
neesha tenido altos porcentajes de remocin de Zn2+mayores al 98% debido a
su activacin trmica que aumenta su rea superficial y su capacidad de
adsorcin en medios estticos, segn los resultados de experimentos batch.
(Caballero, 2012). Las experiencias en columnas con plantas muertas sin
activacin trmica realizadas satisfactoriamente con la Eleocharis acicularis,
sonuna buena opcin para aguas contaminadas con Cd2+y Zn2+. Siendo su
porcentaje de retencin de 80% para Cd2+ y 75% para Zn2+. Los resultados
obtenidos son comparables a los obtenidos por el uso de resinas comerciales
(0.4 a 5 meq g-1) y por otras biomasas. (Muoz, 2007)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
15/78
15
III. JUSTIFICACIN
En la actualidad la problemtica de la contaminacin del agua por
metales pesados en la regin debido a la actividad industrial requiere
soluciones econmicas, accesibles y viables.
Debido al uso comn del zinc en la industria para la galvanizacin de
acero, la fabricacin de piezas de latn, laaleacin para piezas de fundicin,
as como el desgaste en tuberas, genera su presencia en el agua ocasionando
su contaminacin. El zinc, al ser un metal pesado, requiere un tratamiento
especial mediantemtodos costosos.
El uso de la planta Eleocharis bonariensis neesactivada trmicamente
para la remocin de zinc en aguas contaminadas es una buena opcin, ya que
es una planta que se encuentra en la regin y su activacin trmica no es
costosa.
La finalidad de este proyecto es proponer una alternativa para el
tratamiento de aguas contaminadas con Zinc en un sistema dinmico.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
16/78
16
IV. OBJETIVOS
Calcular la capacidad de adsorcin de Zn
2+
por la macrfita Eleocharisbonariensis nees activada trmicamente en un sistema dinmico, utilizando
columnas bajo condiciones de laboratorio.
4. 1 Objetivos especficos
Evaluar la capacidad de adsorcin de Zn2+ por la macrfita Eleocharis
bonariensis nees activada trmicamente en un sistema dinmico a
diferentes concentraciones de Zn2+.
Evaluar la capacidad de adsorcin de Zn2+ por la macrfita Eleocharis
bonariensis nees activada trmicamente en un sistema dinmico a
diferentes velocidades de flujo.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
17/78
17
V. ALCANCES
Realizar pruebas para encontrar las condiciones ptimas de desempeo
para la remocin de Zn2+ con Eleocharis bonariensis nees activada
trmicamente, en un sistema dinmico utilizando columnas de lecho fijo con
flujo continuo. Para obtener el caudal, la concentracin de metal donde hay
mayor remocin, la altura del lecho y la dosis de biomasa. En el periodo
comprendido de Enero a Abril de 2014.
Etapa Actividades Descripcin Tiempo
Preparacin de la
Muestra
SecadoSecar la muestra a una temperatura de
100C por 2 horas.
15 dasMolienda
Moler en molino de granos y tamizar a untamao de partcula de 149 m aprox.
ActivacinTrmica
Activar la muestra por 2 horas a 200C enel horno. Activar muestra a 400C encrisoles de porcelana, en una mufla.
Desarrollo Experimental
Compactacin
Pruebas de compactacin de la muestra,para encontrar el tamao de lecho y ladosis, buscando el punto donde no ocurrala fragmentacin de la columna.
5 das
ColumnasPruebas de columnas con diferentesdosis de muestra, velocidades yconcentraciones de Zn2+.
30 das
Anlisis y ResultadosAnlisis Analizar las muestras porespectrofotometra de absorcin atmica. 8 das
ResultadosInterpretacin de Datos, clculos yResultados. 8 das
Tabla 1. Etapas del proyecto.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
18/78
18
VI. ANLISIS DE RIESGOS
En los proyectos de investigacin siempre se presentarn situaciones
fortuitas que son difciles de predecir, dado que precisamente en este caso se
busca caracterizar un material como adsorbente y evaluar su capacidad de
remocin de metales en solucin bajo diferentes condiciones de laboratorio. En
este proyecto se depende del comportamiento de la biomasa activada
trmicamente, para planear el siguiente paso del proceso de caracterizacin, lo
cual limita para planear toda la fase experimental de una manera precisa. Entre
los factores que se han presentado hasta el momento est la poca cantidad de
muestra de la Eleocharis bonariensis nees esto ocasiona atrasos porque hay
que volver a caracterizar la planta y hacerle un tratamiento para tener ms
cantidad de muestra. Se tena poca ya que debido al proceso de calcinacin la
muestra se reduce hasta una cuarta parte de su peso. El trabajo realizadocomenz desde la preparacin de la muestra, consistente en: secado, tamizado
y activacin trmica, mediante un proceso de calcinacin realizado en los
laboratorios de la UTEQ, debido a que cuenta con una mufla ms grande y
eficiente que la existente en el Centro de Geociencias. Se requiri un tiempo
considerable para obtener una cantidad suficiente de la muestra activada a
400C. Otro factor fue que debido al estado de calcinacin de la planta fue
difcil su compactacin y estabilidad en las columnas, por lo que fue necesario
realizar muchas pruebas. Al desconocer el comportamiento de la muestra en el
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
19/78
19
sistema dinmico de columnas, se esperaba su saturacin despus de una
semana de prueba, sin embargo, se dio en los primeros dos das, lo cual
ocasion un gasto innecesario de estndar y desperdicio de tiempo pararealizar ms pruebas ya que el experimento se detuvo despus de ms de una
semana. El factor principal es el tiempo debido a que el perodo de estada de
un cuatrimestre es muy corto para abarcar todos los aspectos que se
pretendan llevar a cabo.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
20/78
20
VII. FUNDAMENTACIN TERICA
Las macrfitas crecen en lugares como presas, bordos y humedales. Al
ser plantas semiacuticas tienen como caracterstica la absorcin de sus
nutrientes y el agua que necesitan para sus funciones vitales, a travs de sus
races. (Fernndez & Prez, 2008)
7.1 Plantas Acuticas (macrfitas)
Constituyen formas macroscpicas de vegetacin acutica. Comprendenlas macroalgas, las pteridofitas (musgos, helechos) adaptadas a la vida
acutica y las angiospermas. Presentan adaptaciones a este tipo de vida tales
como: cutcula fina, estomas no funcionales, estructuras poco lignificadas.
Las macrfitas pueden clasificarse segn la forma de fijacin en:
1. Macrfitas fijas al sustrato
Macrfitas emergentes: en suelos anegados permanentes o
temporalmente; en general son plantas perennes, con rganos
reproductores areos.
Macrfitas de hojas flotantes: principalmente angiospermas; sobre suelosanegados. Los rganos reproductores son flotantes o areos.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
21/78
21
Macrfitas sumergidas: comprenden algunos helechos, numerosos
musgos y carofitas y muchas angiospermas. Se encuentran en toda la
zona ftica (a la cual llega la luz solar), aunque las angiospermasvasculares slo viven hasta los 10 m de profundidad aproximadamente.
Los rganos reproductores son areos, flotantes o sumergidos.
2. Macrfitas flotantes libres presentan formas muy diversas, desde
plantas de gran tamao con roseta de hojas areas y/o flotantes y con
races sumergidas bien desarrolladas, a pequeas plantas que flotan en
la superficie, con muy pocas races o ninguna. Los rganos
reproductores son flotantes o areos pero muy raramente estn
sumergidos. (Margalef, 1991)
La planta Eleocharis bonariensis nees es la planta que se utiliz en los
experimentos de columnas. El muestreo de la planta se realiz en la Laguna de
San Bartolom (municipio de San Bartolom de los Baos colindante a
Quertaro).
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
22/78
22
7.2 Identificacin Taxonmica
Figura 1. Eleocharis bonariensis nees.Fuente: Elaboracin propia.
