carrera ingenierÍa quÍmica -...

I

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

"EFICIENCIA DE BIOCOAGULANTE A BASE DE SEMILLA DE MORINGA OLEÍFERA PARA

APLICACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUA USANDO COMO FUENTE DE CAPTACIÓN EL

RIO GUAYAS"

AUTORES:

DANYA MELANY TUMBACO TALLEDO

KEVIN MARLON ACEBO MITE

DIRECTOR DE PROYECTO DE TITULACIÓN:

DRA. MIRELLA BERMEO GARAY.

GUAYAQUIL – ECUADOR

2017-2018

II




UNIDAD DE TITULACIÓN

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO:

"EFICIENCIA DE BIOCOAGULANTE A BASE DE SEMILLA DE

MORINGA OLEÍFERA PARA APLICACIÓN DE TRATAMIENTO DE

AGUA USANDO COMO FUENTE DE CAPTACIÓN EL RIO GUAYAS"

AUTOR(ES)

(apellidos/nombres):

Tumbaco Talledo Danya Melany

Acebo Mite Kevin Marlon

REVISOR(ES)/TUTOR(ES)

(apellidos/nombres): Dra. Bermeo Garay Mirella.

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ingeniería Química

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO:

FECHA DE PUBLICACIÓN: Marzo/2018 No. DE PÁGINAS: 79

ÁREAS TEMÁTICAS: HIDROLOGÍA

PALABRAS CLAVES/

KEYWORDS:

Moringa Oleífera, tratamiento de agua, Biocoagulante, agua de río,

constituyentes activos.

RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras):

En este estudio se investigó la efectividad del extracto de semilla de Moringa Oleífera como biocoagulante en el

tratamiento de agua, donde se comprobó los componentes activos responsables del mecanismo de

coagulación/floculación y mejorar dichas propiedades. Se recogió agua del río Guayas, y las muestras fueron

analizadas antes y después del tratamiento con el Biocoagulante de Moringa Oleífera para diferentes parámetros

(Turbidez, Color, pH) para evaluar la idoneidad y efectividad del extracto de semilla de Moringa Oleífera en

aguas altamente turbias. Se observó una reducción significativa en todos los parámetros analizados con menores

dosis de extracto de semilla de Moringa Oleífera teniendo como resultado en 66,7 mg/l (0.5 ml) del Biocoagulante

teniendo una remoción del 100% en turbidez y color, en el caso del pH, no presentó un nivel de alteración

representativo, ya que se mantuvo relativamente estable después de realizar el tratamiento. Por lo tanto, se

concluyó que el extracto de semilla de Moringa Oleífera tiene una alta eficiencia como un coagulante natural para

el tratamiento de agua.

ADJUNTO PDF: SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES:

Teléfono:

0990233606

0967502438

E-mail:

[email protected]

[email protected]

CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN:

Nombre: Universidad de Guayaquil - Facultad de Ingeniería Química

Teléfono: 04-229-2949

E-mail: http://www.fiq.ug.edu.ec/

ANEXO 10

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

http://www.fiq.ug.edu.ec/

III




CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD

Habiendo sido nombrado DRA. BERMEO GARAY MIRELLA, tutor del trabajo de titulación

certifico que el presente trabajo de titulación ha sido elaborado por ACEBO MITE KEVIN

MARLON con C.I.: 0924665169 y TUMBACO TALLEDO DANYA MELANY C.I.:

0950844050, con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para la obtención del

título de INGENIERO QUÍMICO.

Se informa que el trabajo de titulación: "EFICIENCIA DE BIOCOAGULANTE A BASE DE

SEMILLA DE MORINGA OLEÍFERA PARA APLICACIÓN DE TRATAMIENTO DE

AGUA USANDO COMO FUENTE DE CAPTACIÓN EL RIO GUAYAS" ha sido orientado

durante todo el periodo de ejecución en el programa antiplagio (URKUND) quedando el 1%

de coincidencia.

https://secure.urkund.com/view/34452871-422533-

841982#q1bKLVayijaO1VEqzkzPy0zLTE7MS05VsjLQMzAwMjcwNTcwszAxNzM2MjQx

MK8FAA==

https://secure.urkund.com/view/34452871-422533-841982#q1bKLVayijaO1VEqzkzPy0zLTE7MS05VsjLQMzAwMjcwNTcwszAxNzM2MjQxMK8FAA==



IV




LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS.

Nosotros, ACEBO MITE KEVIN MARLON con C.I.: 0924665169 y TUMBACO TALLEDO

DANYA MELANY C.I.: 0950844050, certificamos que los contenidos desarrollados en este

trabajo de titulación, cuyo título es “"EFICIENCIA DEL BIOCOAGULANTE A BASE DE

SEMILLA DE MORINGA OLEÍFERA PARA APLICACIÓN DE TRATAMIENTO DE

AGUA USANDO COMO FUENTE DE CAPTACIÓN EL RIO GUAYAS"” son de mi

absoluta propiedad y responsabilidad Y SEGÚN EL Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE

LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E

INNOVACIÓN*, autorizo el uso de una licencia gratuita intransferible y no exclusiva para el

uso no comercial de la presente obra con fines no académicos, en favor de la Universidad de

Guayaquil, para que haga uso del mismo, como fuera pertinente

V

AGRADECIMIENTOS

Reconozco que la fuente de mi fortaleza, sabiduría, conocimiento y buena salud se las debo a

Dios y a Mis padres. Mi más sincero agradecimiento a la Dra. Bermeo Mirella, por su

experiencia inigualable, consejos y entrenamiento fueron muy notables en la elaboración de

esta investigación. También extiendo mi profunda gratitud a mi compañero de tesis Kevin

Acebo, quien realmente ha influido en mi vida con su papel de amigo, compañero y profesor

dándome consejos y apoyo en los momentos más cruciales; él es realmente un hombre enviado

por Dios en mi vida.

Mi gratitud también va para todos del Laboratorio Aguas de Ingeniería Química por su

asistencia en mi trabajo de laboratorio. También quiero mostrar mi agradecimiento a cada

uno de los docentes que conocí a lo largo de mi carrera ya que dejaron una gran huella en mí,

sus conocimientos siempre serán valorados, su papel jamás puede ser subestimado, su

presencia y motivación impulsaron la finalización de este trabajo, con ustedes comparto mis

logros.

Y no puedo concluir sin dar las gracias a aquellos que me ayudaron de diversas maneras para

completar este trabajo.

Danya Tumbaco Talledo

VI

DEDICATORIA

Todo se lo debo a Dios y a mis padres, Manuela Talledo O. y Washington Tumbaco Vera,

por su fe, paciencia, sacrificio, amor y dedicación hacia mí, merecen que cada uno de mis

logros sea dedicado a ellos.

Danya Tumbaco Talledo

VII

AGRADECIMIENTOS

En la vida existen retos en los cuales somos los únicos en decidir si los superamos o

fracasamos, pues ahora es el momento en el cual uno de mis mayores retos es superado y poder

decir ¡LO LOGRE SOY INGENIERO!

Sencillo nunca fue, es por esto que Agradezco a:

Mi Hijo.- Fuerza, Valor y Resistencia

Familiares.- Ayuda y Apoyo

Amigos.- Amistad

Maestros.- Conocimiento

Universidad.- Hogar

Kevin Acebo Mite

VIII

DEDICATORIA

Dedicado a mi familia por su amor y apoyo en toda mi vida. Gracias por escuchar mis

problemas, proporcionando perspectiva y el interés en mi trabajo de tesis. A mi hijo por

darme la fuerza para alcanzar las estrellas y perseguir mis sueños.

Yo no sería quien soy hoy sin ustedes.

Kevin Acebo Mite

IX




Autores:



Tutor:

Dra. Bermeo Garay Mirella

RESUMEN

En este estudio se investigó la efectividad del extracto de semilla de Moringa Oleífera como

biocoagulante en el tratamiento de agua, donde se comprobó los componentes activos

responsables del mecanismo de coagulación/floculación y mejorar dichas propiedades. Se

recogió agua del río Guayas, y las muestras fueron analizadas antes y después del tratamiento

con el Biocoagulante de Moringa Oleífera para diferentes parámetros (Turbidez, Color, pH)

para evaluar la idoneidad y efectividad del extracto de semilla de Moringa Oleífera en aguas

altamente turbias. Se observó una reducción significativa en todos los parámetros analizados

con menores dosis de extracto de semilla de Moringa Oleífera teniendo como resultado en 66,7

mg/l (0.5 ml) del Biocoagulante teniendo una remoción del 100% en turbidez y color, en el

caso del pH, no presentó un nivel de alteración representativo, ya que se mantuvo relativamente

estable después de realizar el tratamiento. Por lo tanto, se concluyó que el extracto de semilla

de Moringa Oleífera tiene una alta eficiencia como un coagulante natural para el tratamiento

de agua.

Palabras clave: Moringa Oleífera, tratamiento de agua, Biocoagulante, agua de río,

constituyentes activos.

X




Author:



Advisor:

Dra. Bermeo Garay Mirella

ABSTRACT

In this study, the effectiveness of Moringa Oleifera seed extract as a biocoagulant in water

treatment was investigated, where the active components responsible for the coagulation /

flocculation mechanism were verified and those properties improved. Water was collected

from the Guayas River, and the samples were analyzed before and after treatment with the

Moringa Oleifera Biocoagulant for different parameters (Turbidity, Color, pH) to evaluate the

suitability and effectiveness of Moringa Oleifera seed extract in highly turbid waters . A

significant reduction was observed in all parameters analyzed with lower doses of Moringa

Oleifera seed extract, resulting in 66.7 mg / l (0.5 ml) of the Biocoagulant having a 100%

removal in turbidity and color, in the case of pH, did not present a representative level of

alteration, since it remained relatively stable after carrying out the treatment. Therefore, it was

concluded that Moringa Oleifera seed extract has a high efficiency as a natural coagulant for

water treatment.

Keywords: Moringa Oleifera, water treatment, Biocoagulant, river water, active constituents.

