Rev. Cient. Cien. Nat. Ambien. 13(1):1-9

Junio 2019

Fuentes et al. • Aplicación del cardón

Stenocereus

griseus (Haw.) Buxb. (

Caryophyllales, Cactaceae

) en la

clarificación de aguas con alta turbidez

Aplicación del cardón

Stenocereus griseus (Haw.) Buxb.

(

Caryophyllales, Cactaceae) en la clarificación de aguas

con alta turbidez

Application of the cactus

Stenocereus griseus (Haw.) Buxb.

(

Caryophyllales, Cactaceae) in the clarification

of waters with high turbidity

Recibido 2 de mayo 2019; recibido en forma revisada 26 de mayo 2019, aceptado 1 de junio 2019

Disponible en línea 26 de junio 2019

* Correspondencia del autor:

E-mail: lfuentesp89@gmail.com

Resumen

Stenocereus griseus es una cactácea que ha resultado efectiva como coagulante en la clarificación

de aguas con turbiedades bajas (20 UNT-100 UNT) y muy altas (200 UNT-300 UNT). El objetivo

de esta investigación fue evaluar la efectividad del mucílago crudo extraído de

S. griseus en la

clarificación de aguas con alta turbidez (100 UNT-200 UNT). Los ensayos se realizaron a escala

laboratorio. Se prepararon aguas sintéticas ajustadas a turbiedades entre 100 UNT y 200 UNT,

las cuales fueron tratadas con diferentes dosis de S. griseus y caracterizadas fisicoquímicamente

(turbidez, pH, color y alcalinidad). La simulación del proceso de clarificación arrojó remociones

de turbidez que oscilaron entre 83,77 % y 91,78 % antes de filtrar y entre 94,68 % y 97,94 % luego

de ello. Posterior a la etapa de filtración, el pH se ubicó en el rango de 6,23-6,98, la alcalinidad

presentó valores inferiores a 40 mg CaCO

/L y el color varió desde 13,33 UC Pt/Co hasta 26,67

UC Pt/Co. Estos resultados demuestran la efectividad del coagulante extraído de

S. griseus para

la remoción de turbidez y color en aguas con alta turbidez, pudiéndose utilizar como coagulante

primario.

Palabras clave: coagulación-floculación, coagulante natural,

clarificación del agua,

Stenocereus

griseus.

Abstract

Stenocereus griseus is a cactus that has been exective as a coagulant in the clarification of

waters with low turbidity (20 UNT-100 UNT) and very high (200 UNT-300 UNT). The objective

of this investigation was to evaluate the exectiveness of the crude mucilage extracted from

S. griseus in the clarification of waters with high turbidity (100 UNT-200 UNT). The tests were

performed on a laboratory scale. Synthetic waters adjusted to turbidity between 100 NTU and

200 NTU were prepared, which were treated with dixerent doses of

S. griseus and characterized

physicochemically (turbidity, pH, color and alkalinity). The simulation of the clarification process

showed turbidity removals that oscillated between 83.77% and 91.78% before filtering and between

94.68% and 97.94% afterwards. After the filtration stage, the pH was in the range of 6.23-6.98,

the alkalinity presented values

lower than 40 mg CaCO

/ L and the color varied from 13.33 UC Pt

/ Co to 26.67 UC Pt / Co. These results demonstrate the exectiveness of the coagulant extracted

from S. griseus for the removal of turbidity and color in waters with high turbidity, being able to

use as a primary coagulant.

Key words: coagulation-flocculation, natural coagulant, water clarification,

Stenocereus griseus.

Lorena Fuentes

, Iván Mendoza

, Alicia González

, Zolange

Rodríguez

& Karen Valera

1Universidad del Zulia, Núcleo Costa Oriental del Lago, Laboratorio de Investigaciones

Ambientales (Cabimas, Venezuela). Profesora Emérita.

Profesor Emérito. ivnmendoza@gmail.com.

Tesista. alix21_6@hotmail.com.

Tesista. zolange_r@hotmail.com.

Tesista. karen_eliza71@hotmail.com.

2019 Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad de Guayaquil. Este obra está bajo una licencia de Creative

Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional

ISSN: 1390-8413

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Junio 2019

Fuentes et al. • Aplicación del cardón

Stenocereus

griseus (Haw.) Buxb. (

Caryophyllales, Cactaceae

) en la

clarificación de aguas con alta turbidez

Introducción

El tratamiento del agua puede subdividirse en cuatro

etapas: clarificación, desinfección, acondicionamiento

químico y acondicionamiento organoléptico. En este

estudio se aborda la clarificación, la cual consiste en

la eliminación de partículas finas que confieren al agua

turbidez y color; a su vez, ésta comprende las fases de

coagulación, floculación, sedimentación y filtración.

La coagulación

contempla la

desestabilización

eléctrica de las partículas en suspensión (coloides)

mediante la adición de sustancias químicas o agentes

coagulantes que neutralizan la carga eléctrica de los

coloides, los cuales después de una rápida agitación se

aglomeran y floculan; esta operación se favorece con

una agitación lenta a fin de provocar la aglomeración

de las partículas en coágulos de mayor tamaño que

posteriormente sedimentan y son fáciles de remover

(Arancibia, 2011).

