Title
Characterization of water commercial filters based on activated carbon for water treatment of the Tumbes river - Peru
Other title
Caracterização de carvão ativado de filtros comerciais para tratamento da água do rio Tumbes - Perú.
Caracterización de filtros comerciales para agua a base de carbón activado para el tratamiento de agua del río Tumbes - Perú.
Date Issued
01 September 2017
Access level
open access
Resource Type
journal article
Publisher(s)
Universidad Nacional de Colombia
Abstract
Comercial activated carbon samples (A, B, C, and D) used in filters for the treatment of water were characterized and evaluated in the decontamination of heavy metals present in river water and in the elimination of coliform microorganisms. The carbon samples had microporous and mesoporous structures. Surface areas of between 705 and 906 m2/g were found. The carbon samples were amorphous and the presence of antibacterial agents such as Ag, Cl, Cu, and Si was detected. It was determined that for As and Pb. whose initial concentrations in contaminated water (water of the Tumbes river-Peni) were 56.7 and 224.0 μg/L, respectively, the percentage of adsorption was close to 100%. The relationship between point of zero charge pH of the activated carbons and pH of the river water during the experiments plays a determinant role in the adsorption of the analyzed elements. The antibacterial capacity was evaluated satisfactorily against the following strains of fecal gram negative bacteria: Escherichia coli (ATCC® 25922™), Salmonella typhimurium (ATCC® 14028™). and Shigella flexneri (ATCC® 12022™). This ability is based on the surface presence in the carbons of the mentioned antibacterial agents.
Start page
37
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45
Volume
46
Issue
3
Language
Spanish
OCDE Knowledge area
Oceanografía, Hidrología, Recursos hídricos
Subjects
Scopus EID
2-s2.0-85030674337
Source
Revista Colombiana de Quimica
ISSN of the container
01202804
Sponsor(s)
donde Bi es la concentración inicial del elemento contaminante RμgD±í y Bt es la concentración del elemento contaminante RμgD±í en el tiempo t Rminíj Se midieron específicamente los contenidos de :s y Pb durante las pruebas cinéticasF sin embargoF se hizo un análisis elemental completo al inicio y al finalF luego de los 3áá min de adsorciónj Todos los análisis elementales en el agua se realizaron en un equipo UBP-NS RInductively Coupled Plasma Mass Spectrometerí marca Thermo Xisher Scientific RUS:í modelo X Series < UBP-NSj ±a determinación de las propiedades antibacterianas de los materiales se realizó utilizando las siguientes cepas bacterianas fecales estandar gram negativas; Escherichia coli R:TBB® <6/<<™íF Salmonella typhimurium R:TBB® xAá<2™í y Shigella flexneri R:TBB® x<á<<™íj ±as cepas bacterianas se cultivaron en caldo ±uria R±uria brothí a 35 ºB ± x por <A hj ±uego se centrifugaron por x6 min a 36áá rpmF y el sedimento resultante se resuspendió en 3 m± de solución salina fisiológica RáF/( NaBlí9 este procedimiento se realizó dos vecesj : partir de las células lavadas en suspensiónF se prepararon diluciones de xá m± para obtener concentraciones de aproximadamente xá6 UXBDm± para las tres cepasF de acuerdo al método del tubo de NcXarland Rcon un xá( de variacióníF a las cuales se le agregaron xá mg del material a evaluarj ±as suspensiones se agitaron a temperatura ambiente por < hj ±os conteos de los microorganismos viables de las cepas se realizaron cada 3á min hasta un tiempo de x<á minj Para ello se tomó áFx m± de la solución tratada y se diluyó para asegurar que el crecimiento de las colonias permitiera el conteo fácil y correctoj ±a solución diluida se sembró en x6 m± de agar Nueller-úintonF y se incubó a 37 ºB por <A hj Bada evaluación se realizó por triplicado y los valores obtenidos se promediaron R11-13íj ±o que se reportó en resultados corresponde a la eliminación de microorganismos a traves del tiempo expresada en porcentaje R(í respecto de la concentración inicial de microorganismosj
La contaminación del agua en el Perú se ha convertido en un grave problema que alcanza distintos territorios y genera diferentes dificultades2 Una de estas dificultades está relacionada con el deterioro de la calidad del agua del Río Tumbes por el vertimiento de metales pesados y otros elementosD producto de la minería artesanalD y por la carga orgánica y microbianaD producto de la actividad urbana en la parte alta de la cuenca2 Xl Río Tumbes es un río binacional que nace en Xcuador en cuya parte altaD cerca de las poblaciones de Portobello y ZarumaD se desarrolla ilegalmente minería aurífera artesanal2 G su vezD las poblaciones ubicadas en la parte alta de la cuenca vierten sus aguas residualesD tratadas y sin tratarD al cauce del Río Tumbes cargándolo de materia orgánica y bacterias fecales T1E2 Ourante el año H1MND el Proyecto de Modernización del Recurso –ídricoD manejado por la Gutoridad Nacional del Ggua T2ED estableció que %Há de los parámetros analizados en el Río Tumbes excedieron los estándares de calidad ambiental de agua T3E2 Oentro de estos parámetros se encontraron niveles altos de los coliformes fecales y cantidades totales de elementos comoF PD GlD SbD GsD ®dD KeD Mn y Pb2 Xsto afecta a las poblaciones rurales que toman el agua del río de manera directa o con un tratamiento muy precario2 G pesar de este problema sanitarioD no se han establecido medidas concretas que puedan servir para mitigar los efectos de la contaminación del Río Tumbes2 Los metales pesados y los metaloides son uno de los