1

INDICE

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA ............................................ II

CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD ................................................................. III

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS. ........................................ IV

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................ V

DEDICATORIA ...................................................................................................................... VI

AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... VII

DEDICATORIA ................................................................................................................... VIII

RESUMEN .............................................................................................................................. IX

ABSTRACT .............................................................................................................................. X

INDICE ...................................................................................................................................... 1

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................... 4

ÍNDICE DE FIGURAS.............................................................................................................. 5

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 6

1 CAPÍTULO I ................................................................................................................. 9

1.1 EL PROBLEMA...................................................................................................... 9

1.1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................... 9

1.2 Formulación y Sistematización de la Investigación .............................................. 11

1.2.1 Formulación del problema de investigación. ................................................. 11

1.3 Justificación de la Investigación. ........................................................................... 11

1.3.1 Justificación teórica. ....................................................................................... 11

1.3.2 Justificación metodológica. ............................................................................ 12

1.3.3 Justificación práctica. ..................................................................................... 12

1.4 Objetivos de la Investigación. ............................................................................... 13

1.4.1 Objetivo general. ............................................................................................ 13

1.4.2 Objetivos específicos...................................................................................... 13

1.5 Delimitación de la investigación. .......................................................................... 13

1.5.1 Delimitación Temporal .................................................................................. 13

1.5.2 Delimitación Espacial .................................................................................... 13

1.5.3 Delimitación del Contenido ........................................................................... 15

1.6 Hipótesis ................................................................................................................ 15

1.6.1 Variable independiente. .................................................................................. 15

1.6.2 Variable Dependiente. .................................................................................... 15

1.6.3 Operacionalización de las variables. .............................................................. 16

2

2 CAPÍTULO II .............................................................................................................. 17

2.1 Marco De Referencia ............................................................................................. 17

2.1.1 Marco Teórico ................................................................................................ 17

2.1.1.1 Moringa Oleífera Lam. ............................................................................ 17

2.1.1.2 Semillas – Descripción ............................................................................ 22

2.1.1.3 Procesos de tratamiento de agua convencionales .................................... 23

2.1.1.4 Biocoagulantes ......................................................................................... 24

2.1.1.5 Mecanismo de Acción (coagulación / floculación) de la proteína Moringa

Oleífera. 25

2.1.1.6 Actividad coagulante de la semilla de Moringa ....................................... 26

2.1.1.7 Elementos Coagulantes y floculantes en las semillas de Moringa O. ...... 29

2.1.1.8 Proteínas floculantes - activas MO2.1 y MO2.2 ...................................... 31

2.1.1.9 Ventajas y desventajas del uso de Moringa como coagulante. ................ 33

2.2 Marco Conceptual................................................................................................. 34

2.3 Marco Contextual. ................................................................................................. 35

2.3.1 Moringa Oleífera en el Ecuador. .................................................................... 35

3 CAPITULO III ............................................................................................................. 37

3.1 Metodología de investigación ................................................................................ 37

3.2 Materiales y equipos .............................................................................................. 38

3.3 Diseño de la investigación. .................................................................................... 39

3.3.1 Obtención del producto biocoagulante a partir de la semilla de Moringa

Oleifera. ....................................................................................................................... 39

3.3.1.1 Extracción del polvo de semilla M. Oleífera. .......................................... 39

3.3.1.2 Extracción del aceite en el polvo de M. Oleifera. .................................... 40

3.3.1.3 Preparación de la solución de Moringa Oleífera como biocoagulante. ... 40

3.3.1.4 Prueba en el equipo de test de jarras. ....................................................... 41

3.4 Custodia de la muestra. .......................................................................................... 42

3.4.1 Definición ....................................................................................................... 42

3.4.2 Localización ................................................................................................... 42

3.4.3 Normativas Aplicadas. ................................................................................... 43

3.4.4 Procedimiento................................................................................................. 43

3.4.4.1 Procedimiento de toma de muestra de 1 litro de agua de río ................... 43

3.4.4.2 Conservación y Transporte de la muestra ................................................ 44

4 CAPITULO IV............................................................................................................. 45

4.1 Resultados. ............................................................................................................. 45

4.1.1 Fracción de masa de cáscara y grano en las semillas de M. Oleífera. ........... 45

3

4.1.2 Selección de Dosis Óptima y mejor tiempo de respuesta. ............................. 46

4.1.3 Dosis Óptima de Biocoagulante de Moringa Oleífera ................................... 48

4.1.4 pH ................................................................................................................... 50

4.1.5 Selección de Biocoagulante con y sin cascara, con solución salina............... 51

4.1.6 Turbidez con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl. ......................... 52

4.1.7 Color con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl. .............................. 53

4.1.8 Remoción (%) de Turbiedad y Color con Biocoagulante M. Oleífera al 5M

NaCl. 54

4.2 Análisis y discusión de resultados. ........................................................................ 55

5 CAPÍTULO V .............................................................................................................. 57

5.1 Conclusiones. ......................................................................................................... 57

5.2 Recomendaciones. ................................................................................................. 58

5.3 Nomenclatura......................................................................................................... 59

5.3.1 Nomenclatura M.O. ........................................................................................ 59

5.4 Bibliografía. ........................................................................................................... 60

5.5 Anexos ................................................................................................................... 65

4

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Operacionalización de las variables ...................................................................................... 16

Tabla 2: Aplicación de las partes de Moringa Oleífera ........................................................................ 20

Tabla 3: Elementos Coagulantes y floculantes en las semillas de Moringa O. ................................... 29

Tabla 4: Ventajas y desventajas del uso de Moringa como coagulante .............................................. 33

Tabla 5: Materiales y equipos requeridos ........................................................................................... 38

Tabla 6. Determinación de peso Grano/Cáscara en 100gr de Semilla de M. Oleífera ........................ 45

Tabla 7. Resultados Dosis Óptima de Biocoagulante de Moringa Oleífera con NaCl al 1M ............... 48

Tabla 12. Comparación del pH antes y después del tratamiento con Biocoagulante de Semilla

Moringa O. .......................................................................................................................................... 50

Tabla 9. Datos estadísticos generales Selección de Biocoagulante ................................................... 51

Tabla 10. Resultados de remoción de turbidez con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl. ..... 52

Tabla 11. Resultados de Remoción de Color con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl. ........ 53

Tabla 13. Relación de Remoción de Turbiedad y Color (%). .............................................................. 54

Tabla 15. Análisis y discusión de resultados....................................................................................... 55

5

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química ................................................................. 14

Figura 2. Mapa del sistema del río Guayas (Rio Daule y Babahoyo) ................................................. 14

Figura 3. Zonas de crecimiento de Moringa Oleífera. ......................................................................... 17

Figura 4. Árbol de Moringa O. ............................................................................................................. 18

Figura 5. Hojas, Flores, Vainas y Semillas de M.O. ............................................................................ 19

Figura 6. Moringa, vaina seca y semillas ............................................................................................ 21

Figura 7. Semilla de Moringa .............................................................................................................. 22

Figura 8. Esquema sobre el proceso de tratamiento de agua común. ................................................ 23

Figura 9. Coagulación y floculación de una suspensión coloidal. ....................................................... 24

Figura 10. Mecanismo de coagulación / floculación de la proteína Moringa Oleífera. ........................ 26

Figura 11. Comparación de secuencia peptídica entre MO2.1 (AJ345072) y MO2.1 (P24303) ......... 31

Figura 12. Análisis electroforético de un extracto crudo de MO 2.1 .................................................... 32

Figura 13. Diagrama de Flujo Elaboración y Eficiencia de Biocoagulante M. Oleífera ....................... 34

Figura 14. Ganado consumiendo Forraje de Moringa O. .................................................................... 36

Figura 15. Semilla de Moringa Oleífera A) Con Cáscara, B) Cáscara y C) Solo Semilla .................... 39

Figura 16. Equipo de Test. De Jarras ................................................................................................. 41

Figura 17. Localización de Toma de Muestra ..................................................................................... 42

Figura 18. Fracción de masa de cáscara y grano en las semillas de M. Oleífera ............................... 45

Figura 19. Test de Jarras→Dosificación Óptima-PARTE 1 ................................................................ 46

Figura 20. Primer Test De Jarras (0,7 ml) Prueba de Mejor Tiempo de Respuesta ........................... 46

Figura 21. Test de Jarras →Dosificación Óptima-PARTE 2 ............................................................... 47

Figura 22. Segunda Test De Jarras (0,5 ml) Prueba de Mejor Tiempo de Sedimentación. ................ 47

Figura 23. Gráfica de Dosis Óptima de Biocoagulante de Moringa Oleífera con NaCl al 1M ............. 49

Figura 24. Resultados obtenidos del análisis de pH realizado en el agua del río Guayas recogida

antes y después del tratamiento utilizando extracto de semilla de Moringa O. en dosis variables. .... 50

Figura 25. Análisis estadístico para datos de Selección de Biocoagulante. ....................................... 51

Figura 26. Relación de la dosis de biocoagulante vs remoción de turbidez (NTU; %) ........................ 52

Figura 27. Resultados de Remoción de Color con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl. ....... 53

Figura 28. Relación de Remoción de Turbiedad y Color (%) VS pH ................................................... 54

Figura 29. Semilla M.O. A) CON Cáscara B) SOLO Cáscara C) SIN Cáscara ................................... 65

Figura 30. Extracción de Aceite de la Semilla M.O. A) Filtro al Vacío B) Aceite extraído con Etanol. 65

Figura 31. Filtración al vacío: Mezcla de Moringa Oleífera + Solución NaCl 1M ................................ 66

Figura 32. Mezcla de Biocoagulante con muestra de río. ................................................................... 66

Figura 33. Resultados de Muestra con dosis óptima (0,5 ml -66.7 mg/l) con Colorímetro DR/890 ..... 67

Figura 34. Análisis de Muestra de Río Guayas sin tratar. ................................................................... 68

6

INTRODUCCIÓN

El agua es necesaria para todos los organismos vivos, desempeña un papel importante en

muchos procesos y es esencial en innumerables reacciones físicas y químicas. Es considerada

un recurso renovable, renovable en referencia a esa porción que circula a través del ciclo

hidrológico. Según el Informe sobre el desarrollo mundial del agua de las Naciones Unidas

(2003), aunque el 70% de la superficie terrestre está cubierta por agua, donde el 97.5% es

salada y solo el 2.5% de es dulce, del cual solo el 1% de esta está disponible para uso humano.

Quizás la gente pasa por alto la importancia de las aguas, simplemente porque es el recurso

natural abundante en el planeta. El agua es la parte más crucial de la vida, y nunca debe pasar

desapercibida. La que está destinada al consumo humano debe ser segura y saludable, por lo

tanto cada unidad de él debe utilizarse de manera eficiente, equitativa y sólida. Debido a esto

se ha definido que el agua para consumo humano debe ser:

• Libre de agentes patógenos.

• Libre de sustancias químicas nocivas.

• Agradable al gusto, es decir, libre de olor y color.

• Utilizable para uso doméstico.

