5. Modelling trunk-feeder operations
5.4 Development of the base model
5.4.3 Defining agent characteristics
Para este vertimiento también se llevó a cabo la medición de los siguientes parámetros fisicoquímicos, previo al planteamiento de la alternativa de tratamiento.
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Tabla 35. Caracterización preliminar vertimiento de hidróxido de sodio.
Parámetros Unidades Equipo Valor inicial
Oxigeno disuelto (OD) mg/L Hach HQ40d 6.58
pH Unidades pH metro 8.94
Dureza mg/L de
CaCO3
Kit de dureza (Hardness
total 20-400) 160
Temperatura ºC Hach HQ40d 19.5
Fuente: Autores La caracterización se realizó en el laboratorio de Química Ambiental de la Universidad de La Salle, por parte de los autores.
De los 8 litros preparados de vertimiento con contenido de hidróxido de sodio se utilizaron 4 litros para la realización de las pruebas preliminares y la caracterización por parte del laboratorio contratado. Los 4 litros restantes fueron utilizados para el desarrollo de la propuesta de tratamiento.
A los 8 litros de vertimiento preparados se le adicionaron < 2 ml de ácido acético a fin de corregir el pH entre 7.5 – 8.0, establecido dentro de las condiciones requeridas en los ensayos de toxicidad, obteniendo un valor de 7.6 unidades de pH. Esta muestra se aireo por un periodo menor a 24 horas.
Posterior a esto se realizaron las pruebas preliminares y el contenido restante se envasó para ser llevado al laboratorio Instituto de Higiene Ambiental Ltda.
Realizadas las pruebas de toxicidad preliminares se procedió a llevar a cabo la aplicación de la propuesta de tratamiento escogida por los autores. Para el vertimiento con contenido de hidróxido de sodio se realizó únicamente el ajuste de pH y la filtración mediante un filtro de lecho mixto, obteniendo los siguientes valores de los parámetros fisicoquímicos.
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Tabla 36. Caracterización vertimiento de hidróxido de sodio tratado.
Parámetros Unidades Equipo Valor inicial
Oxigeno disuelto (OD) mg/L Hach HQ40d 7.1
pH Unidades pH metro 7.21
Dureza mg/L de
CaCO3
Kit de dureza (Hardness
total 20-400) 500
Temperatura ºC Hach HQ40d 18.7
Fuente: Autores
Las imágenes anteriores presentan el montaje utilizado en la aplicación de la alternativa de tratamiento para el vertimiento con contenido de hidróxido de sodio y la comparación del parámetro físico color, obtenido previo y posterior al tratamiento.
De igual manera que sucedió con el vertimiento de bario, la dureza