CON NANOARCILLAS Y BIOMASA EN LA REDUCCI N DE COLIFORMES

TRATAMIENTO DE AGUAS/ EVALUATION OF ROLE OF B10-SAND FILTER

MODIFIED WITH NANOCLAYS AND BIOMASS IN COLIFORM REDUCTION

WATER TREATMENT

1

Juan C?rre�,caraballo*'.,, María De,Pombo Ángulo 1 , Álvaro Puello Sánchez1 , María Acevedo Morantes 1 , Álvaro Realpe Jiménez 1

Grupo de lnvest1gac1on Modelac1on de Part1culas y Procesos, Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena, Cartagena - Colombia

RESUMEN Se evaluó el desempeño de un filtro de bioarena a escala intermedia modificado con nanoarcillas y las cascarillas de arroz (como medios filtrantes) para determinar su eficiencia para la remoción de patógenos (Coliformes Totales y Fecales) y cambio� de propiedades fisicoquímicas en aguas contaminadas por la presencia de pozos sépticos en el sector del municipio de Turbaco (Colombia) con el fin de presentar como resultado, una alter: nativa de obtención de agua filtrada apta sin restricciones para el consumo humano y adecuada para el suministro y uso doméstico en regiones de Colombia que no constan de agua potable.

ABSTRACT: The performance of an intermediate-scale biosand f!lter mod!fied with nanoclays and rice husks (as f1lter media) was evaluated to determine its effi­ciency fo� the removal of pathogens {Total and Fecal Cohforms) and changas in physicochemical properties in water contaminated by presence of septic tanks in the sector of the municipality of Turbaco (Colombia), in arder to present as a result, an alternativa to obtain filtered water suitable without restrictions far human consump­tion and suitable far domestic supply and use in regions of Colombia that They do not have drinking water.

INTRODUCCIÓN Colombia dispone de gran cantidad de fuentes hídricas, pero solo una parte de su población tiene acceso a un servicio eficiente de agua potable domiciliaria en las zonas urbanas. Esta prob­lemática se masifica en las zonas rurales, donde el 82% de los hogares presentan deficientes o nulos suministros de agua potable debido a la carencia o deficiencia de sus acueductos y plantas de tratam­iento, como se expone en el Plan de Desarrollo de Colombia 2016-2019 (Ospina, 2018)

Debido a esta problemática que se presenta, se ve obligado buscar y desarrollar tecnologías apropia­das y económicas que brinden un suministro de agua apta para el consumo y uso humano en su día a día. Una alternativa para la obtención de agua para el consumo humano en lugares afecta­dos por lo mencionado son los filtros de bioarena, cuyas características permiten remover virus y bacterias, además de mejorar las condiciones de la muestra de agua. Sin embargo, su operación posee algunos limitantes en la etapa inicial, al tardar de 4 a 6 semanas en formar su biocapa (lecho �ncargado de remover patógenos) en la arena filtrante. Es por ello, se realizó la modifi­cación del filtro de bioarena al utilizar nanoarcillas y un l_echo_ de biomasa (cascarilla �e arroz) que le permitan incrementar el porcentaJe de remoción en las etapas iniciales de operación del filtro.

En la investigación, por medio de análisis fisico­químicos y microbiológicos, se evaluó el desem­peño del filtro de bioarena a escala intermedia tipo piloto modificado para determinar eficiencia de �emoción de patógenos en aguas y su comportam­iento en las etapas iniciales de operación, durante un periodo de 21 días y realizándose análisis del agua _ fil�rada al día número O, 1, 2, 7, 14 y 21, con el obJet1vo de satisfacer las necesidades hídricas d� las comunidades indígenas y rurales del país, sin afectar su salud .

MATERIALES & METODOLOGÍA

Materiales Para la investigación se partió con un biofiltro de tamaño intermedio tipo piloto diseñado por estudi­antes de la Universidad de Cartagena como trabajo de grado en el año 2016 (Torres & Verbel, 2016), fue construido con base en el proced­imiento indicado por el manual de CAWST para la construcción de biofiltros en cemento (CAWST 2009).