Reino: Plantae
Phylum: Magnoliophyta
Clase: Liliopsida
Orden : Cyperales
Familia: Cyperaceae
Gnero: Eleocharis
Epteto especfico: bonariensis
Nombre Cientfico: Eleocharis bonariensis Nees
Autor del nombre: Nees, 1840 (UNAM, 2008).
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
23/78
23
7.3 Los metales pesados en el medio ambiente
El trmino metal pesado se refiere a cualquier elemento qumico metlico
que tenga una relativa alta densidad y sea txico o venenoso en
concentraciones bajas. Los ejemplos de metales pesados incluyen: el mercurio
(Hg), el cadmio (Cd), el arsnico (As), el cromo (Cr), el talio (Tl), y el plomo
(Pb). Los metales pesados son componentes naturales de la corteza terrestre.
No pueden ser degradados o destruidos y se incorporan a nuestros cuerpos va
elalimento, el agua potable y el aire. Existen los elementos traza que incluyen
algunos metales pesados (ej. cobre, selenio, zinc) que son esenciales en el
metabolismo del cuerpo humano. Sin embargo, en concentraciones ms altas
pueden conducir al envenenamiento. El envenenamiento por metal podra
resultar, por ejemplo, de la contaminacin del agua potable (ej. tuberas del
plomo), las altas concentraciones en el aire cerca de fuentes de emisin, o
producto de la cadena alimenticia. (Lenntech, 2011)
Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse. La
bioacumulacin significa un aumento en la concentracin de un producto
qumico en un organismo biolgico en un cierto plazo, comparada a la
concentracin del producto qumico en el ambiente. Los metales pesados
pueden entrar en un abastecimiento de agua por medio de residuos industriales
quese depositan en corrientes, lagos, ros, etc. (Lenntech, 2011)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
24/78
24
7.4 Zinc
El zinc es un elemento comn en la corteza de la Tierra. En su forma
elemental o pura, el zinc es un metal blanco azulado y brillante, en polvo es
explosivo y puede estallar en llamas si se almacena en lugares hmedos. Un
uso comn del zinc es en el proceso de galvanizado, el cual ayuda a evitar la
oxidacin y corrosin de materiales. Tambin se utiliza para la fabricacin de
pilas secas. Puede combinarse con otros elementos, tales como el cloro, el
oxgeno y el azufre, para formar compuestos de zinc. Los compuestos de zinc
que pueden encontrarse en sitios de desechos peligrosos son: el cloruro de
zinc, el xido de zinc, el sulfato de zinc y el sulfuro de zinc. Los compuestos de
zinc son utilizados por la industria como ingredientes de algunos productos
comunes, como: suplementos vitamnicos, bloqueadores solares, ungentos,
desodorantes, productos anti-acn, etc. (ATDSR, 2006).
7.4.1 Zinc com o elemento traza
Las funciones del zinc en el organismo como elemento traza son:
participa en la sntesis de cido desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico (ARN);
es un estabilizador de polisomas y de la membrana celular; ayuda a la
cicatrizacin; juega un papel importante en el sistema inmunolgico, su
deficiencia disminuye el nmero de linfocitos T; en la maduracin sexual su
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
25/78
25
deficiencia disminuye la produccin de la hormona LH, FSH y testosterona, es
esencial para el crecimiento y desarrollo del ser humano.
7.4.2 Defici enc ia de zinc
La deficiencia se presenta en pacientes con enfermedad renal crnica,
cirrosis del hgado, esferocitosis, prdidas de fluidos intestinales o por defecto
gentico (acrodermatitis enteroptica). El zinc dietario es interferido en su
absorcin por fitatos, sales de hierro y cobre. Los sntomas clnicos de la
deficiencia son mltiples e incluyen: retardo en el crecimiento, hipogonadismo
en el varn, cambios en la piel, anorxica, letargia mental y cicatrizacin
retardada.
7.4.3 Exceso de zinc
Toxicidad aguda: nuseas, vmito, sabor metlico, molesticas
epigstricas y erosiones gstricas.
Concentraciones sricas elevadas: disfuncin de linfocitos T,
disfuncin fagoctica, elevacin de la tasa LDL/HDL en suero. (Mora,
2002)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
26/78
26
7.4.4 Dos is y vas de expos ic in
Las RDA (Recommended Dietary Allowances) establecen que una
ingesta de 15 mg/da, es adecuada para adolescentes y hombres adultos,
mientras que consideran adecuado el consumo de 12 mg/da para adolescentes
y mujeres adultas. Si las dosis altas de zinc (10-15 veces mayor que el
recomendado) se toman por va oral, incluso por poco tiempo, provoca
calambres estomacales, nuseas y vmitos. La EPA, para el agua de
consumo humano, marca como lmite mximo de 5 mg L-1
para que no sea
modificado el sabor.
Los alimentos pueden contener niveles de zinc que van
aproximadamente de 2 partes por milln de zinc 2 ppm (por ejemplo, hojas
verduras) a 29 ppm (carnes, pescados, aves de corral). El zinc tambin est
presente en el agua potable. El agua potable u otras bebidas pueden contener
altos niveles de zinc si se almacenan en recipientes de metal o fluyen a travs
de tuberas que han sido revestidas con zinc para resistir la corrosin.
El aire cerca de zonas industriales podra tener altos niveles de zinc.
Trabajos donde las personas estn expuestas al zinc incluyen: la minera, la
fundicin y soldadura, la fabricacin de latn, bronce, zinc o de otro tipo-
aleaciones, la fabricacin de metales galvanizados, y la fabricacin de piezas
de maquinaria, caucho, pintura entre otros.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
27/78
27
La Administracin de salud y seguridad ocupacional (Occupational Safety
and Health Administration-OSHA) recomienda como lmite a la exposicin 1
mg/m para el cloruro de zinc y 5 mg/m para el xido de zinc (polvos y humos)en el lugar de trabajo durante 8 horas al da y 40 horas a la semana. El Instituto
Nacional para la Seguridad Ocupacional y Salud (The Nacional Institute for
Occupational Safety and Health-NIOSH) ha recomendado las mismas normas
para 10 horas al da. (ATDSR, 2006)
7.4.5 Metabol ismo
El zinc puede entrar al cuerpo a travs del tracto digestivo cuando se
comen alimentos o se bebe agua que lo contenga. Tambin puede entrar a
travs de los pulmones si se inhala polvo o humos de fundicin o de soldadura
de zinc. La cantidad que pasa directamente a travs de la piel es relativamente
pequea. La ruta ms probable de exposicin cerca de los sitios de desecho es
a travs del agua potable que lo contiene en grandes concentraciones. Es
almacenado en todo el cuerpo, su cantidad aumenta en la sangre y en los
huesos ms rpidamente despus de la exposicin; puede durar varios das en
los huesos despus de la exposicin. Normalmente, abandona el cuerpo en la
orina y las heces (ATDSR, 2006).
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
28/78
28
7.4.6 Presencia en el medio am biente
La mayora de zinc entra al medio ambiente como resultado de la
minera, la produccin de acero, carbn, y la incineracin de residuos; estas
actividades pueden aumentar sus niveles en la atmsfera. El aumento del nivel
de zinc en el suelo se debe principalmente a la eliminacin de desechos de las
industrias de fabricacin del metal y a la ceniza del carbn de las centrales
elctricas; los lodos y los fertilizantes tambin contribuyen a este aumento. En
el aire est presente en forma de granos de polvo fino; este polvo
eventualmente se deposita en la tierra y el agua. La mayor parte del zinc en los
lagos o ros se deposita en el fondo. Sin embargo, una pequea cantidad puede
permanecer disuelta en cualquier agua o como partculas finas en suspensin.