Convencionalmente, el agua destinada al consumo

humano se trata con coagulantes de origen químico

como Al

(SO

)

.14H

O, FeSO

.7H

O (Romero, 2005),

FeCl

.6H

O y Fe

(SO

)

.9 H

O (Barrenechea

et al.,

2004), entre otros productos. No obstante, existe una

diatriba científica sobre las posibles implicaciones que

tendrían para la salud el uso de sales de aluminio para

potabilizar el agua, pues en algunas investigaciones

se refiere que existe una relación entre el aluminio

y el mal de Alzheimer. De hecho, e

l aluminio es

una neurotoxina que inhibe más de 200 funciones

biológicas, puede inducir la formación de estructuras

neurofibrilares y sus niveles están elevados en cerebros

con mal de Alzheimer (Campdelacreu, 2012). De allí

que su concentración debe ser controlada cuando se

utiliza para el tratamiento del agua.

En función de lo expuesto, se hace necesario hallar

alternativas factibles para la clarificación del agua

que permitan reducir la turbidez y el color a niveles

permisibles, tal y como lo establece la normativa

venezolana (Gaceta Oficial de Venezuela, 1998), sin

dejar un residual de aluminio u ocasionar algún efecto

negativo en la salud humana.

En los últimos años se han evaluado algunos productos

naturales con propiedades coagulantes que resultan

eficientes, seguros, económicos y generan menor

cantidad de lodos (Fuentes et al., 2016). El origen

de estos productos naturales puede ser vegetal o

animal. Entre los coagulantes de origen vegetal se

encuentran los cotiledones de semillas de Moringa

oleifera (Fuentes et al., 2016; Ali et al., 2010; Pereira

et al., 2017; Meza-Leones

et al., 2018), Tamarindus

indica (Hernández et al., 2013), Linum usitatissimum

(López et al., 2014); cactáceas como

Opuntia ficus

indica (González et al., 2009; Fuentes et al., 2016;

Olivero

et al., 2013), Opuntia cochinellifera (Fuentes

et al., 2012), Opuntia wentiana (Parra et al.,

2011), Hylocereus lemairei (Mendoza et al., 2008),

Stenocereus griseus (Fuentes et al., 2011; González

et al., 2016), exudados gomosos de

Samanea saman

(González et al., 2006) y de Cedrela odorata (Mejías

et al., 2010), algas marinas (Fuentes et al., 2016).

Entre los coagulantes de origen animal se han evaluado

las gelatinas de huesos bovinos (Fuentes et al., 2014;

Briceño

et al., 2014), el quitosano (Arancibia, 2011;

Fuentes et al., 2008; Caldera et al., 2017) y la quitina

(Fuentes et al., 2017).

Las plantas pertenecientes a la familia cactaceae se

caracterizan por sintetizar mucílagos, los cuales son

polisacáridos tipo pectina, altamente viscosos y con

una elevada capacidad para retener el agua, esta

propiedad parece estar relacionada con la presencia

de ácidos galacturónicos como componente de su

esqueleto o cadena principal. Específicamente, el

género Stenocereus comprende un grupo heterogéneo

de cactus distribuidos desde el sur de Arizona hasta

el norte de Colombia y Venezuela, se agrupa casi

exclusivamente en una sola familia (

Cactaceae), es un

cactus columnar que puede alcanzar los 11 metros de

altura y tiene diversas aplicaciones, entre las que figura

su utilización como floculante para el cieno del agua de

lluvia que llena los jagüeyes (Villalobos

et al., 2007).

La estructura del mucílago extraído de

Stenocereus

griseus es propia de polímeros con al menos dos

cadenas de polisacáridos que presentan interacciones

de puentes de hidrógeno, entre grupos carboxílicos, o

entre grupos alcohólicos o con enlaces cruzados entre

un catión polivalente como el Ca

, el cual actúa como

grupo central y los grupos carboxílicos del ligando de

polisacáridos (Keller, 1983 y Muzarelli, 1973 citado en

Henríquez-Rodríguez

et al., 2009). Desde el punto de

vista bioquímico, los mucílagos de S. griseus están

compuestos principalmente por ramnosa, arabinosa,

galactosa y ácidos urónicos. El análisis de los tipos

de enlace predominantes en la fracción soluble de

S. griseus ha confirmado la presencia de unidades

de galactopiranosa y ácidos urónicos (Henríquez-

Rodríguez et al., 2009).

nvestigaciones previas han demostrado la efectividad

de una mezcla mucilaginosa cruda de

S. griseus

como coagulante en la potabilización de aguas con

turbiedades bajas (20 UNT-100 UNT) (Fuentes et al.,

2011) y muy altas a un intervalo de turbidez inicial

desde 200 UNT hasta 300 UNT (González

et al., 2016).