Como principal medio filtrante para el filtro se utilizó arena sílice de grado industrial malla 20

1

-30, además se utilizó arcilla para elaboración de uno de los medios filtrantes presentes en este. La biomasa escogida fue cascarilla de arroz proveniente de la zona suroriental de Colombia y fue tratada en los laboratorios de Ingeniería Química de la Universidad de Cartagena.

Metodología En la figura se describen los procesos desarrolla­dos durante la investigación

Preparación de la Preparación de la

biomasa nanoarcilla

(Lavado, secado y 1---1 (Obtención de la 1---triturado de la fracción arcilla, de la

cascarilla de arroz) montmorillonita y Preparación final)

Análisis Fislcoqufmico y Puesto en Marcha MicrobiolOgicos , _.,_-----l del filtro y toma de ,

-i-------l Disello del Biofiltro(Ph eº_,. �1•�-., ,.... M .-- (Distribución de los , ,.,...,,.....,., uestras

Turbidez, Colilonnes (Periodo de 21 días) lechos del filtro) Totales y 1",ecales)

Figura 1.Metodología de la Investigación

RESULTADOS El análisis de las características físicas y químicas del agua obtenida del ojo de agua del municipio de Turbaco (Colombia) y el agua tratada en el filtro de bioarena modificado permitieron evaluar la eficiencia del filtro en cuanto a la mejoría en el color, olor y remoción de patógenos del agua filtrada con respecto a la no tratada. Los valores para los parámetros fisicoquímicos tanto como para los microbiológicos fueron comparados con los valores establecidos por el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo en la resolución 2115 de 2007 de Colombia.

8 7,91� 713 .-----'

7,8

7,6

i_ 7,4

1

7,34

7,35

t ' t

7,6

f------t

½3

T t rT • Filtered Water

_ _ __ , IJ.{ater¡wefl 1

7,45

6 7 8 9 W 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Olas de Operación

Figura 3. Valor de pH del agua de pozo y el agua filtrada con respecto al tiempo (días)

1 • filtered Water 1 690

'

[ 720

7

• Water well

682 '--' : 1 1 1 1

, 1 1 1 1 l 575 t I T 1 73 534

5 6 7 80, 9

d 10 11

i 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

ras e operac ón

Figura 4. Valores de la conductividad eléctrica del agua de pozo y el agua filtrada con respecto al tiempo (días)

44 l(ii o· 4340 - 36

i2 32Z 28 e -

N 24 • 20 ,

:E 16 ·:i 12 ·,_ 8 ,

o,S4 -o

' ' T

� o - -o o� 2; o,29

,1

,

1 2 3 4 5 6

- - - --' • Water well ' e_Ei!tere_d water e -

� 1 l=t 1 M

+-

0,0::d7; 0,011. 0,,04�4; o, 71 �j 21; 1,!� .P,.04

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Días de oneración

Figura 5. Valores de la turbidez del agua de pozo y el agua filtrada con respecto al tiempo (días)

1.......,._ Filtered Water

.......,._WellWater

1

1

Figura 6. Coliformes totales del agua de pozo y el agua filtrada con respecto al tiempo de operación del filtro (días)

2000

u1 750 i-----c;:5 1500 =:::.-1_ -

Figura 7. Coliformes fecales del agua de pozo y el agua filtrada con respecto al tiempo de operación del filtro (días)

Resulta que en el séptimo día de operación se logra mayor eficiencia que el último día de oper­ación de la investigación, además se evidencia que durante el periodo de los 21 días siempre se mantuvieron dentro de los parámetros estableci­dos por el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo de Colombia, menos el día O.

--i

Figura 8.