El nivel de zinc disuelto en el agua puede aumentar a medida que la acidez del
agua aumenta. Los peces pueden absorberlo en sus cuerpos al nadar o a
travs de los alimentos que consumen. La mayor parte del zinc se fija al suelo
y no se disuelve con el agua. Sin embargo, dependiendo del tipo de suelo,
podra alcanzar las aguas subterrneas. (ATDSR, 2006)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
29/78
29
7.5 Mtodos para remocin de metales pesados
Los procesos de tratamiento empleados para la remocin del Zn
2+
utilizan la precipitacin qumica. El Zn2+es un metal anftero cuya solubilidad se
incrementa a pH bajos y altos. Para su tratamiento por medio de clarificacin
y/o filtracin se requiere la determinacin del valor ptimo de pH para cada tipo
de agua y la remocin previa de los slidos suspendidos. La naturaleza posee
procesos propios para controlar los metales, tales como: la adsorcin, seguida
de la volatilizacin y la bioacumulacin. La adsorcin se presenta cuando se
encuentra el metal en forma soluble y esta ocurre debido a las diferentes cargas
elctricas entre el metal (carga +) y la materia orgnica, o bien, cuando el metal
se encuentra en forma insoluble (coloidal o floculada) y se adsorbe sobre
materia orgnica por efecto de la coprecipitacin. La toxicidad para una
concentracin dada de metal pesado presente en ros, canales, etc., depende
del pH y de las cantidades disueltas, as como del carbono suspendido, ya que
las interacciones del tipo complejacin y adsorcin, pueden eliminar parte de
los iones metlicos de la actividad biolgica potencial. (Jimnez , 2001)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
30/78
30
7.5.1 Mtodos dis po nib les para la remoc in de metales
pesados d el agua
Intercambio inico
smosis inversa
Electrodilisis
Precipitacin
Adsorcin
Estos mtodos presentan eficiencias diferentes para los distintos metales
y pueden tener importantes costos, especialmente cuando se trata de grandes
volmenes, bajas concentraciones y altos estndares de remocin. (Baird,
2001)
7.5.2 sm os is Invers a
El agua es forzada bajo presin a pasar por una membrana que los
iones no pueden atravesar. Se coloca en el trayecto del agua contaminada; est
constituida de materia orgnica polimrica, como el acetato de celulosa o
triacetato de celulosa. La capa superficial de la membrana midealrededor de
0,2 m de espesor y es relativamente no porosa en comparacin con el resto
de la estructura. Puesto que slo puede pasar el agua a travs de los poros, el
lquido en el otro lado de la membrana es agua pura. Por otro lado, la disolucin
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
31/78
31
contaminada se va haciendo cada vez ms concentrada en la sal y finalmente
se descarta. En agua contaminada, es til para eliminar iones alcalinos y
alcalinotrreos, as como sales de metales pesados. (Baird, 2001)
7.5.3 Electrodilisis
Se disponen verticalmente y alternativamente en una celda elctrica,
una serie de membranas: unas permeables slo a pequeos cationes
inorgnicos y otras permeables solo a pequeos aniones inorgnicos. Se aplica
una corriente continua a travs del agua, de manera que los cationes migran
hacia el ctodo y los aniones hacia el nodo. El lquido en zonas alternas, se
hace ms concentrado (se enriquece) o menos concentrado (se purifica) en
iones; en el ltimo trmino, el agua concentrada puede disponerse como
salmuera y el agua purificada se vierte al medio ambiente. (Baird, 2001)
7.5.4 Adso rc in
Es la acumulacin preferencial de una substancia en una fase lquida o
gaseosa sobre la superficie de un slido. Todos los slidos tienen la propiedad
de fijar (adsorber) en su superficie las molculas, tomos o iones que se
encuentren a su alrededor. Se define adsorbato como la substancia que se fija
sobre el adsorbente. Adsorbente es la superficie sobre la cual se fija el
adsorbato. (Jimnez & Soto, 2006)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
32/78
32
7.5.5 Bio so rcin
El trmino de biosorcin se utiliza para referirse a la atraccin de metales
en solucin acuosa llevada a cabo por la biomasa de una macrfita muerta, a
travs de mecanismos fisicoqumicos como la adsorcin o intercambio inico.
(Muoz, 2007).
7.6 Activacin
En algunos casos la biomasa requiere un tratamiento para adquirir
mayor rea superficial y tener mayor capacidad de adsorcin. Se puede obtener
por medio de dos mtodos: activacin trmica y activacin qumica.
7.6. 1 Ac tiv acin q um ica
El precursor se hace reaccionar con un agente qumico activante a
temperaturas que pueden variar entre 450 y 900C. En este tipo de activacin
es necesaria una etapa posterior de lavado para eliminar los restos de agente
activante. Los compuestos que pueden ser usados como agentes activantes
ms usados industrialmente son: el cloruro de zinc, el cido fosfrico, el
hidrxido de potasio y cido sulfrico. (Pea, 2010)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
33/78
33
7.6.2 Ac tiv ac in trm ica
La activacin trmica consta de varias etapas; Pretratamiento: la
molienda y el tamizado para obtener un tamao adecuado del precursor. El
material de partida es molido hasta obtener el tamao deseado. De esta forma
se consigue una mejor porosidad en el resultante. Al aplicar calor se obtienen
partculas ms pequeas cubriendo mayor superficie. (Pea, 2010)
7.7 Experimentos Batch
Una masa conocida de slido (macrfita) se mezcla y se deja equilibrar
con un volumen conocido de solucin (de soluto conocido). Despus de un
tiempo determinado en el que se alcanz el equilibrio, el slido y la solucin se
separan y se mide la concentracin del soluto en la solucin obtenida (Muoz,
2007).
7.8 Volumen poral
El volumen poral (Vp) se define como el espacio del solido ocupado por
aire y/o agua en un volumen determinado de slidos. Es la relacin entre el
volumen de la columna y la porosidad () del material adsorbente. Vp= V/
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
34/78
34
Se calcula
Vp=F*t
Donde
F: velocidad de flujo en ml min-1
T: tiempo que tarda el agua en recorrer la altura de lecho en minutos.
La cantidad de metal adsorbida madsse determina por balance de masa:
mads= Cf(Ve-Vp)-CidV
Dnde:
Ci: concentracin del metal adsorbente en la solucin influente (mgL-1)
Cf: concentracin de metal en el efluente de la columna (mgL-1)
Ve: volumen hasta que la concentracin C falcance el valor Ci(mL)
Vp: volumen de poro
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
35/78
35
El factor de retencin (R) es una medida de la adsorcin y representa el
factor por el cual la movilidad del metal se retarda respecto del movimiento del
agua debido a su adsorcin por el slido , R puede ser calculado como:
La eficiencia del proceso de retencin se puede calcular por medio del %
de retencin, de la siguiente ecuacin.
7.9 Curva de breakthrough
7.9.1 Lech o fi jo
El sistema de lecho fijo consiste en una columna donde el biosorbente
granulado se deposita en su interior como un lecho, que normalmente no se
mueve, el lquido atraviesa la columna en sentido ascendente o descendente. El
granulado del biosorbente ha de tener un tamao adecuado para evitar una
presin excesiva a lo largo de la columna, si bien hay que tener en cuenta que
partculas demasiado grandes provocan un descenso en la superficie til del
biosorbente, haciendo que la difusin intraparticular se vea limitada. En el caso
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
36/78
36
de flujo descendente, en la parte superior del lecho se encuentra la mayor
concentracin en el lquido por lo que el biosorbente se satura primero ah.
(Tenorio, 2006)
7.9.2 La extr acc in en fase slida
Este proceso es utilizado para la limpieza de muestras adsorbiendo
impurezas usando columnas. En l se sigue el mismo principio que se trabaja
en el sistema de columnas para remocin de metales pesados.
