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Biorremediaci�n de efluentes de la industria minera contaminados con cianuro

 

Biorremedation of effluents of the mining industry contamined with cyanide

 

Biorremedia��o de efluentes da ind�stria de minera��o contaminados com cianeto

 

			Harlyn Ruperto Rivera-Ortiz IV harlynrivera@hotmail.com https://orcid.org/0000-0003-1282-179X   Benito Guillermo Mendoza-Trujillo V bengui64@hotmail.com https://orcid.org/0000-0001-8555-8350
	Miguel Angel Osorio-Rivera I miguel.osorio@espoch.edu.ec https://orcid.org/0000-0002-8641-2721   William Xavier Iba�ez-Moreno II william.ibaniez@espoch.edu.ec https://orcid.org/0000-0002-6488-1121   Diana Nereida Villa-Uvidia III diana.villa@espoch.edu.ec https://orcid.org/0000-0002-1402-4922

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: miguel.osorio@espoch.edu.ec

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

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*Recibido: 17 de enero de 2020 *Aceptado: 28 de febrero de 2020 * Publicado: 10 de marzo de 2020

 

        I.            M�ster en Ingenier�a Ambiental, Ingeniero Ambiental, Docente de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Sede Morona Santiago, Macas, Ecuador.

      II.            M�ster Universitario en Qu�mica Industrial e Introducci�n a la Investigaci�n Qu�mica, Ingeniero Qu�mico, Docente de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Sede Morona Santiago, Macas, Ecuador.

   III.            M�ster en Procesamiento de Alimentos, Ingeniera en Industrias Pecuaria, Docente de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Sede Morona Santiago, Macas, Ecuador.

    IV.            Ingeniero Ambiental, T�cnico Ambiental del Municipio de Logro�o, Macas, Ecuador.

5. Doctor en Ingenier�a Hidr�ulica para el Ambiente y el Territorio, Ingeniero Ambiental, Docente de la Universidad Nacional de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

 

Resumen

El cianuro constituye la sustancia qu�mica mayormente empleada para la lixiviaci�n de oro en la actividad minera. Su alta toxicidad afecta directamente a los organismos que se desarrollan alrededor de dicha industria, y al medio ambiente en general. Con el fin de reducir los niveles de cianuro libre en efluentes provenientes de la miner�a, el trabajo se enfoc� en determinar las condiciones �ptimas para la biodegradaci�n de cianuro empleando los extractos de dos tipos de plantas nativas (Cecropia peltata l. y Malva sylvestris) de la Amazon�a ecuatoriana. Para los ensayos se prepararon muestras sint�ticas con concentraci�n de 1mg/l CN- y se aplicaron dos tipos de pruebas: la primera mediante el machacado de las hojas de las platas y la extracci�n en medio alcoh�lico, y la segunda a trav�s de dosificaciones en un equipo de jarras. Con el machacado despu�s de un reposo de 5 d�as entre machacado y agua con concentraci�n de 1 mg/l con ambas plantas se obtuvo un porcentaje de remoci�n de 17% con la Malva sylvestris y del 12% con Cecropia peltata l. En cambio, al hacer pruebas de dosificaci�n se obtuvo porcentajes de remoci�n del 14% y 11% con los extractos acuosos de Malva sylvestris y Cecropia peltata l respectivamente.

Palabras claves: Biorremediaci�n; cianuro; malva sylvestris; cecropia peltata.

 

Abstract

Cyanide is the chemical substance mostly used for leaching gold in mining activity. Its high toxicity directly affects the organisms that develop around this industry, and the environment in general. In order to reduce the levels of free cyanide in effluents from mining, the work focused on determining the optimal conditions for cyanide biodegradation using the extracts of two types of native plants (Cecropia peltata L. and Malva sylvestris) of Ecuadorian Amazon Synthetic samples with a concentration of 1mg / l CN- were prepared for the tests and two types of tests were applied: the first by crushing the leaves of the silver and the extraction in an alcoholic medium, and the second through dosing in a jug equipment With crushing after a 5-day rest between crushed and water with a concentration of 1 mg / l with both plants, a removal percentage of 17% was obtained with Malva sylvestris and 12% with Cecropia peltata l. On the other hand, when dosing tests were obtained, removal rates of 14% and 11% were obtained with the aqueous extracts of Malva sylvestris and Cecropia peltata l respectively.

