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Ambiente Evaluación de un filtro a base de harina de tusa de maíz ( Zea mays) mays) y carbón vegetal para el tratamiento de agua contaminada con petróleo Evaluation of a filter from corn cob fluor (Zea mays) and charcoal for treatment contaminated water with crude oil   Avaliação de um filtro filtro baseado em farinha farinha de tusa de milho (Zea mays) e carvão vegetal  para o tratamento de água contaminada com petróleo 1

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Tomás Marín Wilm Wilmaris aris Villarroe Villarroell

Recibido: 26-5-16; Aprobado: 6-7-16 

Resumen La contaminación del agua por petróleo se presenta comúnmente en las operaciones de la industria petrolera a nivel mundial, por lo que se han desarrollado filtros capaces de retener el petróleo, para el tratamiento del agua contaminada de acuerdo a la normativa ambiental de cada país. En esta investigación se evaluó un filtro alternativo elaborado con la combinación de harina de tusa de maíz (Zea ( Zea mays) mays) y carbón vegetal para el tratamiento de agua contaminada con petróleo. Se utilizó una bureta de 1.000 ml, la cual se empacó con volúmenes de 300, 400 y 500 ml de una combinación de los dos medios filtrantes. Se filtraron muestras de 1 l de agua contaminada con petróleo de 28,7 API al 5, 10 y 15 %. El agua filtrada fue caracterizada de acuerdo a su pH, sólidos suspendidos y porcentaje de aceites y grasas. Un  ANOVA  ANOV A factorial arrojó que las variables porcentaje de petróleo y volumen de medio filtrante no tuvieron influencia sobre el pH, pero si sobre los sólidos suspendidos y el porcentaje de aceites y grasas. Con el filtro de 500 ml los parámetros estudiados estuvieron dentro de las normas ambientales venezolanas para el vertido a cuerpos de agua. Palabras clave: clave: Contaminación, hidrocarburos, medio filtrante, tratamiento, vertido. 1 2

 Abstract Resumo Waterr pollut Wate pollution ion by oil is com- A conta contaminaç minação ão da água por petró petró-monly in the operations operations of the leo apresenta-se comumente nas oil industry worldwide, so so have operações da indústria indústria petroleira a developed develo ped filter filters s capable capable of rere- nível mundial, mundial, pelo que se desentaining oil, for the treatment of volveram filtros capazes de reter reter o contaminated water according petróleo, para o tratamento da to the envir environmen onmental tal regul regulaa- água conta contaminad minada a de acordo ao retions of each country country.. In this re- gulamento ambiental da cada pasearch an alternative filter ís. Nesta investigação avaliou-se made by combining flour corn um filtro filtro alternativo alternativo elaborado elaborado com cobs (Zea mays) and charcoal a combinação de farinha de tusa for the treatment of water con- de milho milho (Zea mays) e carvão carvão vegetaminated tamin ated with oil was evalu- tal para o tratam tratamento ento de água água conated. 1,000 ml burette was taminada com petróleo. Utilizou-se used, which was packed with uma bureta de 1000 ml, a qual se volumes 300, 400 and 500 ml empacotou com volumes de 300, of a combination combination of the the two fil- 400 e 500 ml de uma combinação combinação ter media media.. Samp Samples les of 1 l of wa- dos dois meios filtr filtrantes antes.. Filtra Filtra-ter contaminated with oil to ram-se mostras de 1 l de água con28.7 API at 5, 10 and 15% fil- tamin taminada ada com petró petróleo leo de 28,7 API tered. Filtered water water was char- ao 5, 10 e 15%. A água filtrada foi acterized according to their caracterizada de acordo a seu pH,  pH, suspended solids and oil sólidos suspendidos e percentaand grease percen percentage. tage. Fac- gem de azeit azeites es e graxa graxas. s. Um torial ANOVA ANOVA showed that the ANOV ANOVA A Fatorial arrojou que a vavariable percentage of oil and riáveis percentagem de petróleo e volume of filter media had no in- volume de médio filtrante não tivefluence on the pH, but if on the ram influência sobre o pH, mas se suspended suspe nded solids solids and the the per- sobre os sólidos suspendidos suspendidos e a centage of oils and grease. percentagem de azeites e graxas. With 500 ml filter the parameparame- Com o filtro filtro de 500 ml ml os parâmeparâmeters studied were within the tros estudados estiveram dentro Venez uel an env iro ironme nmenta ntall das norma normas s ambie ambientais ntais venez venezueuestandards for discharge into lanas para o vertido a corpos de water bodies. água. Keywords:: Discharge, filter Palavras chave: Keywords chave: Contaminação, media, oil, pollution, treatment. hidrocarbonetos, médio filtrante, tratamento, vertido.