La extraccin en fase slida es un proceso, mediante el cual cantidades
traza de analito son selectivamente capturadas, separadas y concentradas a
partir de volmenes relativamente grandes de muestras lquidas, gaseosas o
extractos. En esta tcnica se hace pasar la muestra a travs de un sorbente de
fase slida que tiene la capacidad de retener selectivamente los analitos hasta
que estn lo suficientemente concentrados antes de que se interrumpa la
retencin (breakthrough) y el analito pase de largo. La desorcin se realiza por
elucin con un solvente orgnico apropiado. (Trujillo, 2006)
En las columnas se puede presentar el problema de la formacin de
canales que permiten el paso de la muestra sin retencin del analito, estos
canales preferenciales impiden que el analito sea adsorbido por todos los sitios
activos de la muestra. Tambin se requieren largos tiempos para el
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
37/78
37
procesamiento de grandes volmenes del lquido porque se lleva a cabo a bajas
velocidades. (Trujillo, 2006)
El mtodo de flujo continuo del tipo columna tiene ventajas distintivas
sobre los mtodos discontinuos, puesto que las velocidades de adsorcin
dependen de la concentracin del soluto en la solucin que deba tratarse. En
este mtodo, el carbn est continuamente en contacto con una solucin
fresca. En el tratamiento discontinuo, la concentracin del soluto en contacto
con una cantidad determinada de carbn decrece de continuo a medida que la
adsorcin progresa y por tanto decrece la efectividad del adsorbente para
separar el soluto. (Trujillo, 2006)
El sistema de contacto por lecho expandido, permite usar partculas de
tamao pequeo, prescindiendo de los problemas asociados con prdidas de
carga, bolsas de aire y ensuciamiento comunes a las columnas de relleno de
medio filtrante fino. En el mtodo de lecho expandido, el agua fluye en sentido
ascendente a travs de una columna de adsorbente fino, con una velocidad
suficiente como para suspender las partculas slidas. (Weber, 2003)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
38/78
38
7.9.3 Curv a de s aturacin
En las operaciones de adsorcin con lecho fijo y carbn activo, el agua o
agua residual que debe tratarse pasa a travs de un lecho estacionario de
carbn. Se establece un estado no-estacionario para el cual el carbn contina
adsorbiendo cantidades crecientes de impurezas durante el periodo til de
operacin.
El soluto o impureza se adsorbe ms rpida y eficazmente en las capas
ms superiores de carbn fresco durante los estados iniciales de la operacin.
Las capas ms superiores estn, desde luego, en contacto con la solucin a la
concentracin mayor, C0. Las pequeas cantidades de soluto que se escapan
de estas primeras capas de adsorbente son separadas en los estratos inferiores
del lecho, y la concentracin de soluto en el efluente durante el perodo inicial
es prcticamente cero (C=0). La zona primaria de adsorcin se encuentra
inicialmente cerca de la cabeza de la columna o punto de alimentacin. A
medida que el agua contaminada fluye a travs de la columna, las capas
superiores de carbn llegan a saturarse prcticamente con el soluto y ya no son
efectivas para una adsorcin posterior. As, la zona primaria de adsorcin se
desplaza hacia abajo hacia las regiones de adsorbente ms fresco. El
desplazamiento de esta zona est acompaado por el desplazamiento del
frente de Concentracin C0; este desplazamiento se efecta con una velocidad
ms lenta que la velocidad lineal del agua o agua residual. A medida que la
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
39/78
39
zona primaria de adsorcin se desplaza en sentido descendente, ms y ms
soluto tiende a pasar con el efluente.
Figura 2. Representacin esquemtica del desplazamiento de la zona de adsorcin y la curvade saturacin resultante.
El punto de saturacin de esta curva representa el punto de operacin
para el cual la columna est en equilibrio con el agua de alimentacin, y ms
all de este punto, la adsorcin de soluto ser pequea. En este punto es
recomendable reactivar o reemplazar el carbn.
Para la mayor parte de operaciones de adsorcin en el tratamiento del
agua y agua residual, las curvas de saturacin exhiben una forma S
caracterstica, con distintos grados de inclinacin y posicin del punto de
saturacin. Los factores que influyen en la forma de la curva incluyen:
concentracin del soluto, pH, mecanismo controlado de la velocidad de
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
40/78
40
adsorcin y naturaleza de las condiciones de equilibrio, tamao de partcula,
altura de lecho de carbn y velocidad de flujo. Como regla general, el tiempo
requerido hasta el punto de saturacin se disminuye por : (1) aumentar eltamao de partcula del carbn; (2) aumentar la concentracin del soluto en la
alimentacin; (3) aumentar el pH del agua; (4) aumentar el caudal; y (5)
disminuir la altura del lecho. Si la altura total del lecho es menor que la longitud
de la zona primaria de adsorcin requerida para adsorber el soluto eficazmente,
entonces la concentracin del soluto en el efluente aumentar desde el
comienzo de la operacin. Para cada tipo de adsorcin debe existir una altura
mnima de carbn crtica. (Weber, 2003)
7.9.4 Cur vas B TC
De acuerdo con Tindall et al. (1999), una curva breakthrough es una
representacin grfica de la concentracin de salida contra tiempo o drenaje de
agua acumulativo durante un experimento. Las curvas de breakthrough indican
la distribucin relativa de un trazador en un efluente, con respecto a una
columna o rea de la matriz en consideracin, la curva se relaciona con la
porosidad, el tiempo o ambos. El anlisis de la curva puede indicar la presencia
de un macroporo o trayectorias preferenciales de flujo o presencia de sitios de
adsorcin.
La adsorcin de solutos en la fase slida es a menudo la fuerza
impulsora que afecta la forma de la curva. La forma de la curva de breakthrough
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
41/78
41
no es determinada por la retencin solamente, sino tambin por los procesos
qumicos y fsicos que se juntan con la distribucin microscpica de la velocidad
u otros procesos.
Figura 3. Dispersin Longitudinal de una Curva Breakthrough Tpica. Tindall et al.,1999
Cuando una curva breakthrough se mueve a la izquierda es debido a la
mezcla incompleta y la carencia de desplazamiento del fluido. Entre ms lejos a
la izquierda se mueva la curva, ms pequeo es el volumen de agua que se
desplaza. Est carencia de desplazamiento puede ser causada por:
Un gran tamao del agregado, el cual causa una abundancia de agua
(estancada) inmvil presente en el medio (es decir la velocidad del agua
de los poros es cero)
La exclusin de solutos debido a las interacciones soluto-slido.
El aumento de la concentracin de solutos, que causa la mezcla
incompleta de los solutos con el agua.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
42/78
42
Una curva breakthrough se mueve a la derecha debido a:
El lquido desplazado o solutos retenidos, por precipitacin o intercambio.
Reaccin qumica de soluto o slido.
Intercambio de solutos con la fase slida del medio.
(Caldern, 2004)
La adsorcin ser ms eficaz cuanto ms aguda sea la curva como se
observa en la curva tipo flujo pistn (Figura), es el movimiento del agua a
travs de la macrfita cuando no hay difusin ni dispersin. Sin embargo,
cuando el metal influente encuentra un canal preferencial por el cual avanzar, la
curva BTC tendr una pendiente mayor y la adsorcin ser menor. Ese flujo
preferencial se puede deber a la presencia de macroporos o heterogeneidades
del slido. (Muoz, 2007)
Figura 4. Curva Breakthrough por flujo pistn.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
43/78
43
Figura 5. Curvas tpicas de Breakthrough y procesos fundamentales por los cuales se realiza elmovimiento del contaminante en medios porosos.
Los contaminantes se mueven ms rpido a travs de poros grandes y
ms lento a travs de poros pequeos.
7.10 Carbn Activado
El carbn activado es un agente adsorbente que se puede obtener a
partir de materiales con un alto contenido orgnico como: madera, huesos,
cscaras de semillas de frutos, etc. Su activacin puede ser fsica: temperaturas
de 800C a 1000C o qumica se hace reaccionar con un agente qumico
activante a temperaturas entre 450C y 900C. Adems de condiciones
especiales como la presin y ausencia de oxgeno, todo esto para obtener un
adsorbente muy poroso y con un gran rea superficial. La ceniza es el producto
de la combustin de algn material, est compuesta por sustancias inorgnicas
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
44/78
44
no combustibles, como sales minerales; se caracteriza por tener tonalidades
grisceas hasta blancas por la ausencia de carbono.