Se dice que el agua está contaminada o no consumible cuando no cumple los criterios

anteriores. La contaminación del agua es un peligro creciente en muchos países en desarrollo

debido a la actividad humana, sin agua potable abundante y segura no se puede proveer cuidado

de salud a la comunidad.

Las aguas de los ríos destinadas al consumo humano y al uso general del hogar pueden ser

muy turbias, especialmente en la época de lluvias. El lodo del río se revuelve en suspensión y

se escapa de los campos y otras superficies llevan material sólido, bacterias y otros

7

microorganismos al río. Es de suma importancia retirar tanto de este material suspendido como

sea posible antes de una etapa de desinfección y consumo subsiguiente.

Esto generalmente sólo puede conseguirse mediante la adición de coagulantes al agua cruda,

dentro de una secuencia de tratamiento controlada. En muchos países en desarrollo, los

coagulantes químicos patentados, como el Sulfato de Aluminio y polielectrolitos sintéticos no

están disponibles localmente o son importados usando divisas.

Con su origen en la India y Pakistán, Moringa Oleífera fue llevada al continente africano y

al Sudán en particular con fines ornamentales durante la época colonial. Las mujeres de Sudán

pronto descubrieron las habilidades del árbol y utilizaron las semillas para el tratamiento del

agua desde principios del siglo XX (Schwartz, 2000). El coagulante natural encontrado en

Moringa Oleífera está presente en 6 de las 14 especies de Moringa que crecen en África,

Madagascar, India y Arabia. Moringa Oleífera es la única especie de la familia botánica

presente en regiones tropicales y subtropicales de todo el mundo, y por lo tanto es la más

famosa (Schwartz, 2000).

La Moringa Oleífera es una de las especies de plantas más extensas que crece rápidamente

a bajas altitudes en todo el cinturón tropical, incluidas las zonas áridas. Puede crecer en suelos

medianos con una humedad relativamente baja (Ndabigengesere et al., 1995).

Una alternativa viable es el uso de semillas trituradas de Moringa Oleífera como coagulante

natural. Los coagulantes que ocurren naturalmente se presumen generalmente seguros para la

salud humana. Estudios previos han encontrado que las semillas de Moringa Oleífera son no

tóxicas, e incluso se recomendó su uso como coagulante en el tratamiento del agua en los países

en desarrollo países.

Se ha documentado ampliamente que extractos de plantas tales como Moringa Oleífera han

demostrado ser eficaces en la eliminación de sólidos en suspensión, en la eliminación de

8

turbidez, en el ablandamiento de agua dura y también en la reducción de la suspensión

producida en comparación con la producida por coagulantes químicos (Ndabigengesere, A. and

Narasiah, K. S. 1998).

Varios métodos para mejorar la eficiencia de la remoción de la turbidez y el color han sido

propuestos por investigadores, tales como la utilización de la moringa en polvo (Amagloh y

Benang, 2009; Mangale et al., 2012), preparación de la solución por extracción acuosa

(Pritchard et al., 2010; Pise y Halkude, 2012) y preparación de la solución por extracción salina

(Okuda et al., 2001; Madrona y al., 2012; Sánchez-Martín et al., 2012). Incluso ante diversos

estudios, todavía no hay estandarización para tales procedimientos.

Así, este trabajo tiene como objetivo establecer la mejor dosis de coagulante a ser utilizado

y evaluar los diferentes tiempos de sedimentación después de la coagulación / floculación a fin

de optimizar el proceso de tratamiento de agua y demostrar como alternativa viable el uso de

biocoagulantes.

9

1 CAPÍTULO I

1.1 EL PROBLEMA

1.1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Para un control de la calidad del agua es necesario el monitoreo de diversos indicadores.

Una de las preocupaciones principales es por la contaminación de los ambientes acuáticos

cuando el agua es usada para el consumo humano.

Los procesos de tratamiento de aguas residuales producen grandes cantidades de lodo que

comúnmente contienen más del 90% de agua. El manejo del lodo representa una parte

importante del costo del proceso de tratamiento además de representar importantes desafíos

técnicos. Para reducir los costos de transporte y manipulación, la parte más importante del

tratamiento de lodos es la reducción de su volumen (Qi et al., 2011). Además de presentar un

alto contenido de agua estos subproductos, también tienen una pobre capacidad de

deshidratación, particularmente el uso de sulfato de aluminio como coagulante produce

aquello. Actualmente, estos lodos son bombeados y almacenados en presas o dispuestos en

terrenos sin ningún tratamiento, provocando un severo daño al ambiente.

Muchos coagulantes químicos son ampliamente utilizados en los procesos de tratamiento

de agua con base en sus características de coagulación y floculación, sin embargo, no son

biodegradables y pueden ser conectados a diversos daños.

El aluminio ingerido por vía oral es extremadamente tóxico para los humanos a pesar de la

ocurrencia generalizada de este elemento en alimentos, agua potable y muchos preparados

antiácidos. Se ha formulado la hipótesis de que la exposición al aluminio (sea en el estado que

sea) a largo plazo es un factor de riesgo para la aparición de la enfermedad de Alzheimer en

humanos (Çabuş et al., 2015).

10

Las sales de aluminio son, con mucho, los coagulantes más utilizados en el tratamiento del

agua de todo tipo. Sin embargo, estudios recientes han señalado varios inconvenientes graves

de usar sales de alumbre (Ndabigengesere et al., 1995, Ndabigengesere y Narasiah, 1998,

Muyibi, 1998). Un problema de reacción del alumbre con la alcalinidad natural presente en el

agua que conduce a la reducción del pH y una baja eficiencia en la coagulación de aguas frías

(Ndabigengesere y Narasiah, 1998)

Teniendo en cuenta estas problemáticas, ha aumentado el interés por el uso de polímeros

naturales, ya que no hay tratamiento de aguas oficiales con este tipo de coagulantes debido a

las grandes ventajas en los agentes químicos coagulantes.

Por lo tanto, es deseable que otros coagulantes alternativos rentables y más aceptables para

el medio ambiente que se desarrollen para complementar o sino reemplazar alumbre, sales

férricas y polímeros sintéticos. En este contexto, los coagulantes naturales representan una

alternativa viable (Ndabigengesere y Narasiah, 1998, Muyibi, 1 998).

Moringa Oleífera, es nativo de Asia del Sur, pero es un cultivo ampliamente cultivado a

través de los trópicos. Existen plantaciones de Moringa en el Ecuador por ejemplo en Manabí,

Naranjal o empresas como Ecuamoringa, Moringallo, etc., por lo que este cultivo podría ser

utilizado como una opción alternativa para el tratamiento de aguas. El uso de Moringa Oleífera

sobre su capacidad coagulante / floculante del extracto de semilla se ha encontrado prometedor,

debido a su falta de dependencia externa de reactivos como Al2(SO4)3. Los coagulantes de

origen vegetal son fáciles de usar, ya que requieren menos procesamiento y pueden

proporcionar un medio sostenible para el tratamiento. A pesar de las propiedades conocidas de

muchos de los biocoagulantes, solo unos pocos se han estudiado en detalle para aplicaciones

prácticas.

11

1.2 Formulación y Sistematización de la Investigación

¿Cuál será la eficiencia de biocoagulante a base de semilla de Moringa

Oleífera para aplicación de tratamiento de aguas?

¿Qué beneficios se presentaría a la industria al conocer la eficiencia de

biocoagulante a base de semilla de Moringa Oleífera para aplicación de tratamiento

de aguas?

1.2.1 Formulación del problema de investigación.

Se están exponiendo las ventajas de la coagulación natural empleando el uso del

extracto de semilla de la Moringa Oleífera como biocoagulante en el tratamiento

de aguas.

1.3 Justificación de la Investigación.

1.3.1 Justificación teórica.

En Ecuador se utiliza como método rutinario el coagulante primario, sulfato de

aluminio y en menor proporción el cloruro férrico para la remoción de turbiedad y

actualmente se desconoce si hay instalaciones usando algún tipo coagulante natural.

En el país no se ha realizado o evaluado la determinación científica oficial sobre el

uso del polvo de la semilla de Moringa Oleífera como biocoagulante primario o

coadyuvante, motivo que impulsa a realizar la Tesis de Investigación "EFICIENCIA

DEL BIOCOAGULANTE A BASE DE SEMILLA DE MORINGA OLEÍFERA

PARA APLICACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUA USANDO COMO FUENTE

DE CAPTACIÓN EL RIO GUAYAS" y así profundizar la investigación realizada en

diferentes partes del mundo sobre el uso del extracto del polvo de la semilla de Moringa

Oleífera.

12

1.3.2 Justificación metodológica.

El uso como coagulante primario del sulfato de aluminio y el cloruro férrico para

la remoción de turbiedad se lo asocia como una “posible” causa de la enfermedad de

Alzheimer y otros problemas similares relacionados con la salud (Çabuş et al., 2015),

ya que muchos estudios lo relacionan con el alumbre residual en las aguas tratadas,

además de la producción de grandes volúmenes de lodos químicos obtenidos como

subproducto que generan un severo daño ambiental. El propósito de esta investigación

es la determinación de la eficiencia de un biocoagulante (coagulante natural) a partir

del polvo semilla de Moringa Oleífera para aplicación de tratamiento de agua teniendo

como fuente de captación el rio Guayas, para lo cual se realizara un control de la

coagulación en el equipo de prueba de test de jarras con diferentes dosificaciones

determinando su eficiencia como biocoagulante.

1.3.3 Justificación práctica.

Esta investigación es realizada con el fin de confirmar la efectividad del polvo

extraído de las semillas de Moringa Oleífera secas maduras que comúnmente están

disponibles en el territorio ecuatoriano.

Se procederá a realizar un test de jarras para luego realizar las pruebas

correspondientes, en donde destacan los parámetros turbidez, color y pH, para

analizarlos con las normativas correspondientes. La finalidad del presente trabajo de

tesis, tiene como objetivo mostrar resultados que puedan contribuir al desarrollo de

tecnologías adecuadas a la realidad y por ende al desarrollo de la Ingeniería Química

en el Ecuador utilizando las técnicas de tratamiento conocidas n un producto natural

como lo son las semillas de la Moringa Oleífera.

13

1.4 Objetivos de la Investigación.

1.4.1 Objetivo general.

Determinar la eficiencia del biocoagulante a base de semilla de Moringa Oleífera

para aplicación de tratamiento de agua usando como fuente de captación el Rio Guayas.

1.4.2 Objetivos específicos

I. Obtener el Biocoagulante a partir del extracto de las semillas de Moringa Oleífera.

II. Caracterizar la muestra obtenida del Río Guayas

III. Determinar la dosis óptima del Biocoagulante para remoción de turbidez, color y

alteración de pH en la muestra a tratar.