Ojo de agua que se analizó,

ubicado en la carretera del

municipio de Turbaco, Bolívar

Características Resolución 2115

de 2007

DIA 21

Olor y sabor

Turbiedad(NTU)

pH

Conductividad

(µS/cm)

e.Totales (Cfu)

e.Fecales UFC

Aceptable No aceptable Aceptable Aceptable

2 43 0,01 1,38

6,5- 9,0 7,8 7,34 7,92

1000 991 534 573

o o o o

o o o o

Cuadro 1. Comparación de los resultados obtenidos en las pruebas

en los días O, 7 y 21 con respecto a Resolución 2115 de 2007

79mm

295m 12,Sm' 17mm

257m 17mJ

25mm :!--25mm

:!--33mm

'--

108mm

152,5mm

CONCLUSIÓN

-- ArenaSilica

Arena Silica Malla 20-30

+ Nano Arcilla

-- Grava de Separación 6 mm

Grava de drena¡e 12 mm

Figura 2. Diseño del Filtro de bioarena modificado con Nanoarcilla y Cascarilla de Arroz

De acuerdo con los resultados obtenidos del filtro de bio�rena ca� _las modificaciones, se concluye que: El filtro mod1f1cado presenta un desempeño favorable desde el primer día de operación al encontrarse dentro de los parámetros establecidos, asegurando el sumi­nistro de agua potable al usuario. Esto abre la posibil­idad de implementarlo en zonas apartadas con pobre o nulo suministro de agua segura.Los parámetros de pH, conductividad eléctricaturbidez y coliformes registrados durante el periodo deexperimentación cumplen adecuadamente con losniveles permitidos por las disposiciones legales enColombia.Sin embargo, por el cambio observado en la turbiedadse recomienda realizar un cambio de la cascarilla dearroz cada siete días para evitar que aumente laturbidez al deteriorarse con el tiempo la biomasa.

AGRADECIMIENTOS El autor �gradece los comentarios, opiniones y críticas a los miembros del Grupo de Investigación Model­ación de Partículas y Procesos; al personal de los lab­oratorios de la Universidad de Cartagena sede Piedra �e Bolívar y sede San Pablo. Por último y lo más importante, agradecimiento a mi familia por su apoyo para su exposición y divulgación.

BIBLIOGRAFÍA [1] Cawst, C. for A. W. and S. T,, Biosand filler manual design,construction, installation, operation and maintenance. (2009).[2] Ospina, G. (2018). Agua potable crece a nivel urbano, peroexiste déficit rural. Periódico El Colombiano. Descargado ht tp :/ /w w w. e leo lo m b ia no . com/a n t ioq u i a/agua-po ta ­ble-c rece-a-nivel-urbano-pe ro-exi ste-d efi cit-ru ra 1-H 186 9 5 88 9 [3] Acevedo, R., Severiche, C., & Jaimes, J., Calidad del aguapara consumo humano: Municipio de Turbaco (Bolivar), norte deColombia. (Trabajo de pregrado). Universidad de Cartagena,Cartagena de Indias, Colombia (2015).[4] Instituto colombiano de Normas Técnicas -ICONTEC.Normas oficiales para la calidad del agua Colombia, Paginas1-13, (2004).[5] Perugachi Benalcázar, C. R., Modificación a nivel nanomo­lecular de las propiedades de las arcillas pertenecientes al Grupo Ancon de la Península de Santa Elena (PSE), (2006). [6] Suárez, A., Mesa, P., Bravo, V., & Prieto, A. Evaluación de unsistema de filtros de cascarilla de arroz y luffa cylindrica para eltratamiento de aguas lluvias. Revista Mutis,(2015),5(1),21-27.ht tps ://rev is tas . u tad e o, ed u . co/i n d ex. p h p/m u l i s/ a r t i ­cle/view/1015/1049[7] EL UNIVERSAL. Informe Especial Redacción Regional,"Hallan bacterias coliformes en ojo de agua de T u r b a -co.",(2011 ). Descargado http://www.eluniversal.com.co/carta­g e n alb o I i v a r/h a 11 a n-b a el e r i a s-c o I i f o r m e s-e n­ojo-de-agua-de-turbaco-7 433[8] Ministerio de la Protección Social y Ministerio de Ambiente,Vivienda y Desarrollo Territorial Resolución 2115 de 2007.Colombia, Bogotá, (2007).[9] Torres, G., & Verbel, B, Diseño y evaluación de un filtro debioarena para la remoción de coliformes totales para tratamiento de aguas superficiales de consumo humano." (trabajo de pregrado). Universidad de Cartagena, Cartagena de Indias, Colombia, (2016),

ISBN 978-84-09-04625-6