La macrfita activada trmicamente a la temperatura de 400C no est
clasificada como carbn pero tampoco como cenizas, siendo un adsorbente
fcil de preparar, econmico que se aproxima a la capacidad de adsorcin del
carbn activado.
7.11 Espectrofotometra de Absorcin Atmica
Es un mtodo para la deteccin y la determinacin de elementos
qumicos, particularmente de elementos metlicos. Los compuestos, para su
anlisis, se tienen que romper en los tomos que los constituyen. Ello se realiza
por pulverizacin en una llama a alta temperatura. Un rayo luminoso de una
cierta longitud de onda, producido por un tipo especial de lmpara, se dirige a lo
largo del eje longitudinal de una llama plana y hacia un espectrofotmetro.
Simultneamente, la solucin de la muestra es aspirada hacia el interior de la
llama. Antes de entrar en sta, la solucin es dispersada formando una niebla
de gotitas muy finas que se evaporan en la llama, dando inicialmente la sal seca
y luego el vapor de la sal, el cual se disocia, en parte, en tomos del elemento
que se desea determinar. (Walton, 2005)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
45/78
45
VIII. PLAN DE ACTIVIDADES
Figura 6. Plan de Actividades del Proyecto.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
46/78
46
IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
A continuacin se presenta una tabla con todos los recursos materiales ocupados
en el proyecto: equipos, materiales y reactivos. Los cuales fueron proporcionados
por los laboratorios de Geoqumica de Aguas, Geoqumica Ambiental y
Vulcanologa ubicados en el Centro de Geociencias-UNAM Campus Juriquilla,
Quertaro. Laboratorio de Anlisis de Aguas en la Uteq. Las personas que
colaboraron durante este proyecto fueron: M. en C. Mara Carolina Muoz Torres,M. en I. Jos Ramn Prez Contreras y Dra. Marina Vega Gonzlez.
EQUIPO MARCA MODELOBalanza Analtica Denver InstrumentBalanza Analtica OHAUS ExplorerBomba Peristltica ISMATEC CP 78016-30 ( 2-99
rpm, 50/60 Hz)Conductmetro Orion 900AEspectrofotmetro de
Absorcin Atmica (AA)Perkin Elmer Aanalyst 300
Horno de Secado Ros Rocha S.A. HS48-35Molino Taurus ML-2Mufla Thermolyne 1300
Furnace ThermolyneMufla Thermolyne 500
Furnace SybribThermolyne
Tamiz de Pruebas Fsicas MONT INOX No. 100 (tamao deabertura:149m,0.0059)
Tamizador Ro-Tap RX-29MATERIAL MARCA ESPECIFICACIONESBolsas ZiplocCpsulas de plstico de 25ml
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
47/78
47
Crisoles de porcelanaDesecadorEmbudos de plsticoEsptulaFibra de Vidrio E. MERCK
DARMSTADT
Algodn de vidrio
Frascos con tapa paramuestra
100 ml
Frascos con tapa 30, 125 y 250 mlMatraz Aforado 1 lMangueras para bombaperistltica
GE, GLASSEXPANSION
ID: 0.64 mm (1.65,1.42,1.02 y 2.06 mm)
Micropipeta Eppendorf 0.01ml, 10l-100lMicropipeta Eppendorf 0.5 ml- 5.0 mlMicropipeta Thermo Scientific 1.0-10.0 ml
Mircropipeta Eppendorf 0.1-1.0ml, 10l-1000lPapel aluminioPapel filtro Whatman No. 42 Tamao:2.5mPapel para pesarPipeta Pasteur El Crisol 150 mmPuntas de plsticoRejilla de unicelSoporte UniversalTijeras de metalVasos de precipitado 50-100ml
VialesVidrio de relojREACTIVOS MARCA CONDUCTIVIDAD
Agua Desionizada Nanopure Infinity 0.4 - 0.04s/cmAgua tipo RO Sartorius Stedim
Biotech18s/cm
REACTIVOS MARCA PUREZAcido clorhdrico (HCl) J.T. Baker (INSTRA-
ANALYZED Reagent)36-5-38%
cido ntrico (HNO3) J. T. Baker (INSTRA-
ANALYZED Reagent)
69-70%
Hidrxido de Sodio J.T. Baker 50% (p/p)REACTIVOS MARCA CONCENTRACINEstndar de Zn + Perkin Elmer Pure (PE
Pure)1000mg/L
Tabla 2. Recursos Materiales y Equipo.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
48/78
48
X. DESARROLLO DEL PROYECTO
10.1 Ubicacin del sitio de colecta de la planta.
La colecta de la planta se realiz en la Laguna de San Bartolom (municipio
de San Bartolom de los Baos, Gto., colindante a Quertaro) en 2012.
Figura 7. Laguna de San Bartolom.Fuente: Elaboracin propia.
Para realizar el presente trabajo, se contaba con planta Eleocharis
bonariensis nees trozada y lavada, la cual fue colectada con anterioridad para el
proyecto: Evaluacin de la Capacidad de remocin de Zinc con Eleocharis
bonariensis neesActivada Trmicamente (Caballero, 2012). En dicho trabajo, la
prueba se realiz en la fase esttica en Batch y se definieron las condiciones
ptimas de remocin de Zn2+por la planta, las cuales fueron: activacin trmica a
400C, pH 6 en los estndares de Zn2+ de 10, 20, 30, 40 y 50 mg/L y una dosis de
0.075g de adsorbente/15 ml. (Caballero, 2012). Por lo que se reprodujeron estas
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
49/78
49
condiciones para el presente proyecto donde se realiz la fase dinmica en
columnas, para complementar el desempeo de la planta en la fase esttica.
El proyecto se desarroll en los laboratorios de Geoqumica de Aguas,
Geoqumica Ambiental y Vulcanologa ubicados en el Centro de Geociencias-
UNAM Campus Juriquilla, Quertaro.
10.2 Preparacin de la muestra
10.2.1 Lavado y tro zado
Una vez recolectada, la planta se le realizan tres lavados: primeramente
con agua de la llave para retirar los restos del suelo, as como el polvo. Un
segundo lavado que consiste en tres enjuagues con agua baja en sales
(agua RO o agua tipo II), para retirar las sales y partculas aportadas por el
agua de la llave. El ultimo lavado consiste en tres enjuagues con agua
desionizada, con el fin de quitar lo que pudo aportarle el agua RO y dejar a
la planta libre de partculas que contaminaran la muestra en la superficie.
Se seca la planta durante un da sobre papel en una superficie libre de
polvo. Se corta la planta manualmente en trozos pequeos de
aproximadamente 5 cm. Dichos pasos fueron llevados a cabo con
anterioridad durante el proyecto de Evaluacin de la Capacidad de
remocin de Zn2+con Eleocharis bonariensis neesActivada Trmicamente
(Caballero, 2012)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
50/78
50
10.2.2 Secado , moliend a y tamizado de la muestra
Se seca la planta en el Horno (Ros Rocha) por 2 horas a 100C. El tiempo
de secado depende de que tan fresca pueda estar la planta.
Cuando la planta est totalmente seca (llega a un peso constante) se lleva
a triturar a un molino de granos (Taurus), de forma que la partcula quede
lo ms fina posible.
Se pasa por un tamiz del nmero 100 (tamao de abertura:149m, 0.0059)
con ayuda del Ro-Tap.
Se recolecta el polvo pasado por el tamiz. Y el sobrante se sigue moliendo
hasta que el tamao de partcula ya no pueda ser molido.
Figura 8. Secado y molienda de la muestra. Horno Rios Rocha, Molino Taurus ML-2).
Fuente: Elaboracin propia.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
51/78
51
Figura 9 .Tamizador Ro-Tap, RX-29. Muestra a 49m de tamao de partcula. Fuente:Elaboracin propia.