También se ha estudiado la eficiencia del mucílago

desecado de

S. griseus

para el tratamiento de aguas

con turbiedades iniciales entre 50 y 100 UNT (Fuentes

et al., 2014), por lo cual

constituye una alternativa

natural en contraste con los productos de origen

químico que comúnmente se utilizan y es pertinente

continuar estudiando su efectividad en otros rangos

de turbidez.

Materiales y Métodos

Recolección de muestras de

Stenocereus griseus

La cactácea Stenocereus griseus utilizada en esta

investigación se recolectó en el sector Monte Pío del

municipio Cabimas, estado Zulia (Venezuela); y el

material vegetal fue trasladado al laboratorio para la

realización de los ensayos correspondientes.

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Stenocereus

griseus (Haw.) Buxb. (

Caryophyllales, Cactaceae) en la

clarificación de aguas con alta turbidez

Preparación de la mezcla coagulante

Se utilizó una metodología reportada previamente

(Fuentes et al., 2011). Para ello se recolectó una

cantidad moderada de fragmentos de tallos de

la cactácea S. griseus, a los cuales se les retiró la

epidermis separando el tejido parenquimatoso,

ubicado entre el cilindro sólido o prostostela y la

epidermis. Este parénquima se licuó durante 48

segundos en un procesador doméstico, se separó la

fase sólida de la acuosa con ayuda de un lienzo de gasa

y mediante gravimetría se determinó la cantidad de

mucílago. Posteriormente, se agregó agua destilada

hasta obtener una mezcla heterogénea mucilaginosa

con una concentración de 48,38 % m/v (Figura 1). Se

emplearon dosis de 2 mL (968 ppm), 3 mL (1451 ppm),

4 mL (1935 ppm), 5 mL (2419 ppm) y 6 mL (2903 ppm).

Recolección de las muestras de agua del grifo

Las muestras de agua se recolectaron del grifo en

el Laboratorio de Investigaciones Ambientales del

Núcleo LUZ-Costa Oriental del Lago (LIANCOL), estado

Zulia (Venezuela) y se caracterizaron en cuanto a

los parámetros fisicoquímicos turbidez, color, pH y

alcalinidad.

Preparación del agua sintética

El agua sintética se preparó agregando una mezcla

arcillosa al agua proveniente del grifo. Esto con la

finalidad de llevarla a los valores de turbidez inicial

requeridos para este estudio (100, 120, 140, 160, 180

y 200 UNT). La mezcla de arcilla fue preparada con 26

gramos de la misma, adicionando agua del grifo hasta

completar 100 mL, posteriormente se agitó durante

5 minutos para obtener una mezcla lo más uniforme

posible y se sedimentó durante 24 horas antes de

su utilización para garantizar la hidratación de las

partículas.

Prueba de jarras: simulación del proceso de

clarificación del agua

Se simularon las fases de coagulación, floculación y

sedimentación en un equipo de Jarras, Modelo JLTG

(Leaching Test Digital). Las pruebas de jarras fueron

utilizadas para medir la efectividad del coagulante

obtenido de S. griseus (se hicieron por triplicado)

en muestras de agua cruda sintética con valores de

turbidez entre 100 y 200 UNT, con el fin de encontrar

la dosis óptima de

S. griseus.

Se agregó agua sintética en cada uno de los seis vasos

de precipitado con capacidad de un litro utilizados en

el equipo de jarras. Inmediatamente se adicionaron

en cinco vasos las dosis correspondientes de la mezcla

coagulante para realizar la mezcla rápida (un minuto a

100 rpm) y la mezcla lenta (veinte minutos a 30 rpm).

Además, se dejó un vaso sin tratamiento (control).

Al finalizar la agitación lenta, se aplicó la fase

de sedimentación durante 30 minutos. Luego, se

determinaron los parámetros fisicoquímicos (turbidez,

color, pH y alcalinidad) antes y después de la filtración

en las muestras de agua tratadas con el coagulante

S. griseus, así como en el control. Para la fase de

filtración de estas aguas se utilizaron seis embudos

cada uno con un papel de filtro, con el fin de simular

el procedimiento que se lleva a cabo en las plantas

potabilizadoras.

Determinación de los parámetros fisicoquímicos

en aguas tratadas con la mezcla mucilaginosa de

griseus

Los parámetros fisicoquímicos se evaluaron tomando

en consideración los procedimientos establecidos

por APHA-AWWA-WEF (1998). Se aplicó el método

potenciométrico para determinar el pH, el método

Figura 1. Proceso de obtención de una mezcla mucilaginosa de

S. griseus.

Licuado durante

48 segundos

Separación de las

fases sólida y acuosa

Obtención del

coagulante

Fragmentos de S.

griseus

Eliminación de la epidermis y

la protostela

Separación del

parénquima

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Stenocereus

griseus (Haw.) Buxb. (

Caryophyllales, Cactaceae) en la

clarificación de aguas con alta turbidez

Al evaluar la turbidez inicial correspondiente a 120

UNT, en la figura 2 se observan valores de turbidez

residual que fluctúan entre 14,87 UNT y 22,93 UNT

con porcentajes de remoción que oscilan entre 80,89

% y 87,61 % y una dosis óptima de 1451 ppm. Después

de filtrar, se logra remover la turbidez con la mezcla

mucilaginosa de S. griseus a valores que fluctúan

entre 3,07 UNT y 4,62 UNT, tal y como se representa

en la figura 3, con porcentajes de remoción de

turbidez que oscilan entre 96,15 % y 97,44%. A este

nivel de turbiedad y para todas las dosis en estudio se

obtienen valores inferiores al máximo permisible (5

UNT), según las Normas de Calidad de Agua Potable de

Venezuela (Gaceta Oficial de Venezuela, 1998).