Ing°Quí°, MSc. Universidad de Oriente (UDO). e-mail: [email protected]. Ing°Petr°. Universidad de Oriente. e-mail: [email protected].

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ra el trata tratamient miento o de aguas in- cenad cenados os en bolsas plásti plásticas cas Introducción En la República Bolivariana de dustriales contaminadas con herméticas. Se utilizó una bureVenezue enezuela la y en muchos otros compu compuestos estos orgánic orgánicos os (Sán- ta de labora laboratorio torio de 1.000 ml de países del mundo, el agua es chez, 2014) y la tusa de maíz capacidad y se empacó para el uno de de los rec recurs ursos os más más cont contaa- (Zea mays) mays) para el tratamiento primer ensayo con 150 ml de caminados minad os como conse consecuenci cuencia a de aguas conta contaminada minadas s con co- da material material filtrant filtrante e (300 ml ml en de las actividades del hombre, lorantes orgánicos (Moreno et total), colocando el carbón vegesobre todo de la industria petro- al., 2012). Otro Otro material material vegetal vegetal tal en el fondo retenido por una lera. utilizado utiliz ado como medio absor- malla de 1 mm de espes espesor or y soPara evitar las consecuencias bente es el carbón vegetal, el bre este la tusa de maíz. Luego del uso del agua contaminada, contaminada, cual se usa para absorb absorber er molé- de la filtración filtración se extrajo extrajo el mese han han ideado ideado mecanis mecanismos mos papa- culas grandes (como los colo- dio filtr filtrante, ante, se lavó y secó la bura el contr control ol tempr temprano ano de la con- rantes rantes), ), que es una propie propiedad dad reta para luego empacarla empacarla con taminación. Debido a que en importante en la clarificación de 200 ml de cada material filtrante nuestro nuest ro país, y en muchos muchos paí- bebida bebidas s alcohólicas alcohólicas (El (El Carbón Carbón (400 ml en total) total) y realizar realizar el filses a nivel mundial se han gene- Veget Vegetal, al, 2006). Es por ello que trado, repitiéndose luego con rado serios serios problemas problemas ambienambien- surgió la propue propuesta sta de un filtro 250 ml de cada mater material ial filtr filtrante ante tales tal es por por causa causa de la la contam contamii- par para a tra tratar tar agu aguas as con contam tamina ina-- (50 (500 0 ml en tot total) al).. nación das con petróleo, utilizando una Se contaminaron tres muestras Según el informe de gestión am- combinación de harina de tusa de 3 L cada una de agua potabiental y social de PDVSA ,año de maíz (Zea mays) mays) y carbón carbón ve- ble con 5, 10 10 y 15 % (%P) (%P) de pe2014, se produjero produjeron n un total de getal, que represen represente te una alter- tróleo de de 28,7 ºAPI ºAPI provenie proveniente nte 8.814 derrames derrames de petróleo petróleo de nativ nativa a ecológ ecológica ica y de de bajo bajo coscos- del Campo Campo El Furria Furriall del del estado estado un total de 79.153 barriles de- to para la resolu resolución ción de este pro- Monaga Monagas, s, se mezcl mezclaron aron con agirramados, de los cuales 20.076 blema. tación magnética y se identifibarriles (25 %) ocurrieron en caron como muestras A, B y C. cuerpos de aguas superficiales, Metodología Se dividió cada muestra en 3 lo que muest muestra ra como como es es afectaafecta- La inves investigac tigación ión se desarr desarrolló olló porcio porciones nes de 1 l, para hacer una do este recur recurso so natur natural al por la ac- en el Labora Laboratorio torio de Proc Procesaesa- filtr filtración ación por cada uno de los votividad petrolera. miento de Hidrocarburos del