10.2.3 Ac tiv acin trm ica de l a mues tra
Se deposita la muestra seca y molida en vidrios de reloj y se realiza una
activacin a 200C por 1 hora en el Horno.
Se pesan 2 g de muestra de la muestra activada a 200C, se deposita en
un crisol de porcelana y se lleva a 400 C por 2 horas en la Mufla.
Figura 10.Secado de la muestra en Horno y Activacin Trmica en Mufla.Fuente: Elaboracinpropia.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
52/78
52
Figura 11. Pruebas trmicas, izquierda a derecha: muestra tratada a 200C, muestra activada a400C.Fuente: Elaboracin propia.
10.3 Preparacin de Estndares
Se preparan estndares de acuerdo al parmetro que se vaya a trabajar.
Se realizan los clculos con la frmula: C1V1=C2V2
Se utiliza como concentracin inicial (C1), el estndar de Zn2+ de 1000
mg/L, el volumen necesario para llegar a la concentracin deseada (V 1) y
como concentracin final la concentracin a que se desea llegar (C 2) ya
sean 10, 30, 50 mg/L, as como el volumen total a preparar del estndar
(V2).
Se ajustan los estndares de Zn2+a pH 6, con cido ntrico e hidrxido de
sodio.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
53/78
53
Figura 12. Estndares de Zn2+y Conductmetro ORION 2900A. Fuente: Elaboracin propia.
10.4 Columnas
Para los experimentos dinmicos de adsorcin se usaron columnas de lecho fijo y
flujo ascendente, trabajando a un pH de 6, a 3 concentraciones de Zn2+y a 2
diferentes flujos.
La biomasa previamente tratada se empaquet en una columna pequea
(pipeta Pasteur). Se le coloc una base de fibra de vidrio en la pipeta
Pasteur, despus se pes la biomasa tratada trmicamente: 0.075g la cual
se compact a 1 cm de altura y 0.15 g la cual se compact a 2 cm. Y
posteriormente se coloc fibra de vidrio sobre el lecho para evitar que el
lecho se fracturara.
El paso de la solucin de Zn2+
a travs de la columna de biomasa se realiz
con ayuda de una bomba peristltica, para obtener flujos controlados.
Se evalu el desempeo de la biomasa con tres diferentes soluciones de
10, 30 y 50 mg/L de Zn2+a dos flujos de 0.067 y 0.138 ml/ min. Los flujos se
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
54/78
54
las 6 de la tarde hasta las 7 de la maana del da siguiente. Las muestras
fueron analizadas por Espectrofotometra de absorcin atmica.
10.4.1 Inf luen cia del caudalSe realizaron los experimentos a 2 velocidades diferentes con la misma
altura de lecho.
10.4. 2 Infl uenci a de la altura del lechoSe realizaron experimentos a 2 alturas diferentes de lecho con la misma
velocidad de flujo.
10.4.3 Influencia d e la co ncentracinSe realizaron experimentos a un mismo flujo y a una misma altura de lecho
con 3 concentraciones diferentes de Zn2+.
Figura 13. Mangueras GE, ID 0.64 mm. Bomba peristltica ISMATEC.
Fuente:Elaboracin propia
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
55/78
55
Figura 14. Determinacin experimental de los flujos. Fuente: Elaboracin propia.
Figura 15. Columna con muestra.Fuente: Elaboracinpropia.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
56/78
56
Figura 16. Columna montada.Fuente: Elaboracin propia.
Figura 17. Sistema de columnas, imagen frontal. Fuente:Elaboracin Propia.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
57/78
57
Figura 18. Sistema de columnas, Imagen lateral. Fuente: Elaboracin Propia.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
58/78
58
10.5 Anlisis en Espectrofotometra de Absorcin Atmica
Despus de obtener las muestras se analiza la concentracin final de la
solucin recolectada durante los experimentos y la inicial de los estndares antes
de pasar por las columnas, para conocer la remocin de Zn2+ a las distintas
concentraciones.
Las lecturas se realizan por medio del Espectrofotmetro de Absorcin
Atmica (Aanalyst 300, Perkin Elmer), empleando la tcnica de flama, con una
lmpara de Zn2+de ctodo hueco, una llama de gas acetileno-aire y una longitud
de onda de 213.9 nm que es la longitud principal recomendada para el anlisis de
este catin. Basado en el mtodo EPA 795 Zinc (Atomic Absorption, Direct
Aspiration). (EPA, 1986)
Se realiza una curva de calibracin en concentraciones entre 0.1 a 5 mg/L y
una muestra de control de laboratorio. Las muestras que dieron valores fuera del
rango de la curva de calibracin se diluyen (1:10), para que su concentracin
quede dentro del rango de la curva de calibracin (0.1mg/L Zn 2+ de baja
concentracin). Las lecturas del equipo se realizan por duplicado y se calcula el
promedio. Se realizan los clculos de remocin del metal presente en la solucin
(porcentaje de remocin), los miligramos del metal presentes en la solucin antes
y despus de las pruebas de adsorcin.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
59/78
59
Figura 19. Espectrofotmetro de Absorcin Atmica (AAS) Perkin Elmer Analyst 300.
Fuente:Elaboracin propia.
Figura 20. Frascos de muestras a analizar. Fuente:Elaboracin Propia
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
60/78
60
XI. RESULTADOS OBTENIDOS
En el trabajo Evaluacin de la capacidad de remocin de Zn2+ con
Eleocharis bonariensis nees Activada Trmicamente (Caballero, 2012), en el cual
se trabaj la fase esttica de batch, se obtuvieron las condiciones ptimas de
remocin de la planta, las cuales fueron: activacin trmica de la planta a 400C,
estndares de Zn2+ a un pH 6, con una dosis de 0.075g/15 ml y un tiempo de
contacto de 1 hora, obteniendo un porcentaje de remocin mayor al 98% de Zn2+
en concentraciones de 10, 20, 30, 40 y 50 mg/L. (Caballero, 2012)
En el presente proyecto, la muestra se trabaj en las condiciones de la fase
esttica, pero ahora en la fase dinmica en columnas, para evaluar el desempeo
de la planta. Las condiciones que se reprodujeron fueron: la activacin trmica a
400C de la planta, necesaria para un mejor desempeo de la macrfita; se
usaron concentraciones de 10, 30 y 50 mg/L de Zn2+ para determinaren cuales se
tiene mayor remocin; finalmente, los estndares se ajustaron a un pH de 6.
Los resultados presentados a continuacin se obtuvieron de las pruebas
realizadas con la Eleocharis bonariensis nees para la remocin de Zn2+ en fase
dinmica en columnas. Las pruebas consistieron en evaluar la influencia del flujo,
la altura del lecho y la influencia de diferentes concentraciones de Zn2+.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
61/78
61
Las columnas que se trabajaron tuvieron las siguientes caractersticas.
ColumnasZn2+mg/L
hcm
Fml/min
Vpml
1 30 1 0.067 0.082 10 1 0.067 0.083 50 1 0.067 0.084 10 2 0.067 0.085 30 2 0.067 0.086 50 2 0.067 0.087 10 2 0.138 0.328 30 2 0.138 0.319 50 2 0.138 0.32
Tabla 3.Caractersticas de las diferentes columnas para adsorcin de Zn2+, (Vp= volumen poral).
En las columnas 1 a 3 se trabajaron alturas de 1cm y un flujo de 0.067
ml/min a tres concentraciones diferentes; las columnas 4 a 6 se trabajaron con el
doble de altura, 2 cm, y el mismo flujo a tres concentraciones diferentes; las
columnas 7 a 9 se trabajaron con una altura de 2 cm y el doble de flujo 0.138
ml/min a tres concentraciones diferentes; todo se trabaj a pH 6.
11.1 Influencia del flujo en la adsorcin del metal
El flujo es una variable importante en el sistema dinmico de columnas, ya
que la velocidad y la cantidad de influente que circule a travs de las columnas
influyen en la saturacin de la macrfita para que sea ms lenta o rpidamente.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
62/78
62
En las grfica 1 podemos observar la influencia del flujo del metal influente
a la concentracin de 10 mg/L y una altura de 2 cm.