principales grupos inorgánicos contaminantes del agua y son altamente peligrosos para el ser humano2 Xste peligro se debe a que pequeñas concentraciones metálicas tienen la capacidad de bioacumularse en el organismo y son causa de varios problemas de salud que pueden derivar incluso en cáncer T4ED como ocurre con el GsD ®d y PbD entre los más peligrosos2 Gl respectoD los estándares de calidad ambiental T5E definen para la categoría GF poblacional y recreacional; subcategoria GMF aguas que pueden ser potabilizadas con desinfecciónD que las concentraciones máximas permitidas de GsD ®d y Pb son M1D j y M1 μg0LD respectivamente2 Xl agua potable en el Perú ha sido definida en el Reglamento de la ®alidad del Ggua para ®onsumo –umano establecido en la norma vigente TOecreto Legislativo Supremo N° 1jMñH1M1ñSGE T6ED que establece como límites permisibles un máximo de %11 bacterias heterotróficas por mL y ausencia absoluta de coliformes totales y fecales2 Oe los muchos microorganismos infecciosos que se pueden encontrar en el agua destacan bacterias como Escherichia coliD Salmonella typhimurium y Shigella flexneri2 Xstos microorganismos pueden provocar síntomas como náuseasD vómitosD diarrea y calambres estomacales2 Xn personas adultasD con un buen estado de saludD pueden ocasionar enfermedades leves y de poca duraciónD mientras que en bebésD niñosD ancianos y personas con el sistema inmunológico deprimido pueden revestir mayor gravedad2 Gctualmente existe una serie de filtros comerciales en el mercado que contienen distintos materiales adsorbentesD algunos de ellos con propiedad antibacterianaD los cuales han sido diseñados para el tratamiento final del agua para consumo humano2 Xstos filtros son usualmente colocados a la salida del grifo de agua potable para dar un tratamiento final al agua de consumo yD aparentementeD aseguran la reducción de compuestos orgánicos e inorgánicos que podría contener el aguaD así como la eliminación del CCDC á de los microorganismos presentes2 Por lo anteriorD estos filtros han sido considerados como una opción viable para ser usados en las áreas rurales de Tumbes y conseguir agua apta para el consumo humano2
~n la Xigura x se muestran las imágenes X~S~N de los carbones activados comerciales estudiadosj Para el caso del carbón activado : se identificaron dos tipos de estructuras; una de morfología irregular Rque en la micrografía de menos magnificación se muestra algo triangularí correspondiente al carbón activadoF y la otra de forma perfectamente esférica del orden de 6áá μm de diámetroj ~n el caso de las partículas de carbón activadoF estas mostraron una estructura altamente porosa con poros irregulares que estaban en el orden de áF6 a 3Fá μmF mientras que las esferas no presentaron porosidadF pero en su superficie se encontraron partículas de áF6 a xFá μm distribuidas homogeneamentej ±a muestra M resultó altamente porosaF característica del carbón activadoj Se observaron superficies con relieves escarpados sobre las cuales se reconocieron poros con un tamaño promedio de ~x μm con formas irregularesj :demásF se reconoció la presencia de pequeños trozos en la superficie del carbón los cualesF en base al análisis de ~ñXF se han identificado como trozos del mismo carbón y otros son impurezas que podrían provenir de la materia prima o de la interacción de los componentes de la materia prima durante el proceso de carbonización en la producción del materialj ~stas impurezas fueron compuestos a base de :l y Sij ±a estructura del material B mostró una fibra de tejido que soportaba un material amorfo y porosoj ~ste material se conoce como tejido de carbón activado Rcloth activated carboní R14íF constituido por fibras de un polímero Rque por lo general es celulosaí cubiertas con carbón activadoj ~s posible apreciar cierta porosidad en los carbones activadosF sin embargoF los poros no son tan prominentes como en los casos anterioresj ±a muestra ñ presentó a baja magnificación la estructura rocosa típica del carbón activadoj ~ste material se distinguió por mostrar una estructura porosa muy ordenada con formaciones tipo panal de abejas9 la forma de los poros fue bastante regular y tipo ovoidej ~sta porosidad identificada en los carbones activados de los filtros comerciales analizados es importante desde el punto de vista de acceso de los agentes contaminantes Rde naturaleza inorgánica yDo orgánicaí del medio acuoso hacia el interior de los mismos y su contacto con los sitios activos de adsorción o agentes antimicrobianos que podrían contener estos materiales y a los que se debe su capacidad descontaminantej ±a determinación elemental de algunas zonas superficiales de los materiales estudiados se realizó a través de ~ñSj ±a Xigura < muestra los espectros obtenidos para las zonas indicadas en las imágenes respectivasj :síF se confirma que el material corresponde a una matriz de carbón que contiene :l como impureza RXigura <aíj ±a estructura esférica del material RXigura <bí contiene elementos como ºF Bl y :g RXigura <cí9 estos dos últimos con propiedades antibacterianas conocidas R15íj ~l material M está constituido básicamente por carbono Rel cual fue extraído de la composición elementalF Xigura 3íF contiene elementos como NgF :lF XeF º y SiF los que podrían provenir básicamente de la composición de la materia prima precursora Rque por lo general es carbón mineralí o del agente químico activador en el caso que haya sido activado químicamentej
Sources of information:
Directorio de Producción Científica
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