Como se muestra en la figura 2, para una turbidez

inicial de 140 UNT, los valores de turbidez residual

se encuentran entre 17,73 UNT y 23,90 UNT antes

de filtrar, con porcentajes de remoción que varían

desde 82,93 % hasta 87,34 % y con una dosis óptima

de 1935 ppm. En la figura 3 se presentan los valores

de turbidez residual al culminar la fase de filtración,

los cuales oscilan entre 5,78 UNT y 6,35 UNT; y se

alcanzan porcentajes de remoción entre 95,46 % y

95,87 % después de filtrar, lo que demuestra que el

coagulante fue efectivo, y aun cuando no se ajustaron

colorimétrico para medir el color, el método

nefelométrico para caracterizar la turbidez y el

método volumétrico para establecer los valores de

alcalinidad.

Resultados y Discusión

Caracterización del agua de grifo

En las muestras de agua de grifo recolectadas, los

valores de pH variaron entre 6,52 y 7,58 unidades,

ajustándose a lo establecido en las Normas Sanitarias

de Calidad del Agua Potable de Venezuela (6,5 y 8,5).

La turbidez osciló entre 7,67 UNT y 8,36 UNT, intervalo

que no se ubicó dentro de los valores permisibles.

La alcalinidad fluctuó entre 30 mg CaCO

/L y 34 mg

CaCO

/L y el color se ubicó dentro de la norma, ya que

varió hasta 15 UC Pt/Co, siendo éste el valor máximo

permitido.

Caracterización del agua sintética

Las muestras de agua sintética presentaron los valores

que se reflejan en la Tabla 1.

Evaluación del parámetro turbidez

Los valores de turbidez en muestras de agua con

turbiedades iniciales comprendidas en un intervalo

entre 100 UNT y 200 UNT tratadas con una mezcla

mucilaginosa de Stenocereus griseus se presentan

gráficamente, reflejándose los valores de turbidez

antes de la fase de filtración (Figura 2) y después de

la misma (Figura 3).

Para una turbidez inicial de 100 UNT, antes de filtrar

se observa en la figura 2 que la turbidez residual se

ubica entre 16,23 UNT y 28,27 UNT con porcentajes

de remoción que varían desde 71,73 % hasta 83,77 %

y una dosis óptima de 1935 ppm. Después de filtrar,

en la figura 3 se muestra que la turbidez residual

fluctúa entre 5,32 UNT y 8,25 UNT, por tanto no se

ajusta a la normativa de calidad de agua potable de

Venezuela (Gaceta Oficial de Venezuela, 1998) que

establece un valor máximo permisible de 5 UNT, pero

los porcentajes de remoción son superiores a 91,00 %.

Figura 2. Comportamiento de la turbidez residual (antes de

filtrar) en aguas tratadas con una mezcla mucilaginosa de

griseus.

Figura 3. Comportamiento de la turbidez residual (después

de filtrar) en aguas tratadas con una mezcla mucilaginosa de

S. griseus.

Turbidez

(UNT)

Color

(UC Pt-Co)

Alcalinidad

(mg CaCO

/L)

100

7,18

24,00

120

140

7,05

26,00

140

200

6,67

28,00

160

250

6,58

27,33

180

330

7,25

40,00

200

360

6,90

32,67

Tabla 1. Valores de los parámetros fisicoquímicos en muestras

de agua sintética antes de la adición del coagulante.

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Stenocereus

griseus (Haw.) Buxb. (

Caryophyllales, Cactaceae) en la

clarificación de aguas con alta turbidez

a la normativa vigente en Venezuela, son muy

cercanos al valor máximo establecido (5 UNT).

En relación a la turbidez inicial de 160 UNT, se registra

un rango de turbidez residual en un intervalo de 15,57

UNT - 22,10 UNT, tal y como se visualiza en la figura 2,

con porcentajes de remoción de turbidez que varían

desde 86,19 % hasta 90,27 % y una dosis óptima de

1935 ppm. Después de filtrar, en la figura 3 se observan

valores que reflejan turbiedades residuales desde 4,59

UNT hasta 6,13 UNT, con porcentajes de remoción

entre 96,17 % y 97,13 %, donde la mayoría de éstos

se ajusta al límite máximo permisible (5 UNT), tal y

como se establece en las Normas de Calidad del Agua

Potable de Venezuela (Gaceta Oficial de Venezuela,

1998).