Grfica 1. Influencia del Flujo en la adsorcin de Zn2+ (10 mg/L), con una altura de 2cm.
Podemos observar que el rea bajo la curva es menor cuanto mayor es el
flujo y la masa adsorbida es directamente proporcional al rea bajo la curva. Se
puede inferir que la mayor capacidad de adsorcin se lleva a cabo con el flujo
ms bajo y al aumentar el flujo dicha capacidad disminuye. Por lo tanto, a menor
flujo 0.067 ml/min la macrfita tiene una mayor capacidad de retencin del Zn2+.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 2000 4000 6000 8000
Ce/Co
Vp
Influencia del Flujo 10 mg/L
0.067 ml/min
0.138 ml/min
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
63/78
63
En la grfica 2 podemos observar la influencia del flujo del metal influente a
la concentracin de 30 mg/L y una altura de 2 cm.
Grfica 2. Influencia del Flujo en la adsorcin de Zn2+ (30 mg/L), con una altura de 2cm.
Se puede observar el mismo comportamiento que a la concentracin de 10
mg/L con la concentracin de 30 mg/L. Por lo tanto, a menor flujo 0.067 ml/min la
macrfita tiene una mayor capacidad de retencin del Zn2+.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 500 1000 1500 2000 2500
Ce/Co
Vp
Influencia del Flujo 30 mg/L
0.067 ml/min
0.138 ml/min
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
64/78
64
En la grfica 3 podemos observar la influencia del flujo del metal influente a
la concentracin de 50 mg/L y una altura de 2 cm.
Grfica 3. Influencia del Flujo en la adsorcin de Zn2+ (50 mg/L), con una altura de 2cm.
Se puede observar el mismo comportamiento que a la concentracin de 10
y 30 mg/L con la concentracin de 50 mg/L. Por lo tanto, a menor flujo 0.067
ml/min la macrfita tiene una mayor capacidad de retencin del Zn2+.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 1000 2000 3000
Ce/Co
Vp
Influencia del Flujo 50 mg/L
0.067 ml/min
0.138 ml/min
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
65/78
65
11.2 Influencia de la altura del lecho en la adsorcin del metal
La altura del lecho es la variable con la que se determina la cantidad de
biomasa que se utilizar y con la compactacin adecuada se obtenga la altura
deseada. Esta variable es importante en el sistema dinmico de columnas, ya que
dependiendo de la cantidad de masa, el incremento de superficie de adsorcin y
el comportamiento de la muestra ocurre la saturacin de la macrfita ms lenta o
rpidamente.
En las grfica 4 se observa la influencia de la altura de lecho a una
concentracin de 10 mg/L y un flujo de 0.067 ml/min.
Grfica 4. Influencia de la altura del Lecho en la adsorcin de Zn2+(10mg/L), con un flujo de 0.067ml/min.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 2000 4000 6000 8000
Ce/Co
Vp
Influencia de altura del Lecho 10 mg/L
1cm
2cm
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
66/78
66
Se puede observar que el rea bajo la curva es menor cuanto menor es la
altura del lecho y la masa adsorbida es directamente proporcional al rea bajo la
curva. Se puede inferir que la mayor capacidad de adsorcin se lleva a cabo a
mayor altura del lecho y al disminuir el tamao del lecho dicha capacidad
disminuye. Por lo tanto, se infiere que a mayor cantidad de biomasa se tiene una
mayor capacidad de retencin del Zn2+.
En las grfica 5 se observa la influencia de la altura del lecho a una
concentracin de 30 mg/L y un flujo de 0.067ml/min.
Grfica 5. Influencia de la altura del Lecho en la adsorcin de Zn2+(30mg/L), con un mismo flujo de0.067 ml/min.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Ce/Co
Vp
Influencia de altura del Lecho 30 mg/L
1 cm
2 cm
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
67/78
67
Se puede observar el mismo comportamiento que a la concentracin de 10
mg/L con la concentracin de 30 mg/L. Por lo tanto, a mayor altura del lecho (2
cm), la macrfita tiene una mayor capacidad de retencin del Zn2+.
En la grfica 6 se observa la influencia de la altura del lecho a una
concentracin de 50 mg/L y un flujo de 0.067ml/min.
Grfica 6. Influencia de la altura del Lecho en la adsorcin de Zn2+(50mg/L), con un mismo flujo de0.067 ml/min.
Se puede observar el mismo comportamiento que a la concentracin de 10
y 30 mg/L con la concentracin de 50 mg/L. Por lo tanto, a mayor altura del lecho,
2 cm, la macrfita tiene una mayor capacidad de retencin del Zn2+.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Ce/Co
Vp
Influencia de altura del Lecho 50 mg/L
1 cm
2 cm
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
68/78
68
11.3 Influencia de la concentracin del metal influente
Es importante determinar a qu concentracin la macrfita tiene una mayor
remocin de Zn2+
, ya que en la fase esttica se trabaj mejor a concentraciones
altas de 50 mg/L, pero en la fase dinmica de columnas, al ser un sistema
totalmente diferente, la macrfita tiene otro comportamiento. Se utilizaron
concentraciones de 10, 30 y 50 mg/L, a dos alturas de lecho 1 y 2 cm, y dos flujos
0.067 ml/min y 0.138 ml/min.
En la grfica 7 se observa la influencia de la concentracin del metal
influente a 1 cm de altura del lecho y un flujo de 0.067 ml/min.
Grfica 7. Influencia de Diferentes concentraciones de Zn2+a 1cm de altura y un flujo de 0.067ml/min.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Ce/Co
Vp
Influencia diferentes concentraciones1cm-0.067 ml/min
10 mg/L
30 mg/L
50 mg/L
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
69/78
69
Se puede observar que el rea bajo la curva es menor a las
concentraciones de 30 y 50 mg/L, es decir que a mayor concentracin menor
cantidad de masa de metal es adsorbida. Se puede inferir que la mayor capacidad
de adsorcin se lleva a cabo a concentraciones bajas. Por lo tanto, a menor
concentracin de metal influente, 10 mg/L, la macrfita tiene una mayor capacidad
de retencin de Zn2+.
En la grfica 8 se observa la influencia de la concentracin del metal
influente a 2 cm de altura del lecho y un flujo de 0.067 ml/min.
Grfica 8. Influencia de Diferentes concentraciones de Zn2+a 2cm de altura y un flujo de 0.067ml/min
Podemos observar el mismo comportamiento que a la altura de 1 cm de
lecho y con el mismo flujo, el rea bajo la curva es menor conforme aumenta la
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 2000 4000 6000 8000 10000
Ce/Co
Vp
Influencia diferentes concentraciones2cm-0.067 ml/min
10 mg/L
30 mg/L
50 mg/L
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
70/78
70
concentracin del metal influente. Por lo tanto, a menor concentracin de metal
influente 10 mg/L, la macrfita tiene una mayor capacidad de retencin de Zn2+.
En la grfica 9 se observa la influencia de la concentracin del metal
influente a 2 cm de altura y un flujo de 0.138 ml/min.
Grfica 9. Influencia de Diferentes concentraciones de Zn2+a 2cm de altura y un flujo de 0.138ml/min
Se puede observar el mismo comportamiento de los experimentos con 1 y
2 cm de altura de lecho aumentando el flujo a 0.138 ml/min, el rea bajo la curva
es menor conforme aumenta la concentracin del metal influente. Por lo tanto, a
menor concentracin 10mg/L, la macrfita tiene una mayor capacidad de retencin
de Zn2+.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 500 1000 1500
Ce/Co
Vp
Influencia diferentes concentraciones2 cm-0.138 ml/min
10 mg/L
30 mg/L
50 mg/L
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
71/78
71
11.4 Prueba BET
Se realiz la prueba BET de la muestra de Eleocharis bonariensis nees
activada trmicamente a 400C, para comprobar el aumento de su rea superficial
as como el posible aumento de sus sitios activos, por lo cual la planta podra
tener una mayor capacidad de adsorcin que sin activar.