De- lúmenes de los medios filtranEs por ello que para el trata- parta partamento mento de Ingeni Ingeniería ería de Pe- tes estab establecido lecidos. s. A cada muesmie nto y rec upe rac ión de tróle tróleo o de la Unive Universidad rsidad de tra contam contaminada inada se le midier midieron on aguas conta contaminada minadas, s, se han di- Orien Oriente te Núcle Núcleo o de Monaga Monagas. s. las propiedad propiedades es de pH (norma (norma señado una serie de filtros, sien- Para su desarrollo, se procedió ASTM E70) y Total de sólidos do el más común el filtr filtro o de cás- en primer primer lugar a la recole recolección cción suspe suspendidos ndidos (SS) en mg/l secara de nuez (Juglans (Juglans regia), regia), fa- de la materia materia vegetal vegetal a utilizar utilizar,, gún la norma COVENIN COVENIN 2461. bricados para el tratamiento de la tusa de maíz, se obtuvo de El contenido de aceites y graaltos volúmenes de agua pro- produc productores tores de maíz maíz del muni- sas origin original al se estab estableció leció en funducida con sólidos sólidos en suspensuspen- cipio Matur Maturín ín del estad estado o Mona- ción al porcentaje porcentaje de petról petróleo eo sión e hidrocarburos (Jaimes y gas y el carbón vegetal fue com- en el agua como: 50.000 mg/l Pico, 2009). 2009). A pesar de las efi- prado en un estab establecim lecimiento iento co- en la muestra A, A, 100.000 mg/L ciencias cienc ias de mucho muchos s filtro filtros, s, se merci mercial. al. La tusa de maíz fue se- en la muest muestra ra B y 150.000 150.000 mg/l mg/l ha llegado a la necesidad de cada en horno de laboratorio a en la muestra C. crear nueva nuevas s alter alternativ nativas, as, por- una temper temperatura atura de 105 ºC (Flo- Se filtrar filtraron on la la muestra muestras s de agua que las activ actividades idades de la indus indus-- res y Alcal Alcalá, á, 2010), luego se tri- conta contaminada minada a travé través s de cada tria han ido aument aumentando ando consi consi-- turó y se tamiz tamizó ó con malla de 2 filtr filtro o realiz realizándose ándose tres repetirepetiderablemente, lo que qu e a su vez mm de espesor para obtener el ciones por porcentaje de contaconlleva a una mayor presencia material granulado. EL carbón minación y volumen de medio filde petróleo en agua, bien sea vegetal fue triturado y colocado trante y a cada agua filtrada se por desgastes de tuberías, falta en papel de filtro en un embudo le determinaron las propiedade mantenimient mantenimiento o o mala ges- de vidri vidrio, o, lavad lavado o con agua des- des de pH (norm (norma a ASTM E70), tión. tilada hasta que el agua filtrada Total de sólidos suspendidos Otros medios medios filtrantes filtrantes de ori- salió compl completame etamente nte limpia limpia,, lue- (SS) en mg/l según la norma gen vegetal como la cáscara de go secado y tamizado igual COVENIN 2461 y contenido de la mazorca de cacao (Theobro(Theobro- que la tusa de maíz. Los dos ma- aceites y grasas (AyG) en mg/l ma cacao) cacao) se han estud estudiado iado pa- terial teriales es filtra filtrantes ntes fueron alma- de acuerdo acuerdo a lo establ establecido ecido en 92

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la norma EP EPA-Method A-Method 1664 A. 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. El 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 cual o cuales 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 del análisis estadístico Los resultados del análisis estadístico ANOVA Factorial y contraste múltiple de rangos por cada una de las variables dependientes, son tabulados en las tablas III a VII.