1.5 Delimitación de la investigación.

1.5.1 Delimitación Temporal

El desarrollo teórico y experimental de la investigación fue realizado durante un periodo

aproximadamente de 6 meses

1.5.2 Delimitación Espacial

La investigación se desarrolló en el laboratorio de Aguas y Medio Ambiente de la Facultad

de Ingeniería Química en la Universidad de Guayaquil, se realizó la experimentación que

determinó la eficiencia del biocoagulante a base de semilla de Moringa Oleífera para aplicación

de tratamiento de agua usando como fuente de captación el rio Guayas.

14

Figura 1. Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química Fuente (Google Maps, 2018)

Figura 2. Mapa del sistema del río Guayas (Rio Daule y Babahoyo) Fuente (Libro 'Biodiversidad del Guayas', 2014)

15

1.5.3 Delimitación del Contenido

Se Desarrolló la investigación basándose en estudios de Hidrología (Calidad del Agua), en

la elaboración y comprobación de efectividad de un Biocoagulante a base de Semillas de

Moringa Oleífera en tratamiento de agua de río. Se tomó como guía artículos científicos

publicados de otros países como bases científicas de referencia.

1.6 Hipótesis

Con la experimentación mediante pruebas de laboratorio estandarizadas se podrá

determinar la eficiencia del biocoagulante a base de semilla de Moringa Oleífera para

aplicación de tratamiento de agua en muestras de río Guayas.

1.6.1 Variable independiente.

Tiempo

Concentración

1.6.2 Variable Dependiente.

Color

pH

Turbidez

16

1.6.3 Operacionalización de las variables.

Tabla 1: Operacionalización de las variables

Variable Tipo Definición Unidad de medición

pH Dependiente

Potencial de Hidrógeno

Es una escala numérica utilizada para especificar la acidez

o basicidad de una solución acuosa.

-

Turbidez Dependiente

La turbidez es la turbiedad o turbiedad de un fluido causada

por un gran número de partículas individuales que, en

general, son invisibles a simple vista, de forma similar al

humo en el aire. La medición de la turbidez es una prueba

clave de la calidad del agua. Los fluidos pueden contener

materia sólida en suspensión que consiste en partículas de

diferentes tamaños.

NTU

Color Dependiente

El color en agua o aguas residuales puede ser el resultado de

la presencia de metales, ácidos orgánicos, materia

microbiológica y / o desechos industriales.

Unidades de Platino

Cobalto UPC

(Pt/Co)

Elaborado por: (Tumbaco & Acebo, 2018)

17

2 CAPÍTULO II

2.1 Marco De Referencia

2.1.1 Marco Teórico

2.1.1.1 Moringa Oleífera Lam.

Moringa oleífera, Lam syn. M. pterygosperma, Gaertn (Familia - Moringaceae), es un árbol

pequeño o mediano, lo suficientemente atractivo como para ser un punto focal en los trópicos

y subtrópicos debido a sus flores de color blanco cremoso, dulcemente perfumadas y verde

claro, tripinnadas. Es un nativo de la India, se encuentra silvestre en las regiones sub-Himalaya

del norte de India y se cultiva en todo el país.

Se lo conoce comúnmente como Sajina, sajna (bengalí); Horseradish tree, drumstick tree

(English); Sahinjan, mungna (hindi); Murinna, muringa, tishnagandha (Malyalam); Sevaga,

segata (Marathi); Sohanjana (Punjabi); Sobhanjana, sigru, murungi, dvishiguru (sánscrito) y

Sehjan (urdu) en diversas lenguas y regiones indias. También prospera bien en Pakistán,

Bangladesh, Sri Lanka, África tropical, Arabia, Filipinas, Camboya y América Central, del

Norte y del Sur. (Figura 3)

Figura 3. Zonas de crecimiento de Moringa Oleífera. Fuente (ONG Trees for life, 2011)

18

Moringa Oleífera Lam (Figura 4) es una planta perenne que crece muy rápido, con flores y

frutos que aparecen dentro de los 12 meses de la siembra. Crecen hasta una altura de 5-12

metros y vainas de 30-120 cm de largo y se cosechan hasta dos veces al año. El árbol prefiere

tierras bajas en caliente condiciones semiáridas con suelos arenosos o limosos, pero se sabe

que se adaptan rápidamente a las nuevas condiciones. Tolera heladas ligeras, un pH del suelo

de 9 y puede vivir en áreas con una precipitación anual de hasta 3000 mm.

Figura 4. Árbol de Moringa O. Fuente (Ecoagricultor, 2013)

Con una altura de 5 a 12 m con una corona abierta en forma de paraguas, tronco recto y

corteza córnea y blanquecina, el árbol produce una raíz tuberosa. El follaje perennifolio o

caducifolio (dependiendo del clima) tiene folletos de 1 a 2 cm de diámetro; las flores son de

color blanco o crema. Las frutas (vainas) son inicialmente de color verde claro, delgado y

tierno, llegando a ser de color verde oscuro, firmes y de hasta 120 cm de largo, dependiendo

de la variedad. Las semillas completamente maduras y secas son redondas o triangulares,

rodeadas por una cáscara ligeramente boscosa con tres alas de papel (Figura 5).

19

Figura 5. Hojas, Flores, Vainas y Semillas de M.O. Fuente (Loveachild, 2016)

Descrito como "uno de los árboles más asombrosos que Dios ha creado", casi todas las

partes de la musculatura (Tabla 2), como la corteza, la raíz, la fruta, las flores, las hojas, las

semillas y las , son un rico depósito de proteínas, vitaminas y minerales como potasio, calcio y

fósforo, hierro, ácido fólico así como β caroteno. Las hojas se pueden comer frescas, cocinadas

o almacenadas como polvo seco durante muchos meses sin refrigeración, sin pérdida de valor

nutricional. Esta planta tiene un perfil nutricional que tiene la capacidad de suministrar los

requerimientos de micronutrientes necesarios en una dieta saludable, lo que la convierte en una

alternativa útil para combatir la inseguridad alimentaria cuando se debe a deficiencias debidas

a la calidad de los alimentos. Las hojas de Moringa contienen una gran cantidad de nutrientes

importantes, además de contener todos los aminoácidos esenciales y una gran variedad de

vitaminas (ACF-Niger, 2015).

Casi todas las partes de esta planta se han utilizado para diversas dolencias en la medicina

indígena del sur de Asia (Price M., 1985).

20

Tabla 2: Aplicación de las partes de Moringa Oleífera

Partes Aplicación

Semillas

Emolientes

Productos cosméticos

Producción de biodiesel

Tratamiento de aguas

Fertilizantes

Dieta de animales

Culinario

Frutas Dieta humana

Flores

Productos cosméticos

Dieta humana

Medicinal

Coagulación de la leche

Hojas

Dieta humana

Dieta de animales

Forraje (Hierba que se da al ganado)

Medicinal

Corteza Medicinal

Raíz Medicinal


21

Las variedades nombradas de moringa incluyen Jaffna o Yazhpanam, cultivadas en varias

partes del sur de la India, (produciendo vainas de 60-90 cm de largo), Chavakacheri murungai

(produciendo vainas de 90-120 cm de largo), Chemmurungai (con frutos de punta roja),

Kadumurungai, Palmurungai, Puna murungai (con pulpa gruesa y sabor amargo), Kodikkal

Murungai, etc. (Kader M. & Shanmugavelu KG, 1982).

El Instituto de Investigación y Colegio Hortícola de la Universidad Agrícola de Tamil Nadu

ha lanzado dos variedades mejoradas anuales de moringa (PKM-1, PKM-2) en un lapso de 10

años, para cultivo comercial (Tsaknis J & Dourtoglou V., 1998). Las afirmaciones del folclore

y la literatura antigua indican que la moringa es un abortivo, antídoto, antirreumático,

bactericida, diurético, ecológico, emético, expectorante, purgante, rubefaciente, estimulante,

tónico, vermífugo y vesicante (Ramachandran C, Peter KV, Gopalakrishnan PK, 1980).

Figura 6. Moringa, vaina seca y semillas Fuente (Forest and Kim Starr, 2017)

22

2.1.1.2 Semillas – Descripción

Figura 7. Semilla de Moringa Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

Su tamaño varía entre 1.5-3 cm de diámetro.

El peso promedio es 0.3 gr / semilla.

De color castaño oscuro, las semillas completamente maduras y secas son redondas o

triangulares, rodeadas por una cáscara ligeramente boscosa con tres alas de papel.

Con cáscara contiene 36.7% de proteínas, 34.6% de lípidos y 5% de carbohidratos.

Sin cáscara contiene 27.1% de proteínas, 21.1% de lípidos y 5.5 carbohidratos.

Contienen hasta 40% en peso de aceite comestible de calidad (más de 80% de contenido

de ácidos grasos insaturados) y las semillas (y torta de prensa sin aceite) producen

proteínas capaces de actuar como coagulantes efectivos en el tratamiento de aguas.

Como aporte de materia orgánica para los suelos de cultivo se suele utilizar la torta

resultante de la extracción de aceite si no es utilizada para fines de tratamiento de aguas.

23

2.1.1.3 Procesos de tratamiento de agua convencionales

El tratamiento del agua en general implica una serie de procesos combinados basados en la

calidad de la fuente de agua, como la turbidez, la cantidad de carga microbiana presente en el

agua y otros incluyen el costo y la disponibilidad de sustancias químicas para alcanzar el nivel

deseado de tratamiento. En general, los protocolos de tratamiento del agua constan de dos pasos

principales: coagulación / floculación y desinfección (Figura 8). Comúnmente, el alumbre

(sulfato de aluminio) se utiliza como agente de coagulación, ya que es eficiente y relativamente

rentable en los países desarrollados; mientras que la desinfección se logra mediante la adición

de desinfectantes químicos como compuestos a base de cloro.

Figura 8. Esquema sobre el proceso de tratamiento de agua común. Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

La coagulación y la floculación son fenómenos relacionados que generalmente ocurren

juntos e implican la aglomeración de partículas con la consecuente desestabilización y la salida

de los agregados de la suspensión. En una perspectiva química, la coagulación se define como

el proceso de hacer que la materia coloidal se disperse / suspenda en un líquido para unirse en

una masa coherente. La floculación es un proceso físico de contacto y adherencias donde los

agregados forman grupos de mayor tamaño llamados flóculos que se excluyen de la suspensión

(IUPAC). La floculación es ampliamente utilizada como sinónimo de aglomeración,

agregación y coagulación.