Con respecto a la turbidez inicial de 180 UNT, el

coagulante se comportó de manera similar a las

muestras anteriores. Sin embargo, en la figura 2 se

presentan valores de turbidez residual antes de filtrar,

que en general son superiores (19,67 UNT - 30,13 UNT)

a los descritos para las turbiedades iniciales previas,

con porcentajes de remoción entre 83,26 % y 89,07

%. Después de completar la fase de filtración, en la

figura 3 se representan gráficamente los valores de

turbidez residual, los cuales varían entre 5,22 UNT

y 6,44 UNT (96,42 % - 7,10 % de remoción) y no se

ubican en límites aceptables, pero son muy cercanos

al valor máximo establecido (5 UNT) en la normativa

vigente (Gaceta Oficial de Venezuela, 1998).

Tal y como se indica en la figura 2, para una turbiedad

inicial de 200 UNT se alcanzan valores de turbidez

residual entre 16,43 UNT y 35,80 UNT antes de

filtrar, con porcentajes de remoción en un rango

correspondiente a 82,10 % - 91,78 % y una dosis óptima

de 968 ppm. No obstante, es importante resaltar que

algunos de los valores de turbidez que se obtienen

son menores o iguales a varios de los valores que se

muestran para las turbiedades anteriores; y dado que

la dosis óptima es la menor dosis de

S. griseus que se

aplica (968 ppm), se confirma el supuesto de Andía

(2000), quien asevera que al aumentar la turbidez

se requiere una menor concentración de coagulante

debido a que la probabilidad de colisión entre las

partículas es muy elevada y la coagulación se realiza

con mayor facilidad.

Después de filtrar, para la turbiedad inicial

correspondiente a 200 UNT se alcanzaron valores

de turbidez residual entre 4,11 UNT y 6,13 UNT con

porcentajes de remoción que oscilaron entre 96,94 %

y 97,95 %. La mayor parte de los valores se ajustaron

a lo establecido en las Normas de Calidad de Agua

Potable de Venezuela (Gaceta Oficial de Venezuela,

1998).

En general, para los valores de turbidez en estudio se

observa una tendencia conforme a la cual, a medida

que aumenta la dosis de coagulante se incrementa

la turbidez, exceptuando la dosis de 1935 ppm y/o

la de 1451 ppm, o ninguna. Esto puede explicarse

por la reestabilización de la carga de la partícula

debido a que el exceso de coagulante es absorbido

en la superficie de la misma, produciendo una

carga invertida a la original, en consecuencia, no se

produce una buena coagulación y la turbidez tiende

a aumentar, esto se debe a la formación de gran

cantidad de microflóculos con tamaños muy pequeños

cuyas velocidades de sedimentación son muy bajas,

por lo tanto la turbiedad residual es igualmente

elevada (Andía, 2000). Este comportamiento coincide

con lo reportado por Mejías

et al. (2010), quienes

al estudiar el agente coagulante Cedrela odorata

observaron un comportamiento similar. Esto se puede

explicar por la composición bioquímica del mucílago

de S. griseus y su posible mecanismo de coagulación.

Específicamente, los mucílagos de las cactáceas

tienen una composición similar a los exudados de

gomas de los géneros Sterculia y Khaya, las cuales

tienen más ácido galacturónico y más ramnosa que

las pectinas y también se ha indicado la presencia

de taninos, alcaloides, triterpenos o esteroides,

flavonoides, coumarinas y quinonas en extractos de

corteza de

Cedrela odorata (Pereira et al., 2013).

Dado que S. griseus posee azúcares (ramnosa,

arabinosa y galactosa) y ácidos urónicos (Henríquez-

Rodríguez et al., 2009); y también se ha reportado

la presencia de alcaloides, sesquiterpenlactonas,

coumarinas y oxidrilos fenólicos en plántulas de

S. griseus (Treviño, 2000), se pudiera inferir que la

semejanza en su composición bioquímica pudiera

originar el comportamiento similar entre S. griseus

y Cedrela odorata con respecto al aumento de la

turbidez conforme se incrementa la dosis de estos

agentes coagulantes.

Adicionalmente, se encuentra una similitud en

cuanto al comportamiento de S. griseus y agentes

coagulantes derivados de otras cactáceas, tales

como Opuntia ficus-indica (González et al., 2009) en

aguas con un rango de turbidez entre 100 UNT-200

UNT y Opuntia wentiana (Parra et al., 2011) en el

tratamiento de aguas a un intervalo de turbidez que

fluctuó entre 100 UNT y 160 UNT. También, el cardón

S. griseus aplicado como una mezcla mucilaginosa en

aguas con turbiedades iniciales que variaron desde 20

UNT hasta 100 UNT (Fuentes et al., 2011) y en aguas

con un intervalo de turbidez correspondiente a 220

UNT-300 UNT (González

et al., 2016), exhiben una

tendencia parecida.

El comportamiento de la mezcla coagulante de

S. griseus, tal y como se describe en el presente

artículo, se contrapone a lo referido por Ali et al.