Discusión En la tabla I se muestran los resultados de los parámetros tomados como variables dependientes para esta investigación y de los cuales sólo el pH entra dentro de los límites establecidos por el Decreto 883 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 SS, el límite establecido es de 80 mg/l, lo que indicó que la presencia del petróleo hace que el agua supere este límite con valores entre 352 y 560 mg/l. De igual forma el contenido de  AyG debe ser menor a 20 mg/l, siendo superado Resultados Propiedades de las muestras de agua conta- este límite en todas las muestras de agua contaminadas. Luego de filtrar las muestras de agua minadas En la tabla I se muestran los resultados obteni- contaminadas con cada uno de los volúmenes dos una vez contaminadas las muestras de de los medios filtrantes, se obtuvieron los resulagua potable con el petróleo, de acuerdo a lo es- tados mostrados en la tabla II, donde se observa que para todas las concentraciones de petróleo, tablecido en la metodología. cuando se filtró el agua a través del filTabla Ta bla I. Propiedades de las muestras de agua contaminadas con tro con 500 ml de los medios filtranpetróleo de 28,7 ºAPI. tes, 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 llevar el agua a especificaciones en cuanto al pH, sólidos suspendidos y aceites y grasas, lográndose una remoción máxima de 95,00 % en SS y 99,99 % en AyG. Lo anterior está acorde con lo concluido por Moreno et al . (2012) Propiedades del agua filtrada quienes confirmaron que la tusa de maíz es un En la tabla II se muestran las propiedades pro- excelente material adsorbente y que con una almedio medidas a cada muestra de agua luego ta remoción alcanzada del colorante rojo 40 del de ser filtrada a través de cada uno de los filtros 99 elaborados. El ANOVA ANOVA factorial realizado sobre cada una de las variables deTabla III. Resultados del ANOVA factorial para la variable pH. pendientes, arro jó 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 influenGEOMINAS, agosto 2016

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Tabla Ta bla II. Propiedades de las muestras de agua filtradas a través de cada medio filtrante.

ciado 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 remover los sólidos suspendidos en el agua. Para la variable Tabla IV. Resultados del ANOVA factorial para la variable SS.  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 Tabla V. Resultado del ANOVA factorial para la variable AyG. 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 SS, 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 la tusa de maíz (Zea (Zea mays) mays) 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 la Repúbli94

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Tabla VI. Resultados del contraste múltiple de rangos para SS.