Entrada

Coagulación Floculación

Lodo Residual

↑

Sedimentación

Filtración

Desinfección

Salida

24

Los coagulantes y floculantes son útiles en las industrias de alimentos y bebidas para

eliminar las partículas microscópicas que afectan el sabor, la apariencia y la textura del agua

(Wong et al., 2007).Sin embargo, estos procesos son principalmente conocidos por su gran

importancia en el tratamiento del agua, que se analiza a continuación.

2.1.1.4 Biocoagulantes

Los coagulantes naturales o biocoagulantes son indudablemente seguros y respetuosos con

el medio ambiente, ya que están libres de toxicidad (en condiciones adecuadas de uso). Sus

compuestos bioactivos son polisacáridos, proteínas, mucílagos, alcaloides y taninos. En la

remediación de aguas residuales industriales o la purificación del agua dichos coagulantes

permiten la desestabilización de la contaminación coloidal (sólidos en suspensión) y la

eliminación de sólidos disueltos en términos DQO. Se ha probado la eficiencia en la adsorción

de metales pesados como el plomo, el cromo, el cadmio y el zinc mediante extractos de plantas

(Sotheeswaran, Nand, Matakite y Kanayathu, 2011). Los biocoagulantes producen menos lodo

residual; incluso esta obtención es cinco veces menor que la de los lodos con coagulantes

químicos (Choy et al., 2014) además de ser biodegradables siendo todo lo contrario del lodo

que produce el alumbre, sales férricas y polímeros sintéticos. Los coagulantes naturales no

consumen alcalinidad en comparación con los compuestos a base de aluminio o hierro; Por lo

tanto, no generan cambios bruscos de pH.

Figura 9. Coagulación y floculación de una suspensión coloidal. Fuente (Nieto y Orellana, 2011)

25

2.1.1.5 Mecanismo de Acción (coagulación / floculación) de la proteína Moringa Oleífera.

Entre todos los materiales vegetales que se han probado a lo largo de los años, se ha

demostrado que el polvo procesado a partir de las semillas de Moringa oleífera es uno de los

más eficaces como coagulante primario para el tratamiento del agua y se puede comparar con

el del alumbre (coagulante químico convencional) (Ndabigengesere y Narasiah,1996). El uso

de Moringa tiene una ventaja adicional sobre el tratamiento químico del agua porque es

biológico y se ha informado que en sí es comestible, aparte de que la torta residual es la base

para elaboración del biocoagulante también es biodegradable y es de excelente uso para

fertilizar suelos. Sin embargo, no se ha hecho mucho en Ecuador usando Moringa como

coagulante en el sistema de purificación de agua pero si como alimento complementario para

animales.

Según Eilert (1978), las semillas de Moringa Oleífera contienen cantidades significativas de

proteínas solubles en agua que llevan carga positiva cuando las semillas trituradas se agregan

al agua cruda, las proteínas producen cargas positivas que actúan como imanes y atraen

partículas cargadas predominantemente negativamente (como arcilla, bacterias de limo y otras

partículas tóxicas en el agua). Debido a la colisión y neutralización de partículas, tiene lugar la

formación de flóculos con una estructura en forma de red (Figura 10) (Ndabigengesere et al.,

1995; Gassenschmidt et al., 1995).

El proceso de floculación ocurre cuando las proteínas se unen a las cargas negativas

formando flóculos a través de la agregación de partículas que están presentes en el agua. Estos

flóculos se eliminan fácilmente mediante sedimentación o filtración: una situación que dio

lugar a este estudio sobre la aplicación de semillas de moringa.

26

Figura 10. Mecanismo de coagulación / floculación de la proteína Moringa Oleífera. Fuente (Bodlund, 2013)

2.1.1.6 Actividad coagulante de la semilla de Moringa

Las semillas de M. Oleifera presentan aceites comestibles y sustancias solubles en agua que

indiscutiblemente constituyen el coagulante natural más estudiado en la comunidad científica

(Yin, 2010). La coagulación y la floculación son pasos delicados en el tratamiento del agua.

En una estación de tratamiento de agua, convencionalmente, se agita mecánica o

hidráulicamente, seguido de la adición de coagulante, que actúan a través de la reducción de

las fuerzas de repulsión entre las partículas (impurezas) (Mcconhachie et al., 1999). El árbol

de M. Oleífera puede producir alrededor de 2000 semillas al año. Este número de semillas sería

capaz de tratar cerca de 6.000 L de agua con una dosis de 50 mg / L. Los árboles, sin embargo,

pueden ser cultivados para producir cerca de cinco a diez veces ese rendimiento (es decir,

10.000-20.000 semillas). Esto produciría hasta 60.000 L de agua tratada al año (Pritchard et

al., 2010).Moringa Oleifera es una planta tropical perteneciente a la familia de Moringaceae

que se cultiva en el cinturón tropical. Se sabe que las semillas de M. Oleífera contienen un

componente activo de coagulación, el extracto acuoso es bien conocido como coagulante

natural (coagulante de M. Oleifera: MOC).

Hay estudios realizados por Fink (1984), Gassen (1990) y Gassenschmidt (1991) sugiriendo

que el componente coagulante activo de M. Oleifera debería ser un péptido catiónico con peso

27

molecular entre 6 y 16 kDa y punto isoeléctrico en pH 10. En 1995, Gassenschmidt hizo análisis

de la composición de aminoácidos y secuenciación y mostró que el componente presentaba

gran cantidad de glutamina, arginina y prolina y un total de 60 residuos (MO2.1, MO2.2).

Muyibi y Okufu (1995) reportaron que M. Oleifera no era un coagulante eficiente para el agua

con baja turbidez.

Ndabigengesere et al. (1995) estudió la eficiencia y los mecanismos de coagulación de M.

Oleifera en agua turbia. Confirmó que el componente activo era una proteína dimérica con

propiedades coagulantes más eficientes que el aluminio, pues el residuo orgánico formado era

inocuo para el medio ambiente y de 4 a 5 veces menor que se encuentra en agua tratada con

aluminio. El coagulante natural tampoco se alteraba el pH, era soluble en agua, tenía un peso

molecular de 13 kDa y punto isoeléctrico (pI) entre 10-11. También reveló que las semillas de

M. Oleifera pueden ser usadas en su forma íntegra o descascarada, sin embargo, semillas

peladas eran más eficientes para la coagulación. En 1998, Ndabigengesere y Narasiah

observaron que la dosificación óptima para la coagulación era de 0,5 a 1 mg / L y que la proteína

fue totalmente soluble en agua. M. Oleifera como coagulante puede ser un sustituto potencial

para el aluminio (Ndabigengesere et al., 1995).

Otro componente, con tres fracciones activas fue extraído de semillas de M. Oleifera en

tampón fosfato y cromatografía de intercambio iónico (Gassenschmidt et al., 1995). La fracción

floculante aislada de una de las proteínas presentaba peso molecular alrededor de 6,5 kDa y pI

por encima de pH 10. La comparación de la estructura primaria con las secuencias de proteínas

conocidas no reveló significante homología. Okuda et al. (1999), estudiaron que las semillas

de M. Oleifera poseen un peso coagulante extraído con NaCl 1 M con capacidad de coagulación

7,4 veces mayor que lo extrajo en agua. En 2001, Okuda et al., aislaron otro componente con

propiedades coagulantes en extractos salinos que no eran proteínas, polisacáridos o el lípido y

sí, un polieletrólito con peso molecular en torno a 3,0 kDa y pH óptimo para coagulación por

28

encima de 8. Este coagulante tampoco aumentó la concentración de carbono orgánico residual.

Ghebremichael et al., en 2005, purificaron por un método simple una proteína catiónica

(MOCP) con pI mayor que 9,6 y masa molecular de 6,5 kDa. Estos estudios sugieren que los

componentes extraídos en soluciones acuosas o salinas son diferentes naturalezas. El poder

coagulante de las semillas de M. Oleifera se ha aplicado en la remoción de componentes

diferentes en soluciones acuosas y suspensiones.

El primer trabajo describiendo la presencia de lectina en semillas de M. Oleifera fue

reportada por Santos et al. (2005). En este trabajo se demostró la presencia de una lectina

soluble en agua (WSMoL) en preparaciones obtenidas después de la inmersión de semillas

intactas en agua después de 5, 15 y 37 h. WSMoL fue aislada por cromatografía en quitina y

tuvo su secuencia N-terminal (QAVQLTHQQQGQVGPQQVR). La secuencia mostró

similitud (70%) con M02.1 y M02.2, proteínas de M. Oleifera (Coelho et al., 2009).

Katre et al. (2008) reportaron la presencia de MoL (Lectina de M. Oleifera) una la proteína

catiónica formada por subunidades de 7,1 kDa en presencia de 2-mercaptoetanol, sin embargo

en ausencia de la misma dos bandas de 13.6 y 27.1 kDa aparecen. La proteína fue aislada por

cromatografías en DEAE-Celulosa y CMSephadex.

En este sentido, en 2009 purificaron una lectina de naturaleza catiónica, con la actividad

coagulante, formada por subunidades de 26,5 y 14,9 kDa. La lectina fue purificada por

cromatografía de afinidad en gel de guar y llamada cMoL (Lectina coagulante de M. Oleifera).

WSMoL y cMoL presentan actividad insecticida contra Aedes aegypti y Anagasta kuehniella,

respectivamente (Coelho et al., 2009; Oliveira et al., 2011).

El interés por los coagulantes naturales ha resurgido debido a que son biodegradables,

seguros para la salud humana y de bajo costo.

29

2.1.1.7 Elementos Coagulantes y floculantes en las semillas de Moringa O.

Tabla 3: Elementos Coagulantes y floculantes en las semillas de Moringa O.

Elemento Nombre/Característica Actividades biológicas Investigador

MOCP

M. Oleifera proteína catiónica (M. Oleifera-

Cationic Protein)

- Actividad de coagulación de agua Ghebremichael et al.,2005

MoL

cMoL (Purificada)

Lectina coagulante de M. Oleifera (Coagulant M.

Oleifera Lectin)

-Actividad de coagulación de agua

-Actividad insecticida

Anticoagulante de sangre

Katre et al. (2008)

Coelho et al., 2009

WSMoL

Lectina de M. Oleifera soluble en agua (Water-

Soluble M. Oleifera Lectin)

-Reductor de Turbidez

-Actividad insecticida

-Captura de huevos de A. aegypti

-Actividad antibacterial

-Actividad de coagulación de agua

- 70% Similitud con Proteínas

Floculantes (M02.1 y M02.2)

Santos et al., 2005

30

MO1 y MO2

(MO2.1, MO2.2 y

MO2.3)

Proteínas Coagulantes - Actividad Coagulante/Floculante.