(2010) al emplear Moringa oleifera y determinar que

al aumentar la dosis de este coagulante de origen

vegetal, disminuye la turbidez residual. Igualmente,

difiere del comportamiento que presenta el quitosano

para turbiedades de 160 UNT, 180 UNT y 200 UNT y

dosis entre 12 ppm y 24 ppm (Caldera et al., 2017); y

del que muestra la quitina para turbiedades iniciales

entre 200 UNT y 300 UNT y dosis desde 12 ppm hasta

40 ppm (Fuentes et al., 2017), donde al incrementar

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Stenocereus

griseus (Haw.) Buxb. (

Caryophyllales, Cactaceae) en la

clarificación de aguas con alta turbidez

la dosis de estos coagulantes de origen animal,

disminuye la turbidez.

Atinente a los mecanismos de coagulación, para

griseus se considera que pueda ser el de puente-

partícula, por cuanto es un mucílago que muestra un

comportamiento similar a las pectinas y la estructura

del mismo es propia de polímeros con al menos dos

cadenas de polisacáridos y con interacciones de

puentes de hidrógeno (Henríquez-Rodríguez

et al.,

2009); de tal modo que el polímero en cuestión

puede adsorber las partículas en suspensión mediante

puentes de hidrógeno hasta que su estructura lo

permita, pero la excesiva carga de polímero puede

generar una reestabilización de la suspensión (Andía,

2000). De allí la importancia de aplicar las dosis

óptimas para cada valor de turbidez inicial.

Debido a que no hay nada concluyente con respecto

al mecanismo de coagulación para

S. griseus, se

puede suponer que opera el mecanismo de adsorción

y enlace de puente interpartícula propuesto por

Henríquez-Rodríguez (2009); coincidiendo con

Bouaouine

et al. (2019), quienes según un estudio

realizado con

Opuntia ficus-indica, identificaron

como moléculas responsables de la coagulación a la

quercetina (un flavonoide) con grupos polifenólicos

y almidón (un polímero ramificado de glucosa con

funciones hidroxílicas) que tienen un poder floculante

sinérgico mediante un mecanismo a modo de puente

de adsorción (70 % de eliminación de turbidez para

quercetina contra 93 % de remoción total al adicionar

almidón).

Se puede considerar válida la suposición hecha, dado

que la composición bioquímica de

O. ficus-indica

(proteínas, polisacáridos, ácidos urónicos, polifenoles

y taninos), según refieren Bouaouine

et al. (2019),

y de S. griseus, de acuerdo a Henríquez-Rodríguez

(2009) (polisacáridos y ácidos urónicos), es similar

en cuanto a la presencia de azúcares, así como de

ácidos urónicos. Además, ambas especies coagulantes

pertenecen a la misma familia Cactaceae.

Análisis de las dosis óptimas de la mezcla

mucilaginosa de

S. griseus

La dosis óptima es la mínima concentración de

coagulante que se requiere para obtener el menor

valor de turbidez. Para cada una de las dosis óptimas,

se presentan en la tabla 2 los valores de turbidez

residual. Antes de filtrar, los mismos son superiores a

los requeridos según la normativa venezolana para la

calidad del agua potable (Gaceta Oficial de Venezuela,

1998) y sus porcentajes de remoción son superiores

a 83,77 %, lo cual permite catalogarlo como un

coagulante primario (supera el 70 % de remoción de

turbidez) que puede ser aplicado en las zonas rurales

o urbanas que carezcan de planta potabilizadora.

Después de la fase de filtración, las muestras de agua

con turbiedades iniciales de 120 UNT, 160 UNT y 200

UNT se ajustan al valor máximo permisible; pero las

muestras de agua con turbiedades de 100 UNT, 140

UNT y 180 UNT se encuentran ligeramente por encima

de lo establecido en dicha norma. Los porcentajes de

remoción de turbidez se ubican entre 94,68 % y 97,94

%, demostrando la efectividad del coagulante extraído

de S. griseus y la relevancia de la fase de filtración

para lograr un proceso óptimo de clarificación del

agua.

Los porcentajes de remoción de turbidez obtenidos

son superiores a los reportados por Fuentes et al.

(2011), quienes utilizaron el mismo coagulante

extraído de

S. griseus, pero con turbiedades bajas

(20 UNT y 100 UNT) y determinaron porcentajes de

remoción entre 14,50 % y 80,42 % antes de filtrar y

entre 69,27 % y 96,46 % después de la filtración.

Las remociones de turbidez del presente estudio

resultaron análogas a las de Mendoza

et al. (2008),

quienes lograron porcentajes de remoción de turbidez

después de la fase de filtración entre 94,53 % y

98,20 % usando pencas de

Hylocereus lemairei como

coagulante natural. Asimismo, hay coincidencias con

Rodríguez et al. (2002), cuando evaluaron el cotiledón

de la semilla de Moringa oleifera Lam arrojando

valores de remoción de turbidez entre 99,10 % y 99,50

Turbidez Inicial

(UNT)

Dosis óptima del

coagulante (ppm)

Turbidez antes de

filtrar (UNT)

Remoción de

turbidez antes de

filtrar (%)

Turbidez después

de filtrar (UNT)

Remoción de

turbidez después

de filtrar (%)

100

1935

16,23 ± 0,74

83,77

5,32

± 0,88

94,68

120

1451

14,87 ± 0,24

87,61

3,07 ± 0,23

97,44

140

1935

17,73 ± 1,43

87,33

5,78 ± 0,78

95,87

160

1935

15,57 ± 1,44

90,27

4,59 ± 0,49

97,13

180

1451

19,67 ± 1,44

89,07

5,22 ± 0,22

97,10

200

968

16,43 ± 1,80

91,78

4,11 ± 0,25

97,94

Tabla 2. Turbiedades, dosis óptimas y porcentajes de remoción de turbidez de aguas sintéticas tratadas con una mezcla

mucilaginosa de S. griseus.

