EVALUACIÓN DEL QUITOSANO COMO COAGULANTE EN LA POTABILIZACIÓN DE AGUAS Y TRATAMIENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS

1.1 Planteamiento del problema

Los fenómenos ambientales provocan un fuerte impacto sobre la variación de la calidad del agua de fuentes de abastecimiento, exigiendo la implementación de procesos de potabilización que respondan ante estas variaciones y mantengan los estándares de calidad del agua potable. Las fuentes de agua pueden estar contaminadas con materiales inorgánicos tales como: sales disueltas, materia suspendida, silicio, entre otros y materiales orgánicos, representados por las células o algas microbianas, zooplancton, fitoplancton, bacterias, virus, ácidos húmicos y fúlvicos, proteínas, polisacáridos, carbohidratos, aminoácidos e hidrocarburos. Además de fuentes específicas de contaminación de los ríos, lagos o embalses como consecuencia de la descarga de aguas residuales domésticas e industriales, también se presenta la polución generada por las lluvias que ocasionan el lavado de los suelos y la resuspensión de los lechos de los ríos, lo que genera incrementos sustanciales de sólidos suspendidos, turbidez, color aparente, de carbono orgánico disuelto y amoniaco, además del descenso de la conductividad, temperatura y alcalinidad del agua (Montoya y col. 2011; Mamani y col. 2013).

La contaminación debida a la turbidez del agua está directamente relacionada con la incidencia de enfermedades gastrointestinales, causadas por las bacterias y los parásitos presentes. Asimismo los altos niveles de turbidez pueden cambiar las propiedades organolépticas del agua dotando a esta de color, olor y sabor en especial cuando la turbidez es causada por materia orgánica natural suspendida, además de contribuir con la proliferación de enfermedades hídricas al servir esta como sustrato para el crecimiento y alberge de microorganismos (Matilainen y col. 2010; Zemmouria y col. 2012).

Con el propósito de eliminar la mayor cantidad de turbidez y de microorganismos, se han utilizado coagulantes químicos y polímeros sintéticos siendo los más utilizados, por su eficiencia, las sales de hierro y aluminio. El proceso de tratamiento de agua tiene como objetivo el de producir agua biológica y químicamente segura para el consumo humano además de lograr la adecuación de sus características estéticas en términos de color, apariencia y sabor (Bina y col. 2009; Zemmouria y col. 2012).

Por otra parte, los problemas ambientales que se generan a partir de la utilización de coagulantes químicos, se ven reflejados en la generación de grandes volúmenes de lodos residuales cuyas características dependen del agua a tratar, de la dosificación de los químicos empleados para la purificación, así como también de las operaciones unitarias involucradas en el proceso, aunado a esto se ha demostrado la relación entre el uso de sustancias inorgánicas en los procesos de coagulación – floculación con problemas de toxicidad y corrosión. En este orden de ideas se han realizado estudios con dosis de hierro y aluminio en el organismo, detectando la relación de estos con el desarrollo de enfermedades tales como el Alzheimer, enfermedades relacionadas con alteraciones en los niveles de hierro en sangre y patologías cancerígenas (Toxqui y col. 2010; More y col. 2012; Torrellas. 2012; Wui y col. 2012; Mamani y col. 2013).

Toda actividad humana de una u otra forma involucra la utilización de agua en su desarrollo, estas formas de uso generan residuos que de acuerdo a las regulaciones de cada país, deben ser tratados para disminuir su impacto al ser retornados a la naturaleza. En este sentido, el tratamiento de aguas residuales es un tema que reviste gran importancia, debido a los problemas de escasez y contaminación de las fuentes destinadas al abastecimiento de agua potable u otros fines. En los procesos de tratamiento convencionales se le confiere al agua una carga mineral extra al agregar las sales de hierro y aluminio. Las aguas residuales municipales son tradicionalmente tratadas con procesos biológicos (siendo el proceso de lodos activados el más utilizado a escala mundial), sin embargo los procesos fisicoquímicos presentan una menor sensibilidad a cambios en las características de los afluentes (Ippolito y col. 2011).

Las sustancias removidas durante el tratamiento de aguas residuales incluyen por lo general, materia no retenida en los procesos de cribado, material solido fino y el lodo generado durante la etapa de coagulación-floculación, siendo este último el componente más representativo en volumen, y por lo tanto sus técnicas de manejo y disposición constituyen problemas ampliamente discutidos. El problema del manejo de lodos radica en el alto contenido de agua, puesto que las concentraciones de sólidos oscilan entre 0,25 y 12,0 %. Asimismo, la cantidad de lodo producida depende de la eficiencia del tratamiento, mientras que la calidad del lodo está relacionada con la carga original del afluente tratado y de la técnica y características de diseño del proceso. El manejo sustentable de lodos residuales debe regirse por una metodología que encuentre los requerimientos de eficiencia en cuanto al reciclaje de los mismos, evitando el uso de sustancias nocivas para los seres vivos, el medio ambiente y que a su vez minimice los costos del proceso de tratamiento (Fytili y Zabaniotou. 2008).

Los problemas globales y locales derivados de la contaminación de las aguas y el auge de los biopolímeros como materiales versátiles, han motivado el estudio de nuevas opciones destinadas a la propuesta de tratamientos de efluentes empleando coagulantes y/o floculantes de origen natural. Uno de los biopolímeros ampliamente estudiados es el quitosano, biopolímero producto de la desacetilación alcalina de la quitina y segundo biopolímero más abundante en el mundo precedido por la celulosa. Las propiedades de coagulación y floculación de este amino biopolímero han recibido especial atención puesto que éstas pueden ser utilizadas en la remoción de partículas inorgánicas o suspensiones orgánicas, así como también de sustancias orgánicas disueltas. Igualmente, se ha estudiado la capacidad que poseen los hidrogeles a base de quitosano para remover metales pesados (Renault y col. 2008; Hwang. 2013).

Sobre la base de lo anteriormente expuesto se deriva la siguiente pregunta de investigación: ¿Es el quitosano un agente coagulante eficiente en los procesos de tratamiento de aguas en términos de su capacidad para la remoción de la materia en suspensión, metales, desaguado de lodos y el aprovechamiento de estos en alguna actividad productiva?

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