Introducción

En la República Bolivariana de Venezuela y en muchos otros países del mundo, el agua es uno de los recursos más contaminados como consecuencia de las actividades del hombre, sobre todo de la industria petrolera.

Para evitar las consecuencias del uso del agua contaminada, se han ideado mecanismos para el control temprano de la contaminación. Debido a que en nuestro país, y en muchos países a nivel mundial, se han generado serios problemas ambientales por causa de la contaminación.

Según el informe de gestión ambiental y social de PDVSA (año 2014), se produjeron un total de 8.814 derrames de petróleo, con un total de 79.153 barriles derramados, de los cuales 20.076 barriles (25 %) ocurrieron en cuerpos de aguas superficiales. Esto muestra cómo este recurso natural es afectado por la actividad petrolera.

Es por ello que, para el tratamiento y recuperación de aguas contaminadas, se han diseñado una serie de filtros, siendo el más común el filtro de cáscara de nuez (Juglans regia), fabricados para el tratamiento de altos volúmenes de agua producida con sólidos en suspensión e hidrocarburos (Jaimes y Pico, 2009).

A pesar de las eficiencias de muchos filtros, se ha llegado a la necesidad de crear nuevas alternativas, ya que las actividades de la industria han aumentado considerablemente, lo que conlleva a una mayor presencia de petróleo en el agua debido a desgastes de tuberías, falta de mantenimiento o mala gestión.

Otros medios filtrantes de origen vegetal, como la cáscara de la mazorca de cacao (Theobroma cacao), se han estudiado para el tratamiento de aguas industriales contaminadas con compuestos orgánicos (Sánchez, 2014), y la tusa de maíz (Zea mays) para aguas contaminadas con colorantes orgánicos (Moreno et al., 2012).

Otro material utilizado como medio absorbente es el carbón vegetal, empleado para absorber moléculas grandes (como colorantes) en la clarificación de bebidas alcohólicas (El Carbón Vegetal, 2006).

Es por ello que surgió la propuesta de un filtro para tratar aguas contaminadas con petróleo, utilizando una combinación de harina de tusa de maíz (Zea mays) y carbón vegetal, como alternativa ecológica y de bajo costo para la resolución de este problema.

Metodología

La investigación se desarrolló en el Laboratorio de Procesamiento de Hidrocarburos del Departamento de Ingeniería de Petróleo de la Universidad de Oriente, Núcleo de Monagas.

Para su desarrollo, se recolectó tusa de maíz de productores del municipio Maturín del estado Monagas, y el carbón vegetal fue comprado en un establecimiento comercial. La tusa de maíz fue secada en horno de laboratorio a una temperatura de 105 °C (Flores y Alcalá, 2010), luego se trituró y se tamizó con malla de 2 mm para obtener el material granulado.

El carbón vegetal fue triturado y colocado en papel de filtro en un embudo de vidrio, lavado con agua destilada hasta que el agua filtrada salió completamente limpia, luego secado y tamizado igual que la tusa de maíz. Los dos materiales filtrantes fueron almacenados en bolsas plásticas herméticas.

Se utilizó una bureta de laboratorio de 1.000 ml de capacidad y se empacó para el primer ensayo con 150 ml de cada material filtrante (300 ml en total), colocando el carbón vegetal en el fondo, retenido por una malla de 1 mm de espesor, y sobre este la tusa de maíz. 

Luego de Ia filtración se extrajo el medio filtrante, se lavó y secó la bureta para luego empacarla con 200 ml de cada material filtrante (400 ml en total) y realizar el filtrado, repitiéndose luego con 250 ml de cada material filtrante (500 ml en total).

Se contaminaron tres muestras de 3 L cada una de agua potable con 5,10 y 15 % (%P) de petróleo de 28,7 ºAPI proveniente del Campo El Furrial del estado Monagas, se mezclaron con agitación magnética y se identificaron como muestras A. B y C.

Se dividió cada muestra en 3 porciones de 1 I, para hacer una filtración por cada uno de los volúmenes de los medios filtrantes establecidos. A cada muestra contaminada se le midieron las propiedades de pH (norma ASTM E70) y Total de sólidos suspendidos (SS) en mg/l según la norma COVENIN 2461.

El contenido de aceites y grasas original se estableció en función al porcentaje de petróleo en el agua como: 50.000 mg/I en la muestra A, 100.000 mg/l en la muestra B y 150.000 mg/I en la muestra C.

Se filtraron la muestras de agua contaminada a través de cada filtro realizándose tres repetícíones por porcentaje de contaminación y volumen de medio filtrante y a cada agua filtrada se le determinaron las propiedades de pH (norma ASTM E70), Total de sólidos suspendidos (SS) en mg/I según la norma COVENIN 2461 y contenido de aceites y grasas (AyG) en mg/I de acuerdo a lo establecido en la norma EPA-Method 1664A.

Se procedió a realizar un análisis estadístico mediante un modelo Factorial con dos variables independientes, el %P y el Volumen de material filtrante total y como variables dependientes, pH, SS y AyG.

EI ANOVA factorial en combinación con una prueba de rangos múltiples por mínima diferencia significativa de Fisher fue realizada con el programa Statgraphics Centurion XVI con la finalidad de establecer cuál o cuáles factores tenían influencia sobre las variables dependientes.

Además del análisis estadístico se determinó la eficiencia de cada filtro en función de las propiedades medidas y se analizó el resultado de acuerdo a los límites establecidos en el decreto ambiental 883 vigente en la República Bolivariana de Venezuela en cuanto a las condiciones del agua de producción a ser vertida en cuerpos de agua superficiales.

Resultados

Propiedades de las muestras de agua contaminadas

En la tabla I se muestran los resultados obtenidos una vez contaminadas las muestras de agua potable con el petróleo, de acuerdo a lo establecido en la metodología.

Discusión

En la tabla I se muestran los resultados de los parámetros tomados como variables dependientes para esta investigación y de los cuales solo el pH entra dentro de los límites establecidos por el decreto 888 de las normas ambientales venezolanas en su sección III referido a la descarga en cuerpos de agua que establece que este parámetro debe estar entre 6 y 9.

Respecto al contenido de 88, el límite establecido es de 80 mg/I, lo que indicó que la presencia del petróleo hace que el agua supere este límite con valores entre 352 y 560 mg/I. De igual forma el contenido de A y G debe ser menor a 20 mg/I, siendo superado este límite en todas las muestras de agua contaminadas.

Luego de filtrar las muestras de agua contaminadas con cada uno de los volúmenes de los medios filtrantes, se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla II, donde se observa que para todas las concentraciones de petróleo, cuando se filtró el agua a través del filtro con 500 ml de los medios filtrantes, los parámetros estuvieron dentro de los límites establecidos para la descarga en cuerpos de agua, lo que indicó que la tusa de maíz en combinación con el carbón vegetal logra Ilevar el agua a especificaciones en cuanto al pH, sólidos suspendidos y aceites y grasas, lográndose una remoción máxima de 95,00 % en 88 y 99,99 % en AyG.

Lo anterior está acorde con lo concluido por Moreno et al. (2012) quienes confirmaron que la tusa de maíz es un excelente material adsorbente y que con una alta remoción alcanzada del colorante rojo 40 del 99.

El ANOVA factorial realizado sobre cada una de as variables dependientes, arrojó que para el pH (tabla III) no existió influencia significativa de los factores %P y V. Filtro, lo que significa que este parámetro medido no se ve influenciado por ninguno de los dos factores o variables independientes manteniéndose dentro de los límites permisibles.

En el caso de la variable dependiente SS (tabla IV), los dos factores tuvieron influencia significativa, es decir, las variaciones de los parámetros %P y V. Filtro generan cambios significativos en esta variable dependiente, lo que se observa de mejor manera en los resultados del contraste múltiple de rangos mostrado en la tabla VI, en donde la influencia del %P ocurre al pasar de 5 a 15 %, es decir, con una variación de 10 %.

Igualmente, se demuestra que en relación al V.Filtro, existieron diferencias significativas para todos los volúmenes de los medios filtrantes, indicando esto que al aumentar la cantidad de este parámetro, se obtiene un mejor resultado como consecuencia de que existe mayor cantidad del material absorbente para removerlos sólidos suspendidos en el agua.

Para la variable AyG, los resultados del ANOVA Factorial (tabla V) también muestran que existieron influencias significativas de los parámetros %P y V.Filtro. Lo anterior se complementa con el resultado del contraste múltiple de rangos (taba VII) donde, para el caso del factor %P, existieron diferencias significativas al pasar de 5 a 10 %, manteniéndose luego constante el comportamiento entre 10 y 15 %, es decir, que la cantidad de petróleo retenido por el medio filtrante se ve influenciado más para las cantidades bajas de petróleo para las condiciones de la investigación. 

En el caso del factor volumen de medio filtrante, existieron diferencias significativas para los resultados obtenidos en cada variación, indicando que al igual que para el caso de los 88, la cantidad del medio filtrante influye significativamente en la cantidad removida, siendo los mejores resultados obtenidos con la mayor cantidad.

Conclusiones

El uso de la harina de Ia tusa de maíz (Zea maya) en combinación con carbón vegetal es una excelente alternativa como medio filtrante para la remoción de petróleo en aguas contaminadas por derrames, dejando las mismas en condiciones de ser vertidas en cuerpos de agua de acuerdo a los parámetros pH, SS y AyG según los límites establecidos en el decreto ambiental 883 de Ia República Bolivariana de Venezuela.

El pH no se ve afectado durante el filtrado de las aguas contaminadas, sin embargo, los parámetros SS y AyG si son afectados por la cantidad de petróleo en el agua y por el volumen del medio filtrante que se usa para su tratamiento, esto según los análisis estadísticos ANOVA factorial y Contraste Múltiple de Rangos.

Referencias

ASTM E70-07. (2015). Standard Test Method for pH of Aqueous Solutions With the Glass Electrode. USA: ASTM International West, Conshohocken, PA.

COVENIN 2461. (1987). Aguas naturales, industriales y residuales determinación de sólidos (1a ed). Venezuela: Comisión Venezolana de Normas Industriales, FONDONORMA.

Decreto 883. (1995, octubre 11). Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 5.021 (Extraordinaria), diciembre 18, 1995.

El Carbón Vegetal. (2006, febrero). Disponible: http://www.oviedo.es/personales/carbon/curiosidades/carbon%20vegetal.htm

EPA-Method 1664-A. (2000). Extraction of Oil and Grease from Water Samples Using Solid-Phase Extraction (SPE). USA: United States Environmental Protection Agency.

Flores, L., Alcalá, J. (2010). Manual de procedimientos analíticos. Laboratorio de física de suelos. Departamento de Edafología, Instituto de Geología, Universidad Autónoma de México.

Jaimes, D., Pico, M. (2009). Diseño de planta de tratamiento de aguas residuales y de producción evaluando las diferentes alternativas nacionales y extranjeras- aplicación campo Colorado. Tesis de Grado no publicada. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga.

Moreno, A., Figueroa, D., Hormaza, A. (2012, julio). Diseño estadístico para la remoción eficiente del colorante rojo 40 sobre tusa de maíz. Producción + Limpia, 7(2), 9-19.

PDVSA. (2014). Informe de Gestión Social y Ambiental. Disponible: http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interface.sp/design/biblioteca/readdoc.tpl.html&newsid_obj_id=12902&newsid_temas=111

Sánchez, E. (2014). Propuesta de elaboración y comercialización de filtros adsorbentes para aguas contaminadas a partir de la cáscara de la mazorca de cacao como adsorbente en la ciudad de Guayaquil. Tesis de Grado sin publicar, Universidad de Guayaquil. Guayaquil.