*Valores de turbidez antes y después de filtrar más desviación estándar para n=3

Rev. Cient. Cien. Nat. Ambien. 13(1):1-9

Junio 2019

Fuentes et al. • Aplicación del cardón

Stenocereus

griseus (Haw.) Buxb. (

Caryophyllales, Cactaceae) en la

clarificación de aguas con alta turbidez

% posteriores a la fase de filtración; y con González

et al. (2016) al obtener remociones de turbidez que

oscilaron entre 98,29 % hasta 99,37 % después de

filtrar, cuando aplicaron una mezcla mucilaginosa de

S. griseus.

Evaluación del parámetro color

Después de simular la etapa de clarificación en

las muestras de agua tratadas con una mezcla

mucilaginosa de S. griseus y obtener las dosis óptimas

del coagulante, el color varía entre 26,67 UC Pt-Co y

46,67 UC Pt-Co antes de filtrar y entre 13,33 UC Pt-Co

y 26,67 UC

Pt-Co después de esta fase. Las muestras

con turbiedades iniciales de 100 UNT y 120 UNT se

ajustan a la normativa vigente en Venezuela (Gaceta

Oficial de Venezuela, 1998), la cual establece un

valor máximo permisible de 15 UC Pt-Co. El resto de

los valores estudiados no se ajusta al límite exigido,

pero es importante resaltar que la aplicación de las

dosis óptimas de

S. griseus permite alcanzar elevados

porcentajes de remoción de color que fluctúan entre

86,67 % y 93,52 % después de la filtración.

Al comparar con investigaciones previas, el parámetro

color se ubica en valores inferiores a los reportados

para Opuntia wentiana que fluctuaron entre 70 UC Pt-

Co - 80 UC Pt-Co antes de filtrar y entre 50 UC Pt-Co

y 80 UC Pt-Co después de ello (Parra et al., 2011), lo

cual demuestra mayor efectividad de S. griseus para la

remoción de color con respecto a esta otra cactácea.

Por otra parte, al comparar los valores de color del

presente estudio con los reportados por Fuentes et

al. (2011) para S. griseus a baja turbidez, se observa

que son superiores, evidenciándose menor eficiencia

en la remoción de color a valores entre 100 UNT- 200

UNT de turbidez inicial. Adicionalmente, se encuentra

similitud con González

et al. (2016) al investigar S.

griseus a valores más altos de turbidez inicial (200

UNT-300 UNT) que los indicados en el presente estudio

(100 UNT-200 UNT), debido a que solo para dos valores

de turbidez inicial (200 UNT y 220 UNT) se cumple

con la normativa para el color, mientras que el resto

de los valores estudiados superan el valor máximo

permisible (15 UC Pt-Co).

Aun cuando el parámetro color se ajusta a lo

establecido en las Normas Sanitarias de Calidad de

Agua Potable (Gaceta Oficial de Venezuela, 1998)

solamente para dos valores de turbidez inicial en el

presente estudio, resulta relevante que los resultados

arrojan porcentajes de remoción superiores a 86 %,

lo que indudablemente demuestra la efectividad de

la mezcla mucilaginosa de

Stenocereus griseus (Haw.)

Buxb. en la remoción de color.

Evaluación del parámetro pH

Los valores de pH que se obtienen con las dosis

óptimas del coagulante

S. griseus fluctúan entre 6,42

y 6,94 unidades antes de filtrar y entre 6,23 y 6,98

después de filtrar. En la figura 4 se observa que antes

de filtrar, para turbiedades iniciales entre 100 y 200

UNT se cumple con las Normas Sanitarias de Calidad

del Agua Potable de Venezuela (Gaceta Oficial de

Venezuela, 1998), excepto para la turbidez de 160

UNT que es ligeramente inferior al rango permisible

(6,5 y 8,5 unidades).

Después de la filtración, las turbiedades de 100 UNT

y 200 UNT se ubican dentro del rango permisible, las

restantes entre 120 UNT y 180 UNT se encuentran

ligeramente por debajo del rango permisible y

presentan reducciones mínimas del pH que no son

superiores a 0,8 unidades, coincidiendo con Contreras

et al. (2015) quienes al aplicar varios tratamientos

con O. ficus indica y alumbre reportaron reducciones

leves en el pH que no resultaron mayores de 0,7

unidades.