Tabla 4. Prueba BET a 200C y 400C.
Como se puede observar en la tabla, el rea superficial aumentaconsiderablemente con la activacin trmica a la planta Eleocharis bonariensisNees.
En resumen: Se comprob que en la adsorcin de Zn2+con Eleocharis bonariensis nees,
a menor flujo 0.067 ml/min, se obtuvo mayor capacidad de adsorcin del
metal, lo cual se explica dado que a mayor tiempo de contacto con los sitios
activos se obtiene una mejor remocin del metal.
Se comprob la influencia de la altura del lecho en la adsorcin de Zn2+,
puestoque a mayor altura de lecho, 2 cm, se obtuvo mayor capacidad de
adsorcin del metal por la macrfita, dado que hay una presencia de un
nmero mayor de sitios activos para la remocin del metal.
Se comprob la influencia de la concentracin del metal influente, ya que a
menor concentracin de Zn2+,10 mg/L, se observ una mayor capacidad de
adsorcin del metal por la macrfita.
TemperaturaBET
(m2/g)200C 1.638400C 26.681
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
72/78
72
XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En Mxico, el problema de la falta de agua potable, el crecimiento
poblacional e industrial y las pocas plantas tratadoras de agua que existen, son
causas para buscar mtodos o alternativas prcticas y econmicas para el
tratamiento del agua. La planta Eleocharis bonariensis nees es una alternativa
importante para la remocin de metales pesados, ya que es fcil de conseguir en
la zona y su tratamiento no es costoso.
Los resultados obtenidos demostraron que la planta Eleocharisbonariensis nees activada trmicamente en un sistema dinmico, tiene un buen
desempeo a una altura de 2 cm de lecho, a un flujo de 0.067 ml/min y mayor
capacidad de adsorcin a concentraciones bajas 10 mg/L. Se cumpli el objetivo
de evaluar la capacidad de adsorcin de Zn2+ por la macrfita Eleocharis
bonariensis nees activada trmicamente en un sistema dinmico, utilizando
columnas bajo condiciones de laboratorio, obteniendo un buen desempeo a
mayor altura, menor flujo y bajas concentraciones de Zn2+.
En nuestro pas, la NOM-001-SEMARNAT-1996 establece como lmites
mximos permisibles 10 y 20 mg/L de Zn2+ promedio diario y mensual
respectivamente, para descargas de aguas residuales. Tenemos que conocer que
tan factible es llegar a esos lmites en las descargas por lo tanto se recomienda
realizar ms pruebas con la Eleocharis bonariensis nees para su posible
aplicacin a gran escala como parte de una planta de tratamiento de aguas.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
73/78
73
Es recomendable realizar ms pruebas con la Eleocharis bonariensis nees
para determinar el tiempo de vida de las columnas, los ciclos de adsorcin y
desorcin.
Faltan ms etapas en la adsorcin con esta macrfita, como son probarla
con distintos metales o con una mezcla de varios metales pesados, para
determinar su afinidad por alguno en especfico, as como probar su capacidad de
adsorcin en un agua residual contaminada y probarla a gran escala en un biofiltro
para metales pesados.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
74/78
74
XIII. ANEXOSAnlisis de Zinc (Zn) por Espectrofotometra de Absorcin Atmica de Flama
Este mtodo se basa en el mtodo EPA 7950 Zinc (Atomic Absorption, Direct
Aapiration), aprobado por la Enviromental Protection Agency de los EstadosUnidos.
Parmetros del instrumento:Lmpara de ctodo hueco: ZincLongitud de onda: 213.9nmCombustible: AcetilenoOxidante: AireTipo de flama: OxidanteQuemador: 10 cm
Abertura de la rendija: 0.7Correcin de fondo: Requerida
Preparacin de soluciones estndar de calibracin.Se utiliza una solucin stock certificada a una concentracin de 1000 mg/L deZinc.Se preparan una serie de diluciones a partir de la solucin stock para obtenerconcentraciones que cubran el rango ptimo de concentracin. Los estndares decalibracin deben ser preparados usando el mismo tipo de cido(s) y en la mismaconcentracin contenida en las muestras despus del procedimiento depreparacin.
Desempeo del Mtodo
Rango Dinmico Lineal: 0.2-2 mg/L para longitud de onda de 213.9 nmSensibilidad: 0.016Lmite de deteccin: 0.06 mg/LLmite de cuantificacin: 0.2 mg/LPrecisin: Medida con una MCL de 1 mg/L, 1s= 0.012 (1.3% DSR)
Basada en duplicados: 2 %Exactitud: Medida con una MRC de 0,68 mg/L, = 0.06 (9.2%)Recuperacin: 87.4-94.9% en Matrices y Blancos Fortificados.
(EPA, 1986)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
75/78
75
Tabla Lmites Mximos Permisibles para Metales Pesados y Cianuros (SEMARNAT, 1996)
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
76/78
76
XIV. BIBLIOGRAFA
ATDSR, A. f. (2006). Toxicological Profile for Zinc,. Recuperado el 24 de Mayo de 2012, de eco-usa-
net: http://www.eco-usa.net/toxics/quimicos-s/zinc.shtml
Baird, C. (2001). "Qumica Ambiental".Barcelona : Revert S.A. .
Caballero, M. d. (Agosto de 2012). Evaluacin de la Capacidad de Remocin de Zinc con Eleocharis
bonariensis Nees Activada Trmicamente. Quertaro, Quertaro, Mxico: Centro de
Geociencias-Unam Campus Juriquilla.
Caldern, S. M. (2004). Remediacin de Suelos Contaminados con Hidrocarburos. Bogot:Universidad de los Andes Facultad de Ingeniera, Departamento de Ingeniera Civil y
Ambiental.
Costa, J. (2005). En Diccionario de Qumica Fsica(pgs. 315-317). Barcelona: Daz de Santos
Ediciones .
Cruz-Guzmn, M. (2007). La contaminacin de suelos y aguas: su prevencin con nuevas sustancias
naturales .Espaa: Comit Editorial, Universidad de Sevilla .
Elinder, C., Friberg, L., & Nordberg, G. (1986). Zinc. En Handbook on the toxicology of metals(pgs.
664-679). Amsterdam : 2da Edicin .
Fernndez, A., & Prez, A. (2008). "Eficiencia de Plantas Acuticas para la Biorremediacin de
Aguas Contaminadas con Elementos Txicos". Buenos Aires.
Jimnez , B. E. (2001). "La Contaminacin ambiental en Mxico. Causas, efectos y tecnologa
apropiada.Mxico: LIMUSA Noriega Editores.
Jimnez, M. C., & Soto, J. (2006). En Qumica Fsica para Ingenieros Qumicos(pgs. 161-162).
Valencia: Editorial de la Universidad Politcnica de Valencia.
Lenntech. (2009). Water Treatment Solutions Lenntech. Obtenido de http://www.lenntech.es/cinc-
y-agua.htm
Lenntech, B. (2011). Water Treatment Solutions Lenntech.Recuperado el 29 de Mayo de 2012, de
http://www.lenntech.es/metales-pesados.htm
Margalef, R. (1991). Ecologa .Barcelona: Omega.
7/23/2019 CRONOGRAMA Y METODOLOGIA DE AGUAS
77/78
77
Metalmecnica. (Mayo de 2012). METALMECNICA. Obtenido de
http://www.metalmecanica.com/mm/secciones/MM/ES/MAIN/IN/INFORMES_ESPECIALE
S/doc_87471_HTML.html?idDocumento=87471
Mora, R. (2002). Soporte Nutricional Especial . Bogot: Editorial Mdica Panamericana .
Muoz, M. C. (Noviembre de 2007). Remocin de Metales Pesados Utilizando una Macrfita
Acutica (