Rev. Amaz. Cienc. Ambient. Ecol., 2 (2), e511, doi: 10.51252/reacae.v2i2.e511
Artículo original
Original article
Jul-Dic, 2023
https://revistas.unsm.edu.pe/index.php/reacae
e-ISSN: 2810-8817
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Efectividad de un filtro en la eliminación de detergentes de
aguas residuales urbanas de Cajamarca, Perú
Effectiveness of a filter in the removal of detergents from urban wastewater in
Cajamarca, Peru
Vera-Zelada, Persi1*
Vera-Zelada, Luis Alberto2
Saucedo-Osorio, Elvis Humberto3
Mamani-Arias, Leily Bettsy3
1Universidad Nacional de Jaén, Jaén, Perú
2Universidad Nacional de Cajamarca, Cajamarca, Perú
3Universidad Privada Antonio Guillermo Urrelo, Cajamarca, Perú
Recibido: 10 Mar. 2023 | Aceptado: 13 May. 2023 | Publicado: 10 Jul. 2023
Autor de correspondencia*: persi.vera@unj.edu.pe
Como citar este artículo: Vera-Zelada, P., Vera-Zelada, L. A., Saucedo-Osorio, E. H. & Mamani-Arias, L. B. (2023). Efectividad de un filtro en la
eliminación de detergentes de aguas residuales urbanas de Cajamarca, Perú. Revista Amazónica de Ciencias Ambientales y Ecológicas, 2(2), e511.
https://doi.org/10.51252/reacae.v2i2.e511
RESUMEN
La finalidad del presente estudio fue evaluar la efectividad del filtro de grava, sulfato de aluminio y carbón activado en la
eliminación de detergentes de aguas residuales urbanas de la ciudad de Cajamarca. Métodos: Se realizó la caracterización del
agua residual urbana y el monitoreo para los siguientes parámetros: detergentes (SAAM), pH y turbidez. La muestra fue
obtenida de una lavadora industrial. Resultados: El filtro de grava, sulfato de aluminio y carbón activado, es efectivo para
eliminar detergentes de aguas residuales urbanas de la ciudad de Cajamarca; dado que, se eliminó el 22,55% de los
detergentes y el 98,51% de la turbidez. Conclusiones: Finalmente, se demostró la eliminación de los detergentes mediante el
coagulante y un filtro de grava y carbón.
Palabras clave: detergentes aniónicos; filtro; remediación ambiental; vertimiento
ABSTRACT
Objective: The purpose of this research study was to evaluate the effectiveness of the gravel filter, aluminum sulfate and
activated carbon in the elimination of detergents from urban wastewater in the city of Cajamarca. Methods: The
characterization of urban residual water and the monitoring for the following parameters were carried out: detergents
(SAAM), pH and turbidity. The sample was obtained from an industrial washing machine. Results: The gravel filter, aluminum
sulfate and activated carbon, is effective in removing detergents from urban wastewater in the city of Cajamarca; since,
22.55% of the detergents and 98.51% of the turbidity were eliminated. Conclusions: Finally, the removal of detergents
through the coagulant and a gravel and carbon filter was demonstrated.
Keywords: environmental remediation; anionic detergent; filter; dumping
Vera-Zelada, P. et al
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1. INTRODUCCIÓN
El agua producida en los procesos de lavado de autos se utilizó como modelo porque tiene varios
contaminantes: aceite, lubricantes, detergentes y partículas sólidas (Abdelmoez et al., 2013). Los
detergentes son formulaciones que tienen propiedades de limpieza y solubilización. Sus principales
campos de aplicación son la industria (productos de limpieza, alimentación, transformación industrial), el
hogar (lavandería, lavavajillas) y el cuidado personal (jabones, champús, cosmética) (Jahan, 2004).
Los detergentes afectan a la fauna y la flora, y tienen efectos directos e indirectos sobre los ecosistemas. La
eutrofización, la formación de espuma y la alteración de parámetros como la temperatura, la salinidad, la
turbidez y el pH son más importantes y sus efectos deben gestionarse y controlarse (Mousavi &
Khodadoost, 2019).
Los detergentes consisten en agentes tensioactivos conocidos como tensioactivos y otros componentes
secundarios que incluyen potenciadores, mejoradores y rellenos (Jahan, 2004). Aunque los detergentes son
los principales contaminantes ambientales para el suelo y el agua (Rojas-Herrera et al., 2015). Los
detergentes son importantes para el medio ambiente porque se utilizan en grandes cantidades.
Históricamente, la contaminación potencial del medio ambiente por detergentes surgió cuando el uso de
detergentes a base de jabón cambió a detergentes sintéticos (Jahan, 2004).
El fósforo (P) de los detergentes contribuye a la contaminación y eutrofización del agua (Cheng, 2009). La
preocupación por la eutrofización es un desarrollo relativamente reciente en la literatura científica, y los
primeros recuerdos se remontan a la década de 1950 (Cheng, 2009). La eutrofización es una explosión no
deseada de organismos acuáticos vivos en lagos y estuarios que da como resultado el agotamiento del
oxígeno que puede destruir un ecosistema acuático (Liu & Chen, 2014).
La eutrofización es causada por actividades humanas, más comúnmente por aguas residuales, que pueden
provenir de una variedad de fuentes: descarga directa, componentes de aguas residuales municipales o
lodos tratados. Las aguas residuales en aguas costeras son principalmente un problema de salud pública,
que expone a los usuarios recreativos a patógenos en la población local (Mclntyre & He, 2019).
Comprender los impactos del uso de detergentes en los aportes de P a las aguas superficiales y sus
principales impulsores es vital para apoyar los objetivos de desarrollo sostenible sobre agua limpia (Cheng,
2009). Existen factores como los valores de turbidez y demanda química de oxígeno disminuyen
drásticamente al usar proceso de tratamiento, que consiste en coagulación, floculación, filtración de arena
y oxidación seguida de filtración de arena y carbón activado (Abdelmoez et al., 2013).
Los detergentes se han convertido en los principales contaminantes del agua que ingresan a los cuerpos de
agua y la cadena alimentaria y, por lo tanto, pueden ser peligrosos para los humanos y otros organismos.
Los residuos de detergentes en cuerpos de agua provienen de áreas residenciales (detergentes
domésticos), aguas de escorrentía de áreas agrícolas (herbicidas e insecticidas) y efluentes industriales
(Azizullah et al., 2021).
Los resultados indicaron que a medida que aumentaba el porcentaje de detergentes, el índice de plasticidad
aumentaba ligeramente, pero disminuían la densidad seca máxima, el contenido de agua y la resistencia al
corte de los suelos cohesivos (Suelo-I y Suelo-II) (Sharo & Daradkah, 2020). Por lo tanto, debemos
renunciar a los detergentes en polvo y comenzar a usar detergentes líquidos ecológicos para ahorrar
recursos, minimizar la contaminación del agua y la obstrucción de los desagües (Goel & Kaur, 2012).
Los detergentes se descargan al medio ambiente normalmente a través de los efluentes de las plantas de
tratamiento de aguas residuales y el uso de lodos de depuradora en la tierra. Las descargas industriales a
las aguas superficiales, los derrames de petróleo y la remediación de suelos contaminados mejorada con
surfactantes también pueden ser otras fuentes (Jahan, 2004).
Vera-Zelada, P. et al
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Sin ajustar el valor de pH de las aguas residuales de lavado de autos, se encontró que 200 ppm de cloruro
férrico, como coagulante, y 1 ppm de permanganato de potasio, como oxidante, pueden ser usados
(Abdelmoez et al., 2013). En el uso de detergentes en polvo, hubo un aumento significativo en el nivel de
pH, cloruros, sulfato, carbonato y bicarbonato en el agua de lavado, mientras que se encontró un cambio
muy insignificante en todos los parámetros químicos anteriores con el uso de detergentes líquidos (Goel &
Kaur, 2012). El objetivo de este estudio fue determinar la efectividad del filtro de grava, sulfato de aluminio
y carbón activado en la eliminación de detergentes de aguas residuales urbanas de la ciudad de Cajamarca.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
El proyecto de investigación es de tipo experimental, de corte transversal. Se extrajo una muestra de 60
litros proveniente de una de las 4 pozas de lixiviados de la infraestructura de tratamiento y disposición
final de residuos sólidos de Cajamarca, previamente la muestra fue caracterizada (arsénico, cadmio, cobre,
cromo, hierro, mercurio, plomo y zinc), con el propósito es determinar si el suelo retiene o aporta metales
al lixiviado. En el laboratorio INNODEVEL el lixiviado fue colocado en un reactor y puesto en contacto con
100 kg de suelo, formando un sistema cerrado “Bach”. El muestreo se realizó cada 10 días durante un
período de 2 meses, tiempo que garantizaba el filtrado del lixiviado por el suelo y muestreo antes de ser
devuelto al reactor.
El diseño experimental estuvo compuesto por: 1000 mL de aguas residuales doméstica, 1000 mL (2
frascos) de agua residual domestica con filtro de grava y carbón activado, 1000 mL (2 frascos) de agua
residual domestica con filtro de grava, sulfato de aluminio y carbón activado.
2.1. Construcción del filtro de grava, sulfato de aluminio y carbón activado
Se recolectó agua con detergente en un tanque de 250 L. Se implementó un sistema de distribución de agua,
con tubo de media pulgada, a la cual se agregó tres caños a 20 cm de distancia. Se cortó la base de dos
botellas descartables de 1,5 L, se le hizo orificios a la tapa de las botellas, seguidamente se puso algodón en
las tapas, para que el carbón no caiga.
Se agregó a dichas botellas 250 g de carbón activado y luego grava de 0,5 cm de diámetro hasta lograr una
altura de 12 cm. Para cada filtro se hizo una base de metal de diferentes medidas. Adicional a eso se elaboró
una base para un tanque de 20 L en la cual se diluye 3,5 g de sulfato de aluminio. Para la recolección del
agua tratada se utilizó dos depósitos. Posteriormente se realizó la experimentación, en donde se tomaron
las muestras en los frascos brindados por el laboratorio.
2.2. Técnicas para el procesamiento y análisis de datos
Para la evaluación del efecto del filtro sobre la concentración de detergentes se usó las pruebas estadísticas
de ANOVA “Análisis de Varianza” para comparar las concentraciones y pruebas de correlación regresión
con los tiempos y velocidades de filtración, posteriormente determinamos cuál es el óptimo y conveniente
para las aguas residuales del distrito de Cajamarca.
Por lo tanto, para el análisis de datos se encontró el porcentaje de la concentración del detergente para
luego ser sometido al análisis de varianza, así como también para pH y la Turbidez, adicionalmente, los
datos fueron analizados mediante la prueba de Fisher y Tukey en el programa estadístico Minitab 19 y
Excel.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El filtro con coagulante y sin coagulante han influido en la remoción de detergentes (p 0,007), indicando
por tanto que existe una diferencia significativa entre el valor inicial del agua residual sin tratar con
respecto al agua tratada. Se demuestra que el tratamiento del agua residual con filtros (con y sin
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coagulante) ha producido un efecto sobre la concentración del detergente, de tal manera, que logra
removerlo o disminuirlo (Tabla 1).
Tabla 1.
Variables medidas en aguas colectadas de la ciudad de Cajamarca
Código
Parámetro
Resultados
DST-001
pH
8,43
DST-001
Turbidez (NTU)
586
DST-001
Detergentes - SAAM (mg MBAS/L)
120,7
DT-001
pH
8,2
DT-001
Turbidez (NTU)
46,2
DT-001
Detergentes - SAAM (mg MBAS/L)
101,6
DTSA-001
pH
7,97
DTSA-001
Turbidez (NTU)
10,8
DTSA-001
Detergentes - SAAM (mg MBAS/L)
89,8
DST-002
pH
8,44
DST-002
Turbidez (NTU)
597
DST-002
Detergentes - SAAM (mg MBAS/L)
120,7
DT-002
pH
7,85
DT-002
Turbidez (NTU)
18,4
DT-002
Detergentes - SAAM (mg MBAS/L)
103,2
DTSA-002
pH
7,75
DTSA-002
Turbidez (NTU)
6,67
DTSA-002
Detergentes - SAAM (mg MBAS/L)
97,4
Se demuestra que el tratamiento del agua residual con filtros (con y sin coagulante) no ha producido un
efecto sobre el pH (p 0,087), de tal manera, que no logra modificarlo. Se demuestra que el tratamiento del
agua residual con filtros (con y sin coagulante) ha producido un efecto sobre la turbidez (p 3,38), de tal
manera, que logra removerlo o disminuirlo (Figura 1).
Figura 1. Efectividad del filtro (con y sin coagulación) sobre la concentración de los detergentes
Vera-Zelada, P. et al
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Por último, se demuestra que el agua residual con coagulante tratado en el filtro con grava y carbón
activado remueve más detergente (22,55 %) y turbidez (98,51 %) que el tratado sin coagulante, es decir,
el coagulante influye en el tratamiento.
Figura 2. Efectividad del filtro (con y sin coagulación) sobre la turbidez
En este estudio el filtro con coagulante y sin coagulante han influido en la remoción de detergentes,
indicando por tanto que existe una diferencia significativa entre el valor inicial del agua residual sin tratar
con respecto al agua tratada. Sin embargo, en otro estudio los resultados mostraron que los valores de
turbidez y demanda química de oxígeno disminuyen drásticamente al utilizar el proceso de tratamiento
que consiste en coagulación, floculación, filtración con arena y oxidación seguida de filtración con arena y
carbón activado (Abdelmoez et al., 2013).
Se demuestra que el tratamiento del agua residual con filtros (con y sin coagulante) ha producido un efecto
sobre la concentración del detergente, de tal manera, que logra removerlo o disminuirlo. Existen también
otras maneras de tratar agua con detergentes aniónicos, sólidos suspendidos totales y bacterias mediante
filtros de columna empacados con complejos de micela/montmorillonita mezclados con exceso de arena
(Brook et al., 2015). Existen filtros con carbón activado, con dos capas de carbón activado granular (Mensah
& Forster, 2003).
Existen también métodos como filtro aireado biológico como un proceso de biopelícula fija para eliminar
los compuestos orgánicos volátiles transportados por el agua de una planta de fabricación de capacitores
cerámicos de múltiples capas (Chen et al., 2022). Existen variables que se deben medir como la inclinación
del panel, un estudio indica que mejoró significativamente el control del ensuciamiento y mejoró la
permeabilidad debido al mayor contacto de las burbujas de aire con la superficie de la membrana, lo que
indujo un desprendimiento continuo del ensuciamiento de la superficie de la membrana (Barambu et al.,
2020).
Se demuestra que el tratamiento del agua residual con filtros (con y sin coagulante) no ha producido un
efecto sobre el pH (p 0,087), de tal manera, que no logra modificarlo. Se demuestra que el tratamiento del
agua residual con filtros (con y sin coagulante) ha producido un efecto sobre la turbidez (p 3,38), de tal
manera, que logra removerlo o disminuirlo. Existen estudios que usan otros filtros en los que indican los
rendimientos del biocarbón y la paja de teff se evaluaron en función de los parámetros de operación y el
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porcentaje de eficiencia de eliminación a diferentes tasas de flujo; la evaluación mostró una tasa de flujo de
0,4 L/min para exhibir la máxima eficiencia de eliminación (Yaseen et al., 2019).
Por último, se demuestra que el agua residual con coagulante tratado en el filtro con grava y carbón
activado remueve más detergente (22,55 %) y turbidez (98,51 %) que el tratado sin coagulante, es decir,
el coagulante influye en el tratamiento. En otro estudio los resultados mostraron que los valores de
turbidez y demanda química de oxígeno (DQO) disminuyen drásticamente al utilizar el proceso de
tratamiento propuesto, que consiste en coagulación, floculación, filtración con arena y oxidación seguida
de filtración con arena y carbón activado (Abdelmoez et al., 2013).
Los adsorbentes de carbón utilizados se prepararon por pirólisis con vapor de agua de diferentes materias
primas: huesos de durazno, huesos de aceituna, asfaltita natural, mezclas de brea de alquitrán de hulla y
furfural (Tsyntsarski et al., 2014). En donde se indica que es más eficaz en carbón activado con un espesor
de 20 cm y zeolita de 40 cm con una tasa de disminución del 99,02 % para tratar agua con detergentes
(Haderiah et al., 2015).
CONCLUSIONES
El filtro de grava, sulfato de aluminio y carbón activado es efectivo para eliminar detergentes de aguas
residuales urbanas de la ciudad de Cajamarca; dado que, se elimina el 22,55% de los detergentes y el
98,51% de la turbidez.
Se eliminó el 22,55% de la concentración de los detergentes de las aguas residuales añadiendo coagulante,
en contraste, con el agua residual tratada sin coagulante 15,16%.
Se eliminó el 98,51% de la turbidez con el coagulante añadido y filtros, sobre el 94,50% de la turbidez del
agua tratada con filtro y sin coagulante.
FINANCIAMIENTO
Ninguno
CONFLICTO DE INTERESES
El presente artículo no presenta conflicto de intereses.
CONTRIBUCIÓN DE LOS AUTORES
Vera-Zelada, P., Vera-Zelada, L. A., Saucedo-Osorio, E. H. y Mamani-Arias, L. B.: Conceptualización, Curación
de datos, Análisis formal; Investigación; Administración del proyecto; Software; Supervisión; Validación,
Redacción-borrador original y Redacción-revisión y edición.
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