Por otra parte, se observa que con la dosis óptima más

baja (968 ppm), la intermedia (1451 ppm) y la más

alta (1935 ppm), se obtienen valores de turbidez que

se ajustan a la normativa para turbiedades iniciales

de 200 UNT, 120 UNT y 160 UNT, respectivamente;

aunado a que los valores restantes se ubican muy

cerca del máximo permisible (5 UNT). Esto demuestra

que las ligeras variaciones de pH, a pesar de que

algunas de las muestras se ubican fuera del rango

establecido en la normativa vigente en Venezuela

(6,5-8,5), no inciden en la efectividad de S. griseus

para la remoción de turbidez.

Los valores que se registran después del tratamiento

de las muestras de agua con S. griseus, son similares

a los reportados por Fuentes et al. (2011) al emplear

esta cactácea en el tratamiento de aguas con

turbiedades iniciales entre 20 UNT y 100 UNT, quienes

obtuvieron valores de pH que variaron desde 5,97

hasta 6,98 unidades. Sin embargo, al contrastarlos

con González et al. (2016) al estudiar el coagulante S.

griseus en aguas con mayor rango de turbidez inicial

(200 UNT-300 UNT), se observa que difieren, pues el

pH aumenta ligeramente después del tratamiento.

Evaluación del parámetro alcalinidad

En la figura 5 se muestra el comportamiento de la

alcalinidad para los diferentes valores de turbidez

inicial y dosis óptimas. El pa

rámetro alcalinidad

presenta ligeras variaciones, se registran valores

Figura 4. Comportamiento del pH en aguas con alta turbidez

(100 UNT-200 UNT) tratadas con las dosis óptimas de una

mezcla mucilaginosa de

S. griseus.

Rev. Cient. Cien. Nat. Ambien. 13(1):1-9

Junio 2019

Fuentes et al. • Aplicación del cardón

Stenocereus

griseus (Haw.) Buxb. (

Caryophyllales, Cactaceae) en la

clarificación de aguas con alta turbidez

menores de 40 mg CaCO

/L. A pesar de que la

normativa venezolana no contempla la alcalinidad

como parámetro de calidad en las aguas potables,

se ubican dentro de lo permisible, ya que éste es

aceptable hasta 140 mg CaCO

/L, según Merrit (1992)

y Doudelet (1981). Asimismo, se ajusta a lo señalado

por el Ministerio de la Protección Social, Ministerio

de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial de

Colombia (2007), el cual establece como límite

máximo una alcalinidad de 120 mg CaCO

/L.

En referencia a los valores máximos permisibles,

la alcalinidad fue baja, lo cual puede incidir en

la efectividad del proceso de coagulación, puesto

que para favorecer esta fase del proceso de

potabilización, se requiere un exceso de alcalinidad

(Romero, 2005). Esto se debe a que en el caso de los

coagulantes inorgánicos metálicos, los iones OH

, CO

-2

y HCO

que confieren la alcalinidad al agua, pueden

formar precipitados con los iones de sales metálicas

durante la coagulación. No obstante, los coagulantes

naturales pudieran tener alguna similitud con los

coagulantes inorgánicos, pues para las cactáceas,

se ha demostrado que especies del género Opuntia

contienen cantidades importantes de minerales entre

ellos calcio, encontrándose en forma de cristales

de oxalato de calcio o en forma libre (Palacios

al., 2016) que pudieran influir en el fenómeno de

coagulación.

Los resultados que se representan en la figura 5 son

similares a los reportados por González

et al. (2016),

quienes obtuvieron disminuciones de la alcalinidad

después del tratamiento de aguas altamente turbias

(200 UNT – 300 UNT) con una mezcla mucilaginosa de

S. griseus. Igual comportamiento refirieron Fuentes

et al. (2011) en la mayoría de los resultados, cuando

evaluaron este parámetro en aguas con baja turbidez

(20 UNT – 100 UNT) tratadas con S. griseus.

Conclusiones

Se demostró la efectividad del mucílago

Stenocereus

griseus como coagulante natural para la clarificación

del agua con valores de turbidez entre 100 UNT y 200

UNT y dosis óptimas entre 968 ppm y 1935 ppm. Los

porcentajes de remoción fueron mayores de 83,77 %,

pudiéndose emplear como coagulante primario.

El pH fluctuó entre 6,42 y 6,94 unidades antes de

filtrar y después de la fase de filtración entre 6,23

y 6,98 unidades. El parámetro alcalinidad presentó

poca variabilidad, pero no superó el valor máximo

aceptable y una vez aplicado el tratamiento, se

mantuvo cercano al valor inicial del agua sintética,

con valores menores a 40 mg CaCO

/L.

Se evidenció que el color estuvo dentro de los límites

establecidos por las Normas de Calidad de Agua Potable

de Venezuela (15 UC Pt-Co) para turbiedades de 100

UNT y 120 UNT, después de la filtración. Los valores

restantes no se ajustaron a la citada normativa, pero

se alcanzaron porcentajes de remoción de color

superiores a 85 %.

Recomendaciones

Realizar un estudio similar, pero aumentando la

alcalinidad para determinar si mejora la efectividad

de S. griseus como coagulante.

Evaluar la efectividad de S. griseus en forma desecada

para el rango de turbidez estudiado (100 UNT-200

UNT).

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