Keywords: Biorremediation; cyanide; malva sylvestris; cecropia peltata.

 

Resumo

O cianeto � a subst�ncia qu�mica usada principalmente para lixiviar o ouro na atividade de minera��o. Sua alta toxicidade afeta diretamente os organismos que se desenvolvem em torno dessa ind�stria e o meio ambiente em geral. Com o objetivo de reduzir os n�veis de cianeto livre nos efluentes da minera��o, o trabalho teve como objetivo determinar as condi��es ideais para a biodegrada��o de cianetos, utilizando os extratos de dois tipos de plantas nativas (Cecropia peltata L. e Malva sylvestris) de Amaz�nia equatoriana Para os testes, foram preparadas amostras sint�ticas com concentra��o de 1mg / l CN- e foram aplicados dois tipos de testes: o primeiro esmagando as folhas da prata e a extra��o em meio alco�lico, e o segundo atrav�s da dosagem em um equipamentos de jarro Com a tritura��o ap�s um descanso de 5 dias entre a triturada e a �gua com uma concentra��o de 1 mg / l em ambas as plantas, foi obtida uma porcentagem de remo��o de 17% com Malva sylvestris e 12% com Cecropia peltata l. Por outro lado, quando foram obtidos testes de dosagem, foram obtidas taxas de remo��o de 14% e 11% com os extratos aquosos de Malva sylvestris e Cecropia peltata l, respectivamente.

Palavras-chave: Biorremedia��o; cianeto; malva sylvestris; cecropia peltata.

 

Introducci�n

Durante el proceso de extracci�n de minerales, se utilizan como reactivos, grandes cantidades de mercurio y cianuro, los cuales resultan ser altamente t�xicos para el medio ambiente y los organismos que en �l habitan. La contaminaci�n ambiental con metales pesados y cianuro representan una de las principales problem�ticas a nivel mundial. En el Ecuador por muchos a�os la miner�a artesanal y a mayor escala no ha sido controlada en temas ambientales y de salud, por lo que sus efluentes han sido descargados al ambiente sin ning�n tipo de tratamiento. Generando un sin n�mero de impactos negativos tanto en fuentes de agua, suelo, aire y al mismo ser humano (Puga, Sosa, Lebgue, Quintana, & Campos, 2006).

Los efluentes generados en el proceso de lixiviaci�n de oro, presenta altas concentraciones de cianuro. (Guiza, 2011). La alta toxicidad del cianuro est� relacionada con su especiaci�n qu�mica, siendo el cianuro en su forma libre (CN-)- el m�s perjudicial debido a su elevado potencial de inhibici�n metab�lica. (Jumbo, 2014).

Actualmente, la industria minera emplea tres m�todos para descontaminar efluentes cianurados: atenuaci�n natural, degradaci�n qu�mica y en menor medida la Biorremediaci�n a trav�s de consorcios de microrganismos (Jumbo, 2014). Los tratamientos y m�todos tecnol�gicos convencionales que se utilizan para la depuraci�n de efluentes cianurados representan un alto costo de inversi�n, ya que requieren de mucha energ�a, gran cantidad de reactivos qu�micos y pueden generar otros desechos igualmente t�xicos. Por lo que es necesario el desarrollo de tecnolog�as de Biorremediaci�n que sean econ�micas, efectivas y amigables con el ambiente. (Fern�ndez, 2007)

La presente investigaci�n tiene como prop�sito la realizaci�n de pruebas preliminares para el desarrollo de una t�cnica de Biorremediaci�n de efluentes cianurados provenientes del proceso de lixiviaci�n de oro, mediante la utilizaci�n de extractos de plantas nativas (Cecropia peltata L. y Malva sylvestris) de la Amazon�a ecuatoriana.