Gassenschmidt et al.,

1995

MOC-SC-PC

Proteína Coagulante

(Moringa Oleífera Coagulant- NaOH

Solution- Purified

Coagulant)

- Actividad de coagulación de agua*

*Componente activo de coagulación

extraído de semillas de M. Oleífera

utilizando solución salina.

Okuda et al.,

2001

MO2X_MOROL

(P24303)

Proteínas floculantes - activas MO2.1 y MO2.2

P24303| MO2X_MOROL

Flocculent- active proteins MO2.1 and MO2.2

La actividad floculante del MO2.1

recombinante purificado.

Broin et al., 2002


31

2.1.1.8 Proteínas floculantes - activas MO2.1 y MO2.2

Según Broin et al. (2002) las semillas de Moringa Oleífera contienen pequeñas proteínas de

almacenamiento capaces de flocular partículas en suspensión en agua. El ADN

complementario (ADNc) que codifica una de estas proteínas que contiene estas características,

MO2.1 (AJ345072), se clonó y la proteína recombinante se expresó en Escherichia coli. La

actividad floculante del recombinante MO2.1 (P24303) purificado fue ensayado en arcillas y

bacterias utilizando microscopía de luz y confocal y sobreexpresión de bacterias GFP (Green

Fluorescent Protein). El uso de proteínas recombinantes es un estudio de las propiedades

floculantes con el fin de mejorar los procesos de purificación de agua. La actividad de

floculación puede explicarse por el mecanismo de carga del parche debido a su bajo peso

molecular y alta densidad de carga. La diferencia de la secuencia de la proteína MO2.1 (Figura

11) determinada por Gassenschmidt et al. (1995) con la proteína recombinante Broin et al.

(2002) son en las posiciones 13 y 23 que cambia de C→G y C→Q respectivamente. Lo mismo

pasa con la MO2.2 (variante natural / posición 8 / D → A).

Figura 11. Comparación de secuencia peptídica entre MO2.1 (AJ345072) y MO2.1 (P24303) Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

32

Figura 12. Análisis electroforético de un extracto crudo de MO 2.1 Fuente (Pavankumar et al, 2013)

En la Figura 12 Análisis electroforético de un extracto crudo y fracciones subcelulares de E.

coli de un clon recombinante, que muestra MO 2.1 como un monómero de 6.5 kDa y un

homodímero de 14 kDa, respectivamente. Las masas moleculares aparentes de las proteínas se

determinaron mediante comparación con marcadores de rango de bajo peso molecular de

Sigma (Pavankumar et al, 2013).

33

2.1.1.9 Ventajas y desventajas del uso de Moringa como coagulante.

Tabla 4: Ventajas y desventajas del uso de Moringa como coagulante

VENTAJAS DESVENTAJAS

Método sencillo y fácil para los países en

desarrollo (especialmente a nivel de hogar). El tratamiento hace que el agua sea clara y

potable, pero la purificada el agua todavía

puede contener algunos (muy pocos)

gérmenes patógenos o microorganismos.

La eficiencia es independiente del pH del

agua bruta.

El procesamiento no modifica el pH del

agua.

No altera el sabor del agua (a menos que se

agregue una dosis muy alta). La purificación solo es parcial, y el

tratamiento debe completarse para mayor

seguridad.

El bajo volumen de precipitado de lodo es

biodegradable y, por lo tanto, un tecnología

ambientalmente racional


34

2.2 Marco Conceptual


Figura 13. Diagrama de Flujo Elaboración y Eficiencia de Biocoagulante M. Oleífera

35

2.3 Marco Contextual.

2.3.1 Moringa Oleífera en el Ecuador.

La moringa, del tipo oleífera, fue introducida en el país, de lo que se conoce es de los años

2010-2012.

Llegó a Naranjal, como en algunos casos siendo por casualidad, por parte de la prefectura

de dicho lugar, donde la investigaron por el Internet, la encargaron y comenzaron a plantarla

ya que estaban interesados en buscar qué características tenía y si sobreviviría en las tierras

tropicales del Guayas.

Fausto Mantilla Huerta es zootecnista y oyó el nombre de “Moringa”, una planta con

atributos muy especiales, despertó su interés logrando así que en el año 2010 decidiera crear

la empresa ECUAMORINGA, iniciando con la obtención desde el exterior de semillas de

“Moringa Oleífera” e implementando los primeros cultivos de plantas y bosques de Moringa

en diferentes sectores del país.

Otras empresas conocidas que trabajan con esta planta y a la vez impulsando la siembra de

este cultivo son Julguer, Nutravel S.A., Uleaf y MORINGALLO siendo esta última su

especialidad el cultivo de moringa y elaboración de sus derivados.

La Moringa, ha sido también investigada ampliamente en áreas pecuarias, como un

extraordinario suplemento alimenticio de todo tipo de animales especialmente para el

incremento de la producción de leche, carne y salud de los animales. Existen innumerables

beneficios de la planta moringa, tomando como ejemplo de una empresa muy grande en el

Ecuador de lácteos como lo es Toni, la cual usa esta planta para la alimentación de su ganado

y obtiene como resultado final un 30% más de leche, además de la compra y venta de derivados

Moringa Oleífera (Polvo, té, capsulas, hojas, semillas, aceite, etc.) en cadenas de

supermercados conocidos en el país.

36

Figura 14. Ganado consumiendo Forraje de Moringa O. Fuente (Trees for life, 2011)

Siendo una de éstas nuestras mayores dificultades en el proyecto, ya que sobre los datos

técnicos especializados en empresas de tratamientos de aguas con coagulantes naturales es

todavía considerado un tema tabú, no se conoce específicamente el uso final de la torta residual

de las semillas de Moringa O. al final de la extracción de aceite para luego su comercialización,

por ende se debe implementar la adición de proyectos que impliquen el uso de cotidiano

biocoagulantes para el tratamiento primario de aguas sean estas domesticas o residuales con el

objetivo de que favorezca al medio ambiente.

37

3 CAPITULO III

3.1 Metodología de investigación

El trabajo de investigación fue realizado en el laboratorio de aguas de la Facultad de

Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil. El procedimiento consta de múltiples

pruebas experimentales teniendo como finalidad aportar evidencias sobre la efectividad de

semilla de M. Oleífera como Biocoagulante en el proceso de coagulación/floculación, usando

como fuente de captación el rio Guayas, lo cual se estableció que se aplicará diferentes dosis

de coagulante y en donde se evaluará realizando el monitoreo de los parámetros físico químicos

como pH, color y turbidez para poder determinar la dosis optima y su respectivo porcentaje de

remoción de acuerdo a lo establecido por la normativas ambientales conocidas como lo dice:

ACUERDO MINISTERIAL 097: REGISTRO OFICIAL -- EDICIÓN ESPECIAL

Nº 387, 2015

Y como lo dicta también:

NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 169:98 “AGUA. CALIDAD

DEL AGUA. MUESTREO. MANEJO Y CONSERVACIÓN DE MUESTRAS.”

NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 176:1998 “AGUA. CALIDAD

DEL AGUA. MUESTREO. TÉCNICAS DE MUESTREO.”

38

3.2 Materiales y equipos

Tabla 5: Materiales y equipos requeridos

TIPO ELEMENTO

Equipo

Test. de Jarras

Agitador Magnético

Filtro al Vacío

Molino de Discos

Materiales

Vaso Precipitación

Vaso de precipitación

Pipeta

Vidrio Reloj

Papel filtro

Bolsas herméticas

Recipiente de plástico

Embudo

Instrumentos

Balanza analítica

Termómetro

Tamices

Espátula

Reactivos

Etanol al 95%

NaCl 1M

Agua Destilada

Semillas de Moringa Oleífera


39

3.3 Diseño de la investigación.

3.3.1 Obtención del producto biocoagulante a partir de la semilla de Moringa Oleifera.

3.3.1.1 Extracción del polvo de semilla M. Oleífera.

Las semillas de Moringa Oleífera fueron adquiridas en ECUAMORINGA, empresa ubicada

en la Ciudad de Guayaquil. Para la extracción del polvo de las semillas de Moringa, se

separaron en tres tipos: Con Cáscara, Cáscara y Sin Cáscara.

Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

Luego se utilizó un molino automático hasta obtener partículas finas para luego ser pasados

por tamices, a fin de obtener un polvo fino y de aspecto bastante aceitoso. Se recogió el polvo

obtenido en bolsas herméticas y para evitar la contaminación por microorganismos o impurezas

del ambiente se las coloco en un recipiente en refrigeración a 4°C para evitar la oxidación.

A B C

Figura 15. Semilla de Moringa Oleífera A) Con Cáscara, B) Cáscara y C) Solo Semilla

40

3.3.1.2 Extracción del aceite en el polvo de M. Oleifera.

Las semillas de M.O. contienen hasta 40% de aceite en peso (García F. et al, 2016), el cual

no contiene ninguna propiedad coagulante además de generar también oxidación al extracto.

Para prioriza evitar la pérdida de proteína coagulante/floculante en el 60 % restante de la

semilla en el procedimiento se realiza la extracción del contenido aceite/grasa, de no hacerlo

quedaría un residual lipídico en el agua.

Para extraer la mayor cantidad de aceite se procedió a realizar una disolución en alcohol

etílico (Etanol al 95%), en 200 ml de Etanol se agregó 50 gr. de polvo de Moringa Oleífera, y

en un agitador magnético a 1300 rpm en un intervalo de 2min, para luego ser filtrado al vacío

con papel filtro con la finalidad de extraer la mayor cantidad de aceite se repitió el mismo

proceso cinco veces. Luego la torta residual de Moringa Oleífera se dejó secar a temperatura

ambiente en un tiempo de 24 h.

3.3.1.3 Preparación de la solución de Moringa Oleífera como biocoagulante.

Para la solución madre del extracto de la Moringa Oleífera con NaCl al 1 %,

preliminarmente se preparó una solución de NaCl a 1M, la cual se mezcló con un agitador

magnético a 200 rpm durante 20 min para que la distribución de la sal sea homogenizada. A

continuación, se agregó 50 gr. del polvo de Moringa O. en 1 litro de la solución de cloruro de

sodio y durante 10 min se mezcló con un agitador magnético a 60 rpm. Lo restante fue filtrado

en papel filtro.

Para que la proteína catiónica que compone el coagulante de Moringa Oleífera se vuelva

más soluble en el agua turbia se mezcla con la sal, pues el cloruro de sodio permite la extracción

del componente activo de la Moringa Oleífera. Dicho protocolo provoca que exista una mayor

adherencia con las partículas presentes en el agua lo que potencializa el coagulante (Abdul H.

et al. 2016).