u r i o s i d ades/carbon%20veget al.htm EPA-Method 1664-A. (2000). Extraction of Oil and Grease from Water Samples Using Solid-Phase Extraction (SPE). (SPE). USA: United States Environmental Protection  Agency..  Agency Flores, L., Alcalá, J. (2010). Manual de procedimientos analíliTabla VII. Resultados del contraste múltiple de rangos para AyG. cos.. Laboratorio de físicos ca de suelos. Departamento de Edafología, Instituto de Geología, Universidad Autónoma de México. Jaimes, D., Pico, M. (2009). Diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales y de producción evaluando las diferentes alternativas nacionales y extranjerasaplicación campo Colorado.. Tesis de Grado rado no publicada. Universica Bolivariana de Venezuela. El pH no se ve afecdad Industrial de Santander, Bucaramanga. tado durante el filtrado de las agua s contaminadas, sin embargo, los parámetros SS y AyG si Moreno, A., Figueroa, D., Hormaza, A. (2012, julio). Diseño estadístico para la remoción efison afectados por la cantidad cantidad de petróleo petróleo en el ciente del colorante rojo 40 sobre tusa de agua y por el volumen del medio filtrante que se maíz. Producción + Limpia (7 )2, )2, p. 9-19. usa para su tratamiento, esto según los análisis estadísticos ANOVA factorial y Contraste Múlti- PDVSA. (2014). Informe de Gestión Social y  A m b i e n t a l  . D i s p o n i b l e : ple de Rangos. http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interf  ace.sp/design/biblioteca/readdoc.tpl.html& Referencias newsid_obj_id=12902&newsid_temas=11 newsid_obj_id=12902&newsid_temas=1 11  ASTM E70-07. (2015). Standard Test Method for  pH of Aqueous Solutions With the Glass Sánchez, E. (2014). Propuesta de elaboración y comercialización de filtros adsorbentes paElectrode.. USA: ASTM International, West Electrode ra aguas contaminadas a partir de la cáscaConshohocken, Conshoh ocken, PA, PA, ra de la mazorca de cacao como adsorbente COVENIN 2461. (1987).  Aguas naturales, inen la ciudad de Guayaquil . Tesis de Grado dustriales y residuales determinaron de sólisin publicar. Universidad de Guayaquil, Guados, (1a dos,  (1a de), Venezuela: Comisión Venezoyaquil. lana de Normas Industriales, FONDONORMA. Decreto 883, (1995, octubre 11). Gaceta oficial de la República de Venezuela N.º 5.021 (Extraordinaria), diciembre 18, 1995. El Carbón Vegetal. (2006, febrero). Página web e n l í n e a . D i s p o n i b l e : http://www.oviedo.es/personales/carbon/c GEOMINAS, agosto 2016

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Panorámica ambiental Environmental overview Panorãmica ambiental

Repercusiones climáticas del fenómeno El Niño en América Latina y el Caribe*

El Niño es un fenómeno natural que ha tenido lugar durante siglos. Las condiciones del océano y atmosféricas en el Pacífico tienen tendencia a fluctuar entre El Niño (calentamiento) y una disminución de la temperatura en el Pacífico tropical, conocido como La Niña. Las fluctuaciones son bastante irregulares, pero tienen la tendencia de aparecer entre cada tres a seis años. Una fase más intensa de cada suceso puede durar un año aproximadamente. Es muy posible que un clima más caluroso contribuya al incre-

mento en la frecuencia e intensidad de un fenómeno de El Niño. Las temperaturas excepcionalmente calurosas en el Pacifico ecuatorial, disminuyen la diferencia normal de la temperatura de la superficie del mar, entre los extremos orientales y occidentales del Pacífico, que afectan los patrones del viento. A la vez, las aguas más templadas se mueven hacia el este a lo largo del ecuador, mientras que los vientos alisios debilitados disminuyen la capacidad que tiene el Pacífico para absorber agua fría y,de esa forma, se consolida la anormalía de las temperaturas. La dirección del viento, las corrientes marítimas y los patrones de tormentas también se ven afectados por ello. En el ámbito regional, las repercusiones pueden ser importantes. En América Central, El Niño trae lluvias excesivas a lo largo de las costas del Caribe, mientras que las costas del Pacífico se mantendrán secas. —Las lluvias aumentan en las costas del Ecuador, al norte del Perú y las zonas del sur de Chile. —En Ecuador, Perú y Bolivia, habrá sequías en las zonas montañosas y de los  Andes, lo que significa un retiro de los glaciares, con los cambios ulteriores en la disponibilidad de agua y en la biodiversidad local. En Colombia, Venezuela y Guayana, las precipita— ciones tendrán tendencia a disminuir, provocando sequías en el noreste brasilero. En Argentina, Paraguay y Uruguay, las lluvias au— mentarán y habrá una subida en las temperaturas en la zona sur del Brasil. (McCarthy et al 2001).

* Sección 21 del libro: Los Gráficos Gráficos Vitales sobre el Clima de América Latina y el Caribe. http://www.grida.no/publications/vg/ http://www. grida.no/publications/vg/lacsp/ lacsp/

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