 

Materiales y M�todos

Muestreo

Las plantas fueron cultivas en las instalaciones de la ESPOCH ubicada en la ciudad de Macas, cant�n Morona, provincia de Morona Santiago. Se dise�aron p�relas en parcelas. El an�lisis qu�mico de las muestras se realiz� por absorci�n at�mica en el Laboratorio de An�lisis instrumental de la Universidad T�cnica Particular de Loja (Tabla 1).

Tratamiento con lecho Machacado

El tratamiento consiste en dejar reposar el agua sint�tica en un envase con lecho triturado de las plantas, producto de esta investigaci�n para lo cual se seleccionaron las hojas que servir�n para realizar el lecho filtrante, las hojas fueron machacadas en un mortero hasta que segreguen l�quido, las hojas trituradas fueron puestas en un envase (lecho filtrante); se coloc� el agua sint�tica en el envase hasta saturar el lecho (al mismo nivel de la hoja), despu�s se dejar reposar el agua con el lecho filtrante, finalmente se realiza el an�lisis del cianuro en el agua de salida cada cinco d�as, este procedimiento se debe repetir por cinco veces.

 

 

 

Tratamiento por dosificaci�n de extractos

Obtenci�n de extractos

De las hojas de las plantas nativas, Malva Sylvestri y Cecropia peltata l., que crecen en los bosques tropicales de Morana, se obtuvo el extracto que act�a agente activo en la eliminaci�n de CN-1, empleando las operaciones de clasificado, secado, triturado, tamizado, centrifugado y secado. Inicialmente se procedi� a seleccionar las hojas de las plantas, eliminando ramas, tierra y hojas contaminadas con hongos e insectos. Las hojas seleccionadas fueron secadas en una estufa a 50�C por 24 horas, para posteriormente triturarlas en un molino. Las hojas trituradas fueron colocadas en un recipiente de vidrio y se adicion� Etanol como solvente, esta mezcla se deja reposar por 72 horas; filtrar el soluto del solvente; es decir retirar las hojas del l�quido macerado, colocar el solvente filtrado en el rotavapor a una temperatura inicial de 65�C y aumentando progresivamente la temperatura hasta los 78�C (punto de ebullici�n del etanol); mantener la destilaci�n hasta obtener un sustrato viscoso sin llegar a la sequedad; llevar a la estufa el extracto recogido a una temperatura de 50�C por 24 horas para llegar a la sequedad y obtener el extracto total en pasta.

Pruebas de dosificaci�n

Los ensayos de dosificaci�n de extracto de malva y guarumbo se realizaron en un equipo de jarras colocando 500 ml del agua sint�tica (1mg/l de CN-) en un vaso de precipitaci�n de 1000 ml, se regul� el pH a 10, con hidr�xido de sodio (3 N), se trabaj� a una temperatura de 20�5�C y agitaci�n de 200 rpm. La caracterizaci�n del an�lisis qu�mico de muestras de efluentes cianurados se observa en la tabla 1, como se presenta a continuaci�n:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 1: An�lisis qu�mico de muestras de efluentes cianurados.

 

Caracterizaci�n de agua residual
pH	7,65
Conductividad	101.7 �S/cm
Turbiedad	1,38 NTU
Color	24 U Pt-Co
Solidos Totales Disueltos	70,6 mg/L
Fosfatos	0,24 mg/L
Nitratos	9,5 mg/L
Nitritos	0,011 mg/L
Hierro	0,27 mg/L
Sulfatos	1 mg/L
Cianuro	0,003 mg/L
Mercurio	0,002 mg/L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: Notas de campo. �Elaboraci�n propia

 

Resultados

En la Tabla 2 se refleja el resultado de la caracterizaci�n fisico- quimica de las plantas.

 

Tabla 2: Caracterizaci�n f�sico-qu�mica de las plantas

 

Fuente: Notas de campo.� Elaboraci�n propia

 

 

Tratamiento con lecho Machacado

La Figura 1 muestra el porcentaje de remoci�n de CN- para el tratamiento biol�gico en matraces, utilizando como lecho las hojas de las plantas machacadas, para ambas plantas el mayor porcentaje de remoci�n se obtuvo a la segunda semana de tratamiento. Se evidencio un 19.2,% de remoci�n en el lecho de Malva sylvestris, mientras que con la Cecropia peltata l., se logr� eliminar un 12.6% de CN-1. Seg�n Hern�ndez (2010) la degradaci�n de cianuro se ve afectada por el pH, el cual debe ser estrictamente controlado entre 9,5 y 10. Por lo que durante todo el ensayo el pH se regulo a 10, presentando variaciones entre 9 y 10.5, lo cual est� dentro del rango recomendado.

Figura 1: Porcentaje de remoci�n de CN-1 tratamiento con lecho machacado

 

Fuente: Datos tomados de notas de campo. Elaboraci�n Autores (2020)

 

Tratamiento por dosificaci�n de extractos

La figura 2 muestra, el porcentaje de remoci�n de CN-1 a trav�s de la adici�n de diferentes dosis de extracto de las plantas. Utilizando el extracto de la Malva Sylvestris al dosificar 1ml de extracto se obtuvo el 14% de remoci�n. Mientras que con el extracto de Cecropia peltata l., se elimin� el 12% de CN-1 al dosificar 1.5ml de extracto. Al igual que en el experimento anterior se regulo el pH en 10 presentando ligeras variaciones.

 

 

 

Figura 2: Porcentaje de remosi�n de CN^-1 a trav�s de extractos

Fuente: Datos tomados de notas de campo. Elaboraci�n Autores (2020).

 

 

Conclusi�n

La caracterizaci�n de las plantas Cecropia peltata l. y Malva sylvestris permiti� conocer la bondad de estas para su utilizaci�n en la descontaminaci�n de aguas residuales con cianuro, en este caso las plantas tienen similares caracter�sticas en humedad con un valor aproximado de 70%, cenizas 3%, materia org�nica 50%, donde la cantidad de carbono y el l�quido mucilaginoso caracter�stico de las dos plantas atrapa las mol�culas de cianuro. (Pantoja, 2001).

Con el machacado despu�s de un reposo de 5 d�as entre machacado y agua con concentraci�n de 0.1 mg/l con ambas plantas se obtuvo un porcentaje de remoci�n de 17% con la Malva sylvestris y con Cecropia peltata l, 12%. En cambio, al hacer pruebas de dosificaci�n se obtuvieron porcentajes de remoci�n del 14% y 11% con los extractos acuosos de Malva sylvestris y Cecropia peltata l respectivamente. Esto respecto a los m�todos tradicionales de tratamiento el porcentaje de remoci�n de cianuro es bajo, ya que, al aplicar m�todos como oxidaci�n �cida o carb�n activado, estos remueven en un 80% la concentraci�n de cianuro. (Aguilar, 2011).

Al realizar la comparaci�n de cu�l de las dos plantas ofrece el mejor porcentaje de remoci�n, se observa que la Malva sylvestris es la que mejor retenci�n tiene respecto a la Cecropia peltata l, aunque sus porcentajes sean bajos, respecto a los m�todos convencionales de tratamiento. Adem�s, se puede utilizar directamente la planta en forma de machacado, ya que tambi�n se muestra que tiene mayor porcentaje de remoci�n respecto al m�todo de dosificaci�n. Por tanto, este tipo de tratamiento con las plantas estudiadas puede servir como un pre tratamiento para reducir costos, ya que este tipo de plantas son consideradas como �mala hierba�, y se encuentran en gran cantidad en la zona oriental del pa�s.

 

Referencias

1.      Aguilar, F. (2011). Tratamiento de aguas contaminadas con Cianuro. Universidad Nacional de Ingenier�a Lima-Per�, 38.

2.      Fern�ndez, B. (2007). Desarrollo de un nuevo m�todo para la eliminaci�n decianuro de aguas residuales de mina. 208. Oviedo, Espa�a.

3.      Guiza, L. (2011). Perspectiva jur�dica de los impactos ambientales sobre los recursos h�dricos provocados por la miner�a en Colombia. Opini�n Jur�dica, 55.

4.      Hern�ndez, S., & L, M. (2010). Evaluaci�n de la capacidad de un aislado bacteriano nativo de pseudomonas sp. como potencial degradador de compuestos cianurados. 32-35.

5.      Jumbo, P. (2014).Tratamiento qu�mico y biol�gico de efluentes mineros cianurados procedentes del sector minero de Ponce Enr�quez. Tesis de Ingenier�a Qu�mica, Universidad T�cnica Part.

6.      Pantoja, F. (2001). Tecnolog�as apropiadas para disminuir la contaminaci�n ocasionada por mercurio en la miner�a de oro. Corponari�o-colciencias a.a, 1476.

7.      Puga, S., Sosa, M., Lebgue, T., Quintana, C., & Campos, A. (2006). Contaminaci�n por metales pesados en suelo provocada por la industria minera: Heavy metals pollution in soils damaged by mining industry. Ecolog�a Aplicada, 149-155.

 

References

1.      Aguilar, F. (2011). Water treatment contaminated with Cyanide. National University of Engineering Lima-Peru, 38.

2.      Fern�ndez, B. (2007). Development of a new method for the removal of decianide from mine wastewater. 208. Oviedo, Spain

3.      Guiza, L. (2011). Legal perspective of environmental impacts on water resources caused by mining in Colombia. Legal Opinion, 55.

4.      Hern�ndez, S., & L, M. (2010). Evaluation of the capacity of a bacterial isolate native to pseudomonas sp. as a degrading potential of cyanide compounds. 32-35.

5.      Jumbo, P. (2014). Chemical and biological treatment of cyanide mining effluents from the Ponce Enriquez mining sector. Thesis of Chemical Engineering, Technical University Part.

6.      Pantoja, F. (2001). Appropriate technologies to reduce pollution caused by mercury in gold mining. Corponari�o-colciencias a.a, 1476.

7.      Puga, S., Sosa, M., Lebgue, T., Quintana, C., & Campos, A. (2006). Heavy metal pollution in soil caused by the mining industry: Heavy metals pollution in soils damaged by mining industry. Applied Ecology, 149-155.

 

Refer�ncias

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3.      Guiza, L. (2011). Perspectiva jur�dica dos impactos ambientais nos recursos h�dricos causados ​​pela minera��o na Col�mbia. Parecer jur�dico, 55.

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5.      Jumbo, P. (2014) Tratamento qu�mico e biol�gico de efluentes de minera��o de cianeto do setor de minera��o de Ponce Enriquez. Tese de Engenharia Qu�mica, Universidade T�cnica.

6.      Pantoja, F. (2001). Tecnologias apropriadas para reduzir a polui��o causada pelo merc�rio na minera��o de ouro. Corponari�o-colciencias a.a, 1476.

7.      Puga, S., Sosa, M., Lebgue, T., Quintana, C. e Campos, A. (2006). Polui��o de metais pesados ​​no solo causada pela ind�stria de minera��o: Polui��o de metais pesados ​​em solos danificados pela ind�stria de minera��o. Ecologia Aplicada, 149-155.

 

 

 

 

 

�2019 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).