41

3.3.1.4 Prueba en el equipo de test de jarras.

Figura 16. Equipo de Test. De Jarras Fuente (Sercontrol, 2018)

Se realizó una serie de 6 ensayos de coagulación/floculación con el fin de demostrar las

condiciones óptimas de la semilla de Moringa O. utilizada como sustancia coagulante

Para la prueba de jarras se utilizó 1 litro de agua del río Guayas, en donde cada muestra se

sometió durante 60 segundos a una mezcla rápida de 100 rpm, a su vez se le adiciono el

biocoagulante según las dosis establecidas. En los resultados obtenidos, las dosis presentaron

una evolución positiva, ninguna presento alguna reacción adversa que hubiese comprometido

la investigación, posteriormente la velocidad fue reducida (45rpm), una mezcla lenta por 10

min. Para finalizar, se procedió a dejar sedimentar por un periodo de 20 min.

42

3.4 Custodia de la muestra.

3.4.1 Definición

Una muestra de captura de agua es una muestra de agua de ríos, arroyos o humedales de

agua dulce recolectada con el propósito de analizar la química del agua que la contiene.

Para la evaluación de las propiedades de una muestra se deben realizar análisis (aguas

naturales superficiales o subterráneas, aguas residuales domésticas o industriales, aguas

tratadas, agua de mar), cuyos resultantes deben ser de alta calidad, fiabilidad y adecuados para

el propósito para el que fueron solicitados. Para esto se toman medidas importantes en términos

legislativos, medidas de mitigación, control y protección del medio ambiente, que se guían por

normas y regulaciones de naturaleza lícita. El muestreo es el aspecto más crucial de una

investigación por lo tanto deben ser relevantes y verdaderamente representativas las muestras

recolectadas.

3.4.2 Localización

La toma de la muestra se realizó en el Río Guayas, exactamente Muelle Malecón y Sucre,

Guayaquil

Figura 17. Localización de Toma de Muestra Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

43

3.4.3 Normativas Aplicadas.

Las normativas técnicas ecuatorianas para la toma y custodia de muestra para esta investigación

son:

NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 169:98 “AGUA.

CALIDAD DEL AGUA. MUESTREO. MANEJO Y CONSERVACIÓN DE

MUESTRAS.”

NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 176:1998 “AGUA.

CALIDAD DEL AGUA. MUESTREO. TÉCNICAS DE MUESTREO.”

3.4.4 Procedimiento

Las muestras de agua recolectadas en el río se analizan para una variedad de parámetros que

pueden variar dependiendo de las necesidades y recursos del proyecto. El laboratorio que

realiza los análisis puede requerir procedimientos especiales de recolección adicionales para

algunos parámetros.

1. Con un marcador indeleble, etiquete cada contenedor de muestra con la fecha,

hora y número / nombre del sitio

2. Para ríos y arroyos, recolecte las muestras mientras se encuentra en el borde del

agua o en una roca. Si esto no es posible, recolecte las muestras en canoa o vadeando

cuidadosamente.

3. Evite tocar el interior o el labio de las botellas o tapas de muestra.

3.4.4.1 Procedimiento de toma de muestra de 1 litro de agua de río

a) Use un recipiente grande y limpio para recoger el agua.

b) Los envases de muestra deben lavarse 3-4 veces con agua del sitio exacto de muestreo

antes de tomar la muestra.

c) Recolecte el agua del río.

44

d) Llene recipientes más pequeños con agua de un recipiente grande. Para garantizar

incluso la mezcla de agua de muestra, agite suavemente el agua en un recipiente grande cada

vez antes de decantar el agua en un recipiente más pequeño.

3.4.4.2 Conservación y Transporte de la muestra

Se sigue la NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 169:98 “AGUA.

CALIDAD DEL AGUA. MUESTREO. MANEJO Y CONSERVACIÓN DE MUESTRAS.”

Donde se hacen hincapié los puntos 4.4 y 4.8 que son:

4.4 La conservación de la muestra hacia su traslado al laboratorio.

4.8 Las medidas de seguridad con el recipiente durante la transportación de la

muestra hasta su recepción en el laboratorio.

45

4 CAPITULO IV

4.1 Resultados.

4.1.1 Fracción de masa de cáscara y grano en las semillas de M. Oleífera.

Tabla 6. Determinación de peso Grano/Cáscara en 100gr de Semilla de M. Oleífera

Masa (gr) Grano

(gr)

Cáscara

(gr)

10 7 3

20 14 6

30 20 10

40 32 8

TOTAL 100 73 27


Figura 18. Fracción de masa de cáscara y grano en las semillas de M. Oleífera

Oleífera (%) Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

27%

73%

Fracción de masa de cáscara y grano

en las semillas de M. Oleífera

Cáscara Grano

46

4.1.2 Selección de Dosis Óptima y mejor tiempo de respuesta.

Biocoagulante de semilla de Moringa Oleifera + Solución Salina de NaCl al 1M

400 ml de Muestra de Agua de Río.

Velocidad Rápida: 100 rpm / 1 minuto

Velocidad Lenta: 30 rpm / 10 minutos

SELECCIÓN DE DOSIFICACIÓN OPTIMA-PARTE 1

TESTIGO PRIMERA PRUEBA DE TEST DE JARRAS

TURBIDEZ 1820 0,7ml 1,3ml 2ml 2,7ml 3,3ml 4ml

COLOR 550 10 20 30 40 50 60

Figura 19. Test de Jarras→Dosificación Óptima-PARTE 1 Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

Figura 20. Primer Test De Jarras (0,7 ml) Prueba

de Mejor Tiempo de Respuesta Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

Tiempo de sedimentación: 1 min

Resultados Colorímetro DR/ 890

Turbidez: 23 FAU (NTU)

Color Aparente: 550 Pt/Co


Resultados Colorímetro DR/ 890



47

Biocoagulante de semilla de Moringa Oleifera + Solución Salina de NaCl al 1M

400 ml de Muestra de Agua de Río

Velocidad Rápida: 100 rpm / 1 minuto

Velocidad Lenta: 30 rpm / 10 minutos.

SELECCIÓN DE DOSIFICACIÓN OPTICA-PARTE 2

TESTIGO SEGUNDA PRUEBA DE TEST DE JARRAS

TURBIDEZ 1820 0,3ml 0,4ml 0,5ml 0,7ml 0,8ml 0,9ml

COLOR 550 4 6 8 10 12 14

Figura 21. Test de Jarras →Dosificación Óptima-PARTE 2 Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

Figura 22. Segunda Test De Jarras (0,5 ml)

Prueba de Mejor Tiempo de Sedimentación. Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)


Resultados Colorimetro DR/ 890




Resultados Colorimetro DR/ 890



48

4.1.3 Dosis Óptima de Biocoagulante de Moringa Oleífera

Tabla 7. Resultados Dosis Óptima de Biocoagulante de Moringa Oleífera con NaCl al 1M

Número de

muestra

Dosis de

Biocoagulante

(mg/l)

Dosis de

Biocoagulante

(ml)

Turbidez

INICIAL

(NTU)

Color

INICIAL

(Pt/Co)

Remoción de

Turbidez

(NTU)

Remoción de

Color

(Pt/Co)

Remoción de

Turbidez

(%)

Remoción de

Color (%)

1 33,33 0,3 1820 550 49 139 97,31% 74,73%

2 50,00 0,4 1820 550 32 97 98,24% 82,36%

3 66,67 0,5 1820 550 0 0 100,00% 100,00%

4 83,33 0,7 1820 550 15 39 99,18% 92,91%

5 100,00 0,8 1820 550 24 65 98,68% 88,18%

6 116,67 0,9 1820 550 31 122 98,30% 77,82%

Tiempo de Sedimentación 5 MIN 98,62% 86,00%


49

Figura 23. Gráfica de Dosis Óptima de Biocoagulante de Moringa Oleífera con NaCl al 1M Elaborado por: (Tumbaco & Acebo, 2018)

0,3

0,4

0,5

0,7

0,8

0,9

97,3

1%

98,2

4%

100,0

0%

99,1

8%

98,6

8%

98,3

0%

74,73%

82,36%

100,00%

92,91%88,18%

77,82%

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

100,00%

120,00%

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 2 3 4 5 6

Parámetros Finales del Biocoagulante de M. Oleífera con NaCl al 1M

Dosis de Biocoagulante (ml/L) Remoción de Turbidez (%) Remoción de Color (%)

50

4.1.4 pH

p=0.05

Tabla 8. Comparación del pH antes y después del tratamiento con Biocoagulante de Semilla

Moringa O.

Número de

muestra

pH Antes del

Tratamiento

pH Después del

Tratamiento Variación

Significancia

("p")

1 7,49 7,47 0,3% 0,01388224

2 7,49 7,43 0,8%

3 7,49 7,48 0,1%

4 7,49 7,42 0,9%

5 7,49 7,45 0,5%

6 7,49 7,47 0,3%


Figura 24. Resultados obtenidos del análisis de pH realizado en el agua del río Guayas recogida

antes y después del tratamiento utilizando extracto de semilla de Moringa O. en dosis variables. Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

7,47

7,43

7,48

7,427,45

7,47

7,49 7,49 7,49 7,49 7,49 7,49

7,00

7,10

7,20

7,30

7,40

7,50

7,60

7

7,09

7,18

7,27

7,36

7,45

7,54

1 2 3 4 5 6

DE

SP

UÉ

S D

EL

TR

AT

AM

IEN

TO

PH

AN

TE

S D

EL

TR

AT

AM

IEN

TO

PH

Comparación del pH antes y después del tratamiento con Biocoagulante de Semilla Moringa O.

pH Después del Tratamiento pH Antes del Tratamiento

51

4.1.5 Selección de Biocoagulante con y sin cascara, con solución salina

Tabla 9. Datos estadísticos generales Selección de Biocoagulante

Coagulante N° de Test Promedios

M.O. Sin Cascara 9 69,76%

M.O. Con Cascara 9 65,62%

M.O. Sin Cascara + SLN Salina 9 81,79%

M.O. Con Cascara + SLN Salina 9 80,99%


Figura 25. Análisis estadístico para datos de Selección de Biocoagulante. Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

Se aprecia que trabajar con Moringa Oleífera con y sin cascara en solución salina no presentan

diferencias significativas con respecto a los otros tipos de extractos coagulantes por lo tanto

para la elección del coagulante se tiene en cuenta el proceso más sencillo de extracción del

biocoagulante que es MO sin cascara + solución salina de NaCl 1M.

62,53%

74,78%

71,98%

58,96%

67,03%

70,88%

76,65%

81,10%

87,64%

75,55%

80,60%

86,81%

0,00% 50,00% 100,00%

M.O. Sin Cascara

M.O. Con Cascara

M.O. Sin Cascara + SLN Salina

M.O. Con Cascara + SLN Salina

Turbiedad Media Final (%)

Análisis estadístico para datos de Selección de Biocoagulante

52

4.1.6 Turbidez con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl.

Tabla 10. Resultados de remoción de turbidez con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl.

Número de

muestra

Dosis de

Biocoagulante

(mg/L)

Turbidez

INICIAL

(NTU)

Remoción de

Turbidez (NTU)

Remoción de

Turbidez (%)

1 500 1820 424 76,70%

2 2500 1820 352 80,66%

3 5000 1820 278 84,73%

4 5500 1820 414 77,25%

5 7500 1820 355 80,49%

6 10000 1820 225 87,64%


Figura 26. Relación de la dosis de biocoagulante vs remoción de turbidez (NTU; %) Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

424352

278

414355

225

76,70%

80,66%

84,73%

77,25%

80,49%

87,64%

70,00%

72,00%

74,00%

76,00%

78,00%

80,00%

82,00%

84,00%

86,00%

88,00%

90,00%

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

500 2500 5000 5500 7500 10000

DOSIS DE BIOCOAGULANTE (MG/L)

RE

MO

CIÓ

N D

E T

UR

BID

EZ

(%

)

RE

MO

CIÓ

N D

E T

UR

BID

EZ

(N

TU

)

Resultados de Remoción de Turbidez con Biocoagulante al 5M NaCl

Remoción de Turbidez (NTU) Remoción de Turbidez (%)

53

4.1.7 Color con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl.

Tabla 11. Resultados de Remoción de Color con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl.

Número de

muestra

Dosis de

Biocoagulante

(mg/L)

Color

INICIAL

(Pt/Co)

Remoción de

Color (Pt/Co)

Remoción de

Color (%)

1 500 550 445 19,09%

2 2500 550 327 40,55%

3 5000 550 185 66,36%

4 5500 550 254 53,82%

5 7500 550 231 58,00%

6 10000 550 146 73,45%


Figura 27. Resultados de Remoción de Color con Biocoagulante Moringa Oleífera al 5M NaCl. Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

445

327

185254 231

146

550 550 550 550 550 550

19,09%

40,55%

66,36%

53,82%58,00%

73,45%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

500 2500 5000 5500 7500 10000

Dosis de Biocoagulante (mg/L)

Rem

oci

ón

de

Co

lor

(%)

Rem

oci

ón

de

Co

lor

(Pt/

Co

)

Resultados de Remoción de Color con Biocoagula Moringa Oleífera al 5M NaCl.

Remoción de Color (Pt/Co) Color INICIAL (Pt/Co) Remoción de Color (%)

54

4.1.8 Remoción (%) de Turbiedad y Color con Biocoagulante M. Oleífera al 5M NaCl.

Tabla 12. Relación de Remoción de Turbiedad y Color (%).

Dosis de Biocoagulante (mg/L) Remoción de Turbidez (%) Remoción de Color (%)

500 76,70% 19,09%

2500 80,66% 40,55%

5000 84,73% 66,36%

5500 77,25% 53,82%

7500 80,49% 58,00%

10000 87,64% 73,45%


Figura 28. Relación de Remoción de Turbiedad y Color (%) VS pH Fuente (Tumbaco & Acebo, 2018)

76,7

0%

80,6

6%

84,7

3%

77,2

5%

80,4

9%

87,6

4%

19,0

9%

40,5

5%

66,3

6%

53,8

2%

58,0

0%

73,4

5%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

500 2500 5000 5500 7500 10000

Rem

oc

ión

de

Tu

rbid

ez (

%)

Relación de Remoción de Turbiedad y Color (%) contra pH

Remoción de Turbidez (%) Remoción de Color (%)

55

4.2 Análisis y discusión de resultados.

Tabla 13. Análisis y discusión de resultados.

PARÁMETRO ANÁLISIS Y DISCUSIÓN

Turbidez

Se encontró que la turbidez inicial fue de 1820 NTU en la muestra de

agua del río demostrando así que no estaba dentro del límite permisible.

Con una concentración del 1M del NaCl en el biocoagulante se pudo

inferir que la turbidez más baja se obtiene donde se aplicó la dosis de

66,7 mg/l (0.5 ml) con un porcentaje de remoción 100%.

Se observó que el uso del biocoagulante de semilla de Moringa Oleífera

con más carga salina (5M de NaCl) mostró una disminución de la

turbidez con dosis aumentadas pero disminuyo su porcentaje de remoción

del 100% a 87,64% teniendo como 10000 mg/l (200 ml) la mejor dosis

de biocoagulante, aunque se demuestra que el extracto de moringa es

eficaz para aguas altamente turbias se evidencia que no necesariamente a

mayor concentración de solución salina en el biocoagulante se da un

mayor nivel de remoción en la turbidez.

Color

La remoción de color fue 100 % del parámetro inicial de 550Pt/Co a

0Pt/Co, demostró que las que las semillas de M. oleífera muestran

propiedades absorbentes.

pH

La aplicación directa del biocoagulante de M. Oleífera en un tratamiento

no aporta costos adicionales al proceso para corregir el pH del agua, en

comparación con los coagulantes químicos que tienen una tendencia a

alterar el nivel de pH del agua tratada a más ácido o más alcalino en la

naturaleza. Esto es interesante desde el punto de vista para una planta de

56

potabilizadora, puesto que al ingreso del proceso, no debe corregir pH

del agua (Lédo et al., 2009).

Masa / Volumen

Se observó que la masa de la semilla Grano vs Cáscara era del 27 y 73

por ciento respectivamente quedando así también establecido que

solamente la semilla en grano ocupa 1/3 del volumen total de lo que

ocuparía la cáscara, se puede decir que aunque la cáscara no genere un

mecanismo coagulante/floculante para un tratamiento de agua, puede ser

utilizado como materia prima para la obtención de otro derivado a partir

de la semilla de moringa.

Selección de

Biocoagulante

No representa una diferencia significativa obtener un biocoagulante con

Moringa Oleífera con y sin cascara en solución salina comparando con

los otros tipos de extractos coagulantes, la elección del coagulante fue

por el proceso más sencillo de extracción que es M.O. sin cáscara con

NaCl al 1M debido a que su cáscara no aporta respecto al mecanismo de

coagulación/floculación.


57

5 CAPÍTULO V

5.1 Conclusiones.

Se determinó que el Biocoagulante de Moringa Oleífera tiene efectividad en

aguas turbias, pero su mejor comportamiento se obtiene al agregarle solución salina

(NaCl 1M) ya que de este modo existe una mayor adherencia con las partículas

presentes en el agua.

Los parámetros iniciales de la muestra tomada del río Guayas dieron como

resultado 1820NTU de turbidez y 550 Pt/Co de Color aparente.

Se concluyó que Biocoagulante compuesto con 95% Moringa Oleífera y 5%

Cloruro de Sodio presentó los mejores rendimientos utilizando una dosis de 0.5 ml (66,7

mg/l) de coagulante, teniendo como porcentaje de remoción del 100% en los parámetros

de Turbiedad y color. El pH no presento un nivel de significancia representativo, ya

que se mantuvo relativamente estable después de realizar el tratamiento.

Se demostró que la fracción de masa de cáscara y grano en las semillas de M.

Oleífera fueron 27% y 73%, respectivamente.

Las mediciones de volumen nos dieron una proporción de 1:1/3,

respectivamente (1 Recipiente lleno de cáscara produce un 1/3 del mismo pero en

grano).

La elección del biocoagulante fue por el proceso más sencillo de extracción que

es M.O. sin cáscara con NaCl al 1M debido a que su cáscara no aporta respecto al

mecanismo de coagulación/floculación y no representa una diferencia significativa

obtener un biocoagulante con Moringa Oleífera con y sin cascara en solución salina.

58

5.2 Recomendaciones.

Se podría lograr una mejora significativa en el comportamiento de la

coagulación combinando apropiadamente biocoagulantes con coagulantes químicos

convencionales como alumbre, férricos y coagulantes a base de aluminio para reducir

las dosis de los coagulantes y así aumentar la eficacia de remoción de turbidez, color y

otros parámetros en el proceso de tratamiento de agua.

Se necesita más investigación para mejorar el poder de coagulación de los

ingredientes activos, y una comprensión profunda del mecanismo de coagulación-

floculación usando biocoagulantes más nuevos.

Se podría recomendar el uso del Biocoagulante de Moringa O. en el tratamiento

de aguas residuales, industriales, textiles, cartoneras, camales, etc.

Hacer una investigación de la industrialización de la Moringa Oleífera en el país

y el uso final de la torta residual (obtenida de la extracción de aceite) para generar un

mejor uso como la obtención del coagulante natural.

59

5.3 Nomenclatura.

kDa kilodalton

NaCl Cloruro de Sodio

NTU Unidades Nefelométricas de Turbidez (o Nephelometric Turbidity Unit)

OMS Organización Mundial de la Salud

RPM Revolución Por Minuto

pH Potencial Hidrógeno

pI Punto Isoeléctrico

5.3.1 Nomenclatura M.O.

M.O. Moringa Oleífera

cMoL Lectina coagulante de M. Oleifera (Coagulant M. Oleifera Lectin)

MOC Coagulante de Moringa Oleífera (Moringa Oleifera Coagulant)

MOCP M. Oleifera proteína catiónica (M. Oleifera-Cationic Protein)

MoL Lectina de M. Oleifera

WSMoL Lectina de M. Oleifera soluble en agua (Water-Soluble M. Oleifera Lectin)

60

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65

5.5 Anexos

Figura 29. Semilla M.O. A) CON Cáscara B) SOLO Cáscara C) SIN Cáscara

Figura 30. Extracción de Aceite de la Semilla M.O. A) Filtro al Vacío B) Aceite extraído con

Etanol.

A B

A B C

66

Figura 31. Filtración al vacío: Mezcla de Moringa Oleífera + Solución NaCl 1M

Figura 32. Mezcla de Biocoagulante con muestra de río.

67

AB

A B

Figura 33. Resultados de Muestra con dosis óptima (0,5 ml -66.7 mg/l) con Colorímetro DR/890

68

Figura 34. Análisis de Muestra de Río Guayas sin tratar.

carrera ingenierÍa quÍmica -...

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