Moringa Ecológica VITALMOR

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Depurar el agua con Moringa 

 Estudios sobre el tratamiento del agua a partir del moringa 

 

Tratamientos del agua con Moringa

 

Es siginificativo que muchos de los nombres comunes que recibe la Moringa hagan mención específica a la capacidad del mismo para purificar agua. En el valle del Nilo Moringa oleifera es conocida como "Shagara al Rauwaq" que textualmente significa "árbol que purifica" (von Maydell, 1986).

 

 MORINGA DEPURADORA DE AGUA

    Las semillas son un floculante natural. Este floculante actúa capturando partículas en suspensión en el agua y provocando que estas se agregen entre sí y se precipiten al fondo.Modo de empleo (artesanal), simplemente moler semillas maduras y envolverlas en algún tipo de tejido que impida que se disgregen al introducirlas en el agua a purificar.

     El ingrediente activo: es un polielectrolito que ha sido recientemente identificado y aislado por los laboratorios de BIOMASA en Nicaragua. Para obtener un kilogramo de este elemento son necesarios unos 100 kg de semillas. También se ha descubierto que el nivel de este electrolito presente en las semillas de Moringa es mucho más bajo durante la estación seca. Esto puede explicar el fracaso de ciertas pruebas preliminares para el desarrollo de proyectos de purificación de agua en Africa. Por tanto es importante utilizar como floculante solamente semillas recolectadas durante la estación seca.

     La eliminación de los materiales orgánicos e inorgánicos de agua cruda es esencial antes de que puedan ser  desinfectados para el consumo humano. En un tratamiento de aguas, esta etapa es la clarificación,  normalmente obtenidos por la aplicación de químicos coagulantes para cambiar el agua de un estado líquido a un estado semi-sólidos. Este es generalmente seguido de floculación, el proceso de suave y agitación continua de agua coagulada, que fomenta la formación de flóculos "a través de  la agregación de las partículas diminutas presentes en el agua. Los Flóculos pueden ser retirados con facilidad por sedimentación o filtración. 

Para muchas comunidades en los países en desarrollo, sin embargo, el uso de coagulación, floculación y sedimentación es inadecuado debido a los altos costos y baja disponibilidad de coagulantes químicos, tales como sulfato de aluminio y sales de hierro. 
Esta técnica ofrece un breve panorama de la aplicación de un indígena, naturalmente derivados  coagulante, es decir, material de la semilla de uso múltiple del árbol Moringa oleifera Lam. (M.oleifera)  que ofrece una solución alternativa a la utilización de coagulantes químicos caros. 

 

 ¿Cómo Trabajan las semillas ?

 

Las semillas contienen importantes núcleos, cantidades de una serie de  moleculas y proteínas solubles en agua que, en  solución, llevar una positiva cargo. Las proteínas son consideradas al actuar de manera similar a sintético, positiva cargado de polímeros coagulantes. Cuándo  añade agua cruda a las proteínas se unen predominantemente a la negativa  cargado de partículas que hacen bruto  aguas turbias (limo, arcilla, bacterias, etc.)
En virtud de la agitación adecuada estas   partículas entonces crecer en tamaño para formar los flóculos, que puede resolver por la   gravedad o ser removido por filtración.

Tratamiento de aguas domiciliarias

El uso tradicional de la M.oleifera  semillas  para el tratamiento del agua doméstica se limita a las zonas rurales en Sudan. Mujeres del pueblo, recogen su  agua del río Nilo, y colocan el polvo de las semillas en una pequeña bolsa de tela con un hilo adjunto.  Esta bolsa se introduce en el agua turbia para promover la coagulación y floculación.
El flocculated sólidos están autorizados a resolver y el agua tratada se retira antes del punto de ebullición y el posterior consumo
. 

 

Estudio sobre la Obtención de un producto coagulante a partir de las semillas de Moringa Oleifera Lam, tropicalizada en Cuba, para el tratamiento del agua.

 

1.       Resumen

2.     Introducción

3.     Desarrollo

4.     Diseño de experimento

5.     Extracciones Sólido –Líquido

6.     Separación de las proteínas catiónicas

7.     Estudio de estabilidad

8.     Propuesta de la Tecnología

9.     Análisis económico

10.  Conclusiones

11Bibliografía

 

          Resumen         

   La búsqueda de alternativas de tratamiento de aguas basadas en la utilización de coagulantes naturales en los procesos de clarificación, se hace mas que necesaria imprescindible teniendo en cuenta que ante las condiciones económicas actuales de nuestro país solo es posible satisfacer el 20% de la demanda nacional utilizada prioritariamente en las grandes ciudades, careciendo las zonas rurales y periurbanas de tan importante producto coagulante.

 

   Tomando como base que en investigaciones anteriores han sido utilizadas las semillas de la planta Moringa Oleifera Lam como coagulante primario en la clarificación de aguas tanto en Cuba como a nivel internacional, en este trabajo se profundiza en los efectos producidos en la calidad del agua tratada con este producto, específicamente la Dureza total y alcalinidad total, parámetros que no habían sido estudiados para la planta tropicalizada en Cuba. en este trabajo también se obtiene la dosis óptima y tiempo de agitación rápida para lograr minimizar la turbiedad, color y demanda química de oxígeno, maximizando el Índice de Wilcombs para la calidad de agua estudiada, manteniendo dentro de los parámetros establecidos por la norma Cubana vigente la Dureza total, Alcalinidad total y pH.

 

   Como resultados fundamentales de este trabajo se encuentra, la determinación y separación del componente activo presente en los cotiledones de las semillas de Moringa Oleifera Lam tropicalizada en Cuba, la obtención de un producto coagulante estable capaz de sustituir el Sulfato de Aluminio, utilizado tradicionalmente en el país y proponer la tecnología para obtener dicho el coagulante a nivel de planta.

 

          Introducción         

  El lema del Día Mundial del Medio Ambiente 2003 “Agua: וֹDos mil millones sufren sin ella! Pone de relieve el papel fundamental que desempeña el agua en la supervivencia humana y el desarrollo sostenible.

 

   Las estadísticas actuales son inquietantes. Una de cada seis personas carece de acceso regular al agua potable. Más del doble 2 400 millones de personas no disponen de servicios de saneamiento adecuado. Las enfermedades vinculadas con el agua provocan la muerte de un niño cada 8 segundos y son la causa del 80% del total de las enfermedades y muertes del mundo en desarrollo, situación que resulta mucho más trágica si se tiene en cuenta que desde hace mucho tiempo se conoce que esas enfermedades se puedan prevenir fácilmente. (23)

 

   Al ritmo actual de inversiones el acceso universal al agua potable no podrá anticiparse razonablemente hasta el 2050 en África, el 2025 en Asia y el 2040 en América Latina y el Caribe. En general para estas tres regiones que comprenden el 82,5% de la población mundial el acceso durante los años 90 aumentó del 72% al 78% de la población total.(23)

 

   El recurso agua es cada vez mas apreciado, tanto para uso doméstico, industrial o agrícola. Su escasez, sobre todo en las zonas áridas y semiáridas, la sitúan como prioridad vital para el desarrollo de las poblaciones. Muchos son los programas emprendidos para el uso racional del vital líquido, sin embargo, gran parte de ellos adolece de objetividad, ya sea por su difícil aplicación o por el elevado costo que representan, es más, se aborda el problema desde puntos de vistas sofisticados, sin embargo existen oportunidades valiosas que están a nuestro alcance que solo requieren ser visualizadas, un tratamiento técnico simple y conciencia de todos.(sitio 3)

 

   Para lograr la potabilización del agua es preciso combinar varios tratamientos elementales - pretratramientos – cuyas bases pueden ser físicas, químicas o biológicas, con el fin de eliminar, en primer lugar, las materias en suspensiones, luego las sustancias coloidales y después las sustancias disueltas para obtener las características deseadas. (4)(5)(8)(10)(21)

 

   Los procesos de tratamiento para lograr aguas de consumo humano son los de clarificación, desinfección, acondicionamiento químico y acondicionamiento organoléptico. De este modo la clarificación incluye la coagulación-floculación proceso mediante el cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas, con un peso específico superior al del agua, provocándole a ésta una remoción de la turbiedad orgánica o inorgánica, una remoción del color verdadero o aparente, la eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos, destrucción de algas y eliminación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de precipitados químicos suspendidos entre otros. (4)(5)(8)(10)(21)

 

  En cuba se utiliza tradicionalmente como coagulante el Sulfato de Aluminio, los suministros nacionales de este producto en 1988 fueron el 44 % de la demanda nacional. En el período del 1990 al 1995 los valores de satisfacción de la demanda llegaron hasta el 8 %. Ya en el año 1996 se logra una recuperación en la producción sirviéndose al país el 20 % de la demanda total. Sin embargo, estas cifras significan que se dispone de este coagulante metálico tan solo para los acueductos de las grandes ciudades, continuando los sistemas de abasto de las pequeñas comunidades rurales y aquellas que se abastecen de fuentes de fácil acceso sin el producto químico para la clarificación de sus aguas.(13)

 

   Son diversos los coagulantes naturales que han sido utilizados en la clarificación de agua, dentro de la extensa gama de productos estudiados hasta la actualidad en el mundo, uno de los que mejores resultados se han obtenido en el tratamiento de aguas superficiales es, sin dudas, la Moringa Oleifera Lam, utilizad muy comúnmente en áreas rurales de países africanos como Nigeria, Mali, Kenya, Senegal y fundamentalmente en Sudán, los habitantes usan las semillas de los árboles de la familia Moringaceae para la clarificación de sus aguas de consumo, obteniendo resultados que demuestran que de esta familia la especie que presenta las mejores propiedades coagulantes es la Moringa Oleifera Lam. (9)(10)(26)(27)(28)

 

   La familia de plantas Moringaceae, especialmente la Moringa Oleifera Lam ha sido objeto de estudio en varios países del mundo, principalmente en Sudán donde las semillas de esta planta fueron aplicadas en diferentes épocas del año en las aguas del Nilo azul y Nilo principal. Los resultados de estos estudios reflejaron que las semillas de Moringa Oleifera Lam actúan como coagulante primario y su efectividad es comparable con la del Sulfato de Aluminio. Los estudios mencionados también demostraron que estas semillas no provocan ningún efecto tóxico. (10)(12)(13)(sitios 1, 2, 4, 5)

 

Teniendo en cuenta lo antes planteado el problema que se aborda en este trabajo es el déficit de tan importante producto coagulante teniendo en cuenta además que la estrategia para el cumplimiento de los objetivos del Programa Nacional de Acción aborda la necesidad del empleo de forma extensiva de tecnologías, materiales y procedimientos que disminuyan los costos percápita y simplifiquen los trabajos, la necesidad de ahorrar el Sulfato de Aluminio que se produce en el país y que la producción nacional del mismo no podrá recuperarse durante algún tiempo a los niveles deseados.

 

   Debido a lo anterior y con vistas a buscarle soluciones al problema planteado en este trabajo se emplea, como alternativa, la utilización de un coagulante natural de fácil adquisición, que permita la clarificación del agua de consumo humano en las comunidades rurales y periurbanas, áreas más afectadas en la actualidad.

 

          Objetivo:        

 

   Obtener, a nivel de laboratorio, un producto líquido a partir de los cotiledones de las semillas de la Moringa Oleifera Lam tropicalizada en Cuba, que presente efectos coagulantes, sea estable y no le aporte al agua sustancias y/o propiedades que puedan afectar el uso posterior de la misma.

 

        Desarrollo             

 

   El agua utilizada en todos los casos procedió del Río de Arroyo Arenas ubicado en el municipio La Lisa, las semillas de Moringa Oleifera Lam, se recolectaron de un árbol ubicado en el municipio Marianao.

 

   La solución de Moringa Oleifera utilizada se preparó en todos los casos a una concentración del 1%.

 

   Para desarrollar todas las pruebas de jarras se colocó el producto coagulante frente a cada recipiente graduado y se añadió rápidamente bien cerca de las paletas para lograr su dispersión en cada uno de ellos.

 

   Todos los ensayos llevados a cabo: turbiedad, alcalinidad total, hierro, manganeso, demanda química de oxígeno, color, índice de Willcombs, dureza total y determinación de proteínas se realizaron a partir de los métodos descritos en el Standard Methods for the Examination of Water and wastewater. (3)

 

Diseño del experimento

   Se realizó un diseño de experimento, utilizando el Statgraphics 5,0, para establecer la dosis óptima a aplicar de la solución de Moringa Oleifera Lam preparada al 1% en el agua utilizada para alcanzar turbiedad y color mínimo, manteniendo el pH, la alcalinidad y dureza total dentro del rango establecido por la Norma Cubana vigente en el país, además definir las velocidades y tiempos de agitación también óptimos. (20)

 

   Se persigue con este análisis determinar la influencia en la dureza y alcalinidad total de los factores establecidos, pues este análisis no se ha realizado con anterioridad para la Moringa Oleifera Lam tropicalizada en Cuba, no encontrándose en la bibliografía internacional estudios profundos al respecto.

 

   En un inicio se realizó un diseño diseño factorial 2^k (screening) teniendo en cuenta cinco factores, los cuales fueron: dosis, velocidad de agitación lenta y rápida y los tiempos de duración respectivos de cada etapa, se tomaron como variables respuestas pH, turbiedad, color, Índice de Willcombs, alcalinidad, hierro, manganeso y dureza total. En el caso del pH, dureza y alcalinidad total, se obtuvo que ningún factor ni las interacciones entre ellos influyeron significativamente, para el rango utilizado, por su parte el contenido de Hierro y Manganeso, se mantuvo en cero en todos los casos, por lo que evidentemente no se ven afectados y no se incluyen en el análisis estadístico posterior.

 

   En el caso de la turbiedad, el color y el índice de willcombs, solo se ven afectados significativamente por la dosis de la solución de Moringa Oleifera Lam aplicada, no mostrando los restantes factores y las interacciones entre ellos influencia en estos parámetros. Con respecto a la dosis, este diseño arroja que a mayores valores se logran menores turbiedades y color, comportándose el índice de willcombs de manera contraria, lo cual no describe el fenómeno en la práctica, debido a que se ha estudiado y podido comprobar que un aumento excesivo de la dosis de Moringa Oleifera Lam provoca valores de estos parámetros no deseados, por lo que se realizó un diseño de superficie de respuesta.

 

   Utilizando los datos y resultados del diseño screening se realizó un diseño de superficie de respuesta 3^2, más cuatro puntos centros, no se incluyó como variables respuestas el pH, dureza, alcalinidad total, los contenidos de Hierro y Manganeso teniendo en cuenta los resultados del diseño anterior. En este caso las variables respuestas fueron Turbiedad, Color, Índice de Willcombs y se añadió la Demanda Química de Oxigeno (DQO).

 

     Tabla I. Niveles utilizados   


 

 

Parámetros

 

Nivel

 

Bajo

 

Alto

Dosis (mg/L)

 

30

 

150

Velocidad de agitación Rápida (rpm)

 

80

 

140

Tiempo de Agitación Rápida (min)

 

1

 

3

Velocidad de agitación Lenta (rpm)

 

20

 

40

Tiempo de Agitación Lenta (min)

 

3

 

15

 

 

   A partir del análisis estadístico se utilizó en las restantes pruebas de jarras las siguientes condiciones de agitación y mezclado:

Velocidad de agitación rápida = 100 rpm

 

Tiempo de agitación rápida óptimo

 

Velocidad de agitación lenta = 40 rpm

 

Tiempo de agitación lenta = 15 min

 

Sedimentación = 1 h

 

   Además de la dosis se tomó como otro factor el tiempo de agitación rápida, producto que en todos los casos este siguió en orden de significación a la dosis.

   Para determinar el óptimo de los factores analizados se minimizó la Turbiedad, Color y Demanda química de Oxígeno, maximizándose el Índice de Willcombs.

Los resultados mostrados por este análisis se presentan a continuación:

 

    Tabla II. Valores óptimos   

 

Factor                                       Bajo            Alto                     Óptimo

Dosis                                        -1,0             1,0              -0,00881174    

Tiempo agitación rápida           1,0             1,0               0,0186458      

 

    Tabla III. Variables reportadas por el modelo   

 

Variable respuesta                    Óptimo

 

Color                                       10,715       

 

DQO                                        76,2206      

 

IW                                           10,0         

 

Turbiedad                                4,39818      

 

    En la tabla II se observan los valores óptimos de la dosis y el tiempo de agitación rápida, los mismos son reportados por el Statgraphics 5,0 de forma codificada, los valores de estos parámetros decodificados son de 89.5 mg/L para la dosis y 2 min para el tiempo de agitación rápida

   Con la dosis y el tiempo de agitación rápida óptimos se realizó una corrida para probar la efectividad del modelo obtenido, los resultados muestran para el color un porciento de error es de 6,6%, para la Demanda química de Oxígeno de 1,3% y para la turbiedad de 2,3%, manteniéndose el Índice de Willcombs en 10. Por lo que se considera que el modelo obtenido se ajusta, con un bajo porciento de error, al fenómeno estudiado.

 

Extracciones Sólido –Líquido 

 

   Se realizaron extracciones sólido – líquido, en un extractor Soxhlet, utilizando 4 solventes: etanol, propanona, tolueno y agua, con una relación de 1g de sólido por 20 mL de solvente. (25)

 

   De aquí se obtiene el sólido agotado en cada extracción y cuatro líquidos que contienen las sustancias extraídas del polvo de Moringa Oleifera Lam. Tanto los sólidos agotados como las sustancias extraídas en cada caso se dosifican en las jarras manteniendo las misma velocidades de agitación rápida y lenta, así como los tiempos de cada una estas etapas en el proceso, citadas con anterioridad, la dosis aplicadas se calculan teniendo en cuanta los porcientos de extracción, de forma tal que en cada caso se suministren dosis equivalentes al rango de 30 mg/L y 150 mg/L de Moringa Oleifera Lam.

 

   Los resultados reportados mostraron que los productos de las extracciones, tanto el sólido agotado como el extracto, empleando los solventes etanol, propanona y tolueno, se comportan de manera similar cuando son dosificados en el agua, pues el sólido mantiene sus propiedades coagulantes alcanzando valores de remoción de turbiedad de hasta 92% para dosis de 90 mg/L, es decir, muy próxima a la óptima, y color disminuye entre 40-60 UC, el Índice de Wilcombs fluctúa entre 8-10 mientras que la Dureza y la Alcalinidad total no varían significativamente para el rango de dosis aplicado en cada caso, comportamiento muy similar al mostrado cuando se aplican los cotiledones de la Moringa Oleifera Lam sometidos a la maceración como único tratamiento. Por su parte, las sustancias líquidas obtenidas de las extracciones aplicando estos solventes no muestran ningún efecto coagulante.

 

   Los resultados obtenidos utilizando agua como solvente evidencian un comportamiento diferente al mostrado por el etanol, tolueno y propanona, pues en este caso el sólido agotado no muestra prácticamente ningún efecto coagulante pues la turbiedad y el color solo disminuyen hasta 36 NTU y 50 UC respectivamente, hecho que está dado por el proceso de sedimentación posterior a la coagulación floculación. La sustancia líquida obtenida después de la extracción utilizando agua como solvente, sí muestra un marcado efecto coagulante pues la remoción de turbiedad logra valores por encima 52%, alcanzado turbiedades de hasta 4 NTU, el color se mantiene entre 15 y 10 UC, para dosis mayores e iguales a 50 mg/L, el Índice de Willcombs se mantiene entre 8 y 10, mientras la Dureza total, la Alcalinidad y el pH no varían significativamente.

 

   De lo anterior se desprende que el principio activo, responsable de la coagulación, debe estar entre las sustancias presentes en el líquido extraído de los cotiledones de las semillas de Moringa Oleifera Lam tropicalizada en Cuba, utilizando agua como solvente, además que el mismo no era extraído con la propanona, el tolueno y el etanol.

 

   La literatura consultada reporta la posibilidad de que esta acción coagulante se deba a las proteínas presentes en la semilla, criterio que se tomó en el presente trabajo, para continuar el estudio. (1)(2)(6)(10)(11)

 

Separación de las proteínas catiónicas

 

   Para separar las proteínas catiónicas del extracto obtenido después de las extracciones con agua se utilizó el método cromatográfico de intercambio iónico obteniéndose dos corrientes, una compuesta por las proteínas catiónicas más el buffer utilizado y la solución de Moringa Oleifera Lam preparada al 1% libre de proteínas catiónicas. Cada una de estas sustancias mas la solución de entrada a la columna aniónica se le determinó el contenido de proteínas utilizando dos métodos analíticos desarrollados en dos centros de investigaciones del país.

 

Tabla IV. Métodos de determinación de proteínas

 

 

 

Método

 

 

Coomassie

 

 

Kjedhahl

 

 

Muestra

Masa en un gramo de MOL (mg)

Porciento másico

Masa en un gramo de MOL (mg)

Porciento másico

Solución de M.O.L (Proteínas totales)

102,00

10,200

99,03

9,900

Eluato (Proteínas catiónicas)

70,79

7,079

71,40

7,140

Pass (Proteínas aniónicas)

30,54

3,054

26,97

2,697

 

   Como se puede observar en la tabla anterior por ambos métodos se obtienen resultados similares, correspondiendo en los dos casos con los valores de proteínas totales, contenidas en las semillas de la planta naturalizada en otras regiones fuera de Cuba.

 

   Teniendo en cuenta el contenido de proteínas en cada una de las muestras anteriores, el Porciento que estas representan en los cotiledones de la semilla de la planta tropicalizada en Cuba y la dosis óptima previamente determinada se procedió a probar el efecto coagulante de cada una de estas sustancias por separado, dosificándolas en un agua procedente de la misma fuente y con las siguientes características:

 

  • PH = 8,0
  • Turbiedad = 57 NTU
  • Color = 70 UC
  • Alcalinidad Total = 284 mg/L
  • Dureza Total = 250 mg/L
  • Hierro = 0 mg/L
  • Manganeso = 0 mg/L

 

   La dosis óptima determinada anteriormente, 89,5 mg/L, corresponde a añadir 6,33 mg/L de proteínas y 2,73 mg/L de proteínas aniónicas. La concentración de la solución que contiene las proteínas catiónicas tiene un valor de 7,86 mg/mL de aquí que se deba adicionar 0,8 mL de la misma, en el caso de la solución libre de proteínas catiónicas, se debe dosificar 9,4 mL, pues esta tiene una concentración de 0,29 mg/mL.

 

 

Tabla V. Efectividad del Pass y el eluato 

Sustancia

Dosis mL

pH

Turbiedad NTU

% Remoción

Color UC

IW

Dureza total mg/L

Alc. total mg/L

PASS

9,4

8,1

50

12,3

70

2

246

290

8,1

48

15,8

70

2

250

288

ELUATO

0,8

8,0

3,2

94,4

10

10

240

292

8,1

3,0

94,7

10

10

244

296

 

   Como puede observarse en la tabla V el eluato, o sea las proteínas catiónicas más el buffer, presentan un elevado efecto coagulante sobre el agua, mostrando entre 94,4% - 94,7% de remoción de turbiedad, provocando además una disminución de 60 UC, comportándose el Índice de Willcombs excelente. En las jarras donde se aplicó la solución libre de proteínas catiónicas se observaron porcientos de remoción de turbiedad entre 12,3% y 15,8%, el color se mantuvo en 70 UC, por su parte la Dureza total, el pH y la Alcalinidad total no variaron significativamente, sin verse afectado el contenido de Hierro y Manganeso. De estos resultados se concluye que las proteínas catiónicas presentes en los cotiledones de la semilla de la Moringa Oleifera Lam tropicalizada en Cuba constituye el principio activo responsable del proceso de coagulación del agua.

 

   Para comprobar los efectos del buffer contenido en la solución adicionada en el agua, se hizo una corrida en blanco, es decir, se aplicó esta sustancia libre de proteínas catiónicas, no mostrado el mismo ningún efecto en los parámetros, turbiedad, color, dureza total, alcalinidad total y pH.

 

Estudio de estabilidad

 

   El estudio de estabilidad se realizó a la temperatura ambiente y a 4°C, teniendo en cuenta que en la literatura especializada existen varios estudios de estabilidad para las proteínas ala temperatura de 4°C. (14)(15)

 

   A temperatura ambiente a las 48 horas el producto se tornó muy desagradable mostrando mal olor, cambió su viscosidad acentuado el color haciéndose más turbio. Se pudo observar la aparición de una nata de color más claro que el producto en la superficie del líquido, alcanzando un aspecto muy similar al de la solución preparada a partir de las semillas de Moringa Oleifera Lam. (12)

 

   Durante tres meses se siguió la apariencia y efectividad coagulante del producto, conservado a una temperatura de 4°C, el mismo se dosificó cada 15 días en el agua procedente de la misma fuente utilizada en las corridas anteriores, los valores de turbiedad, color y pH variaron en los días en que se realizaron las corridas, aunque no de forma significativa.

 

 

Tabla VI. Efectividad del coagulante en tres meses a 4°C 

 

 

Turbiedad media

(NTU)

 

%

Remoción

 

Color medio

(UC)

 

PH medio

 

 

15 día

 

 

Agua Cruda

 

 

53

 

 

-

 

 

70

 

 

8,3

 

 

Muestra

 

 

3

 

 

94,33

 

 

10

 

 

8,1

 

 

30 día

 

 

Agua Cruda

 

 

50

 

 

-

 

 

70

 

 

8,0

 

 

Muestra

 

 

3,8

 

 

92,40

 

 

10

 

 

7,95

 

 

5 día

 

 

Agua Cruda

 

 

60

 

 

-

 

 

70

 

 

8,1

 

 

Muestra

 

 

4,55

 

 

92,42

 

 

10

 

 

7,85

 

 

60día

Agua Cruda

 

 

57

 

 

-

 

 

70

 

 

7,9

 

 

Muestra

 

 

4,25

 

 

92,54

 

 

10

 

 

8,1

 

 

75 día

 

 

Agua Cruda

 

 

48

 

 

-

 

 

70

 

 

8,0

 

 

Muestra

 

 

5,5

 

 

88,54

 

 

10

 

 

8,05

 

 

90 día

 

 

Agua Cruda

 

 

50

 

 

-

 

 

70

 

 

7,6

 

 

Muestra

 

 

3,8

 

 

92,4

 

 

10

 

 

8,0

 

   En la tabla VI se puede observar que hasta los 90 días la solución obtenida mantiene un elevado efecto coagulante, lográndose valores de remoción de turbiedad por encima del 88%, el color en todos los casos disminuye 60 unidades y el pH no se ve afectado significativamente en este período.

 

 

 

   El producto no mostró precipitación ni turbiedad, el olor y color no se vieron afectados durante el tiempo señalado. Por lo que se puede concluir que el mismo es estable a una temperatura de 4°C y hasta los 90 días después de obtenido.

 

 

 

Propuesta de la Tecnología

 

   Después de haber determinado el componente activo responsable del proceso de coagulación floculación, presente en el cotiledón de la semilla de Moringa Oleifera Lam tropicalizada en Cuba a nivel de laboratorio, se propone una tecnología que se considera adecuada según los resultados alcanzados en el presente trabajo y estudios anteriores sobre el tema.(12)(22)

   La tecnología se propone sobre la base de satisfacer la demanda de coagulante en una comunidad rural de Cuba, en este trabajo se seleccionó la localidad de Montesato, ubicada en la provincia de Guantánamo, donde viven 1218 habitantes y ya se tienen experiencias con respecto a la utilización de este producto coagulante natural.

   En la localidad mencionada la siembra, reproducción y recogida de las vainas de la planta de Moringa Oleifera Lam es realizada por los propios pobladores de la zona y existen, a raíz de las experiencias anteriores, plantaciones capaces de satisfacer la producción del producto para esta área e inclusive cubriría la producción en caso de ampliación de la planta propuesta.

   Teniendo en cuenta que en una comunidad rural se consumen, como promedio, 50 litros de agua por persona diariamente, en esta zona se calcula que anualmente se consuman 22 230 m3. Para clarificar este volumen de agua de forma adecuada, utilizando una dosis de Moringa de 70 mg/L, se necesitarán 1556 kg de los cotiledones de las semillas de Moringa Oleifera Lam. (12)

   Tomando como base que se deben procesar 1556 kg de los cotiledones de las semillas de Moringa Oleifera Lam se propone la construcción de una planta que contenga en materia de equipos: un molino pulverizador para lograr un mayor contacto entre este sólido y el agua, de manera que se alcance una adecuada solubilidad de las proteínas contenidas en las semillas de esta planta, posteriormente se ubicará un tanque agitado para preparar la solución de Moringa Oleifera Lam al 1%, este tanque estará provisto de una rejilla a la salida de la solución que actúe como filtro, para evitar la contaminación de la columna de intercambio iónico, la solución será succionada y enviada a la columna de tipo aniónica mediante una bomba peristáltica. La columna de intercambio iónico tipo aniónica debe tener una velocidad de aplicación de la solución entre 400 cm/h -700 cm/h, esto equivale a que la bomba seleccionada de tener ofrecer un flujo que varíe entre 0,0314 m3/h – 0,0549 m3/h, para garantizar un adecuado funcionamiento de la columna. El producto obtenido se almacenará en un tanque y envasará manualmente en pomos color ámbar de 120 mL, los pomos se almacenarán en una nevera con capacidad para la producción de tres días.

 

Análisis económico

 

   Tomando como base la tecnología anteriormente propuesta, se calculó los costos de inversión total y de operación necesarios para implementar la tecnología anterior, para esto se utilizó el método de Peters, pues es el más recomendado para una nueva planta. (20)

   El costo de inversión total calculado asciende a un valor de $ 242175,276 USD mientras que los costos de operación lo hacen a $ 112799,534 en moneda nacional y $ 51396,23 en divisas.

   A continuación se efectuó el cálculo del Valor Neto Actual, el mismo se realizó teniendo en cuenta tanto la moneda nacional como la divisa, considerando un período de análisis de 10 años y una tasa de interés de 10%, los valores fueron de $-693104,306, para el caso de moneda nacional y en divisa de $-557982,86 ambos para un horizonte de planeación de 10 años, los mismos permiten conocer los egresos que se producirán en dicha planta, como consecuencia de la elaboración de este producto coagulante, una vez transcurrido el período analizado.

   La obtención de un coagulante natural a partir de las semillas de Moringa Oleifera Lam tropicalizada en Cuba con el propósito de clarificar el agua y el diseño de una tecnología para su aplicación constituye una atractiva alternativa. La aplicación de la misma en las zonas rurales y periurbanas del país donde no es posible hacer llegar el producto coagulante adecuado permite disminuir las enfermedades de origen hídrico como las Enfermedades Diarreicas Agudas (EDA) y la parasitosis, implicando esto de forma indirecta un ahorro de medicamentos y costos hospitalarios e incrementándose además la calidad de agua para el consumo humano y el nivel de vida de la población.

   Los beneficios, logros y actualidad de este trabajo elevan su importancia en la medida que se generalice la tecnología propuesta a las comunidades rurales y periurbanas en Cuba.

   Se debe señalar que como residuo de la tecnología propuesta se obtiene un líquido, que independientemente del tratamiento previo recibido, contiene un alto valor nutritivo, el cual puede ser aprovechado en la obtención del aceite que contienen las semillas de esta planta que presenta una composición de ácidos grasos muy similar al aceite de oliva, esto contribuiría a disminuir la contaminación del medio ambiente, lo que implica una producción más limpia y por consiguiente traería un beneficio económico mayor.(68)

 

 

Conclusiones

 

 

·         La dosis óptima a aplicar para la naturaleza del agua utilizada es de 89,5 mg/L y el tiempo de agitación rápida es 2 min

·         La Dureza total, la Alcalinidad total y el pH no varían significativamente en el rango estudiado para los factores: dosis, velocidades de agitación y tiempo de duración de las mismas

·         Las proteínas catiónicas presentes en los cotiledones de las semillas de las plantas de Moringa Oleifera Lam tropicalizada en Cuba constituyen el principio activo responsable de la coagulación del agua

·         Las proteínas catiónicas separadas se descomponen a temperatura ambiente en un período de 48 horas

·         Las proteínas catiónicas separadas en este trabajo son estable a la temperatura de 4°C durante 3 meses, manteniendo su actividad coagulante

·         El costo de inversión total para la planta propuesta es de $242175,276 USD

·         El costo de producción anual de la planta propuesta es de $112799,534 en moneda nacional y 51396,23 en divisa

·         El Valor Neto Actual obtenido para la producción del producto coagulante de interés, es de $-693104,306 en moneda nacional y de $-557982,86 en divisas ambos correspondientes al año 10 de producción

·         La aplicación de la alternativa propuesta constituye una solución atractiva para satisfacer la demanda de coagulante de las zonas rurales y periurbas de Cuba que no cuentan con un producto coagulante adecuado

 

 

 

Bibliografía

 

 

1-     Al – Khalili, R.S., Sutherland, J.P and Folkard, G.K. “Filtration with natural coagulant water d Sanitation for all” Partnerships and Innovation, Proceeding of the 23rd WEDC Conference, Durban, South Africa. pp 143-145.1997

2-     Al-Samawi, A.A and Shokrall, E.M. “An investigation into an indigenous natural coagulant” Journal of Enviromental Science and Helth. Vol. A 31, No 8, pp 1881-1897. 1996

3-     APHA-AWWA-WPCF. “Standard Methods for the Examination of Water and wastewater” American Public Helth Association. New York. 20th.1998

4-     Arboleda, V. T. "Teoría y diseño y control de los procesos de clarificación del agua". CEPIS. 1981

5-     Asociación Española de Abastecimiento y Saneamiento de Agua. Recomendaciones de normalización de ensayos para determinar la dosis de reactivos en el tratamiento de aguas”.Madrid. 1997

6-     Bhole, A.G. "Relative evaluation of few natural coagulants". Journal of the Indian Waterwork Association, Vol 44, pp 284-290. 1995

7-     Brown, G.G "Operaciones básicas de la ingeniería química".1988

8-     Castillo, R.; Herrera, M. “Determinación de parámetros de un tratamiento físico-químico de aguas residuales” Universidad de Yucatán, México. 2000

9-     David, G “Water treatment unit processes”. 2000

10- Folkard, G.K., “Natural coagulant at pilot scale” 18 th WEDC Conference. 1992

11- Folkard, G.K., Sutherland, J.P.,Grant, W.D “Moringa Oleifera as natural coagulant”. 20 th WEDC Conference. 1994

12- Fontanills, L. A "Una tecnología apropiada para la clarificación de aguas de consumo humano en poblaciones periurbanas y rurales".1998

13- Francis, Jhon, K. “Naturalized exotic tree species in Puerto Rico” Departament of agriculture, pp 50-82. US. 1991cer, Hiderber.1980

14- Harris, E ”Protein purification methods “ Orfoxd University Press. 1999

15- Janson, J. C and L. Ryden “Protein purification: Principles, High-resolution Methods and Applications” Seconds Editions. New York.1998

16- Kanasawa, K. Et al.”Biotechnology Pharmacia Bull” 1999

17- Norma Cubana de Agua Potable NC-92-03

18- Osminis, Inc “The pure water handbook”.1997

19- Perspectivas del Medio Ambiente Mundial 2000. PNUMA. Ed. Mundi- Prensa. 2000

20- Peters, M. S “Plant Design and Economics for Chemical Engineers” 2 da Edición. Edición Revolucionaria. 1968

21- Ram, J. “Moringa-a highly nutritious vegetable” Traides No 2. 1995

22- Rodríguez, S; García, O. “Utilización del cotiledón de la semilla de Moringa Oleifera Lam en la clarificación de agua para consumo humano” 2000

23- Vivendi Enviromntal. Annual Report 2000

 

 

Sitios Web visitados:

1. http://semillaspuificadorasdelagua.htm/ (Agosto 2001)

2. http://www.moringa.es

3. http://www.desinfect.htm/ (Octubre 2001)

4. http://www.monografias.com/trabajosw14/problemadelaagua.htm/ (Diciembre 2001)

5. http://www.winrock.org/forestry/factnet/ (Enero 2002)

6. http://www.treesforlife.org/drumstick.htm/ (Enero 2002)

 Autores:

Ing. Susana Rodríguez Muñoz

*Centro de Ingeniería de Procesos (CUJAE)

Ing. Osnel García Roque

Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología

Lic. Rosario Muñoz Martínez

Centro Estudios de Técnicas de Dirección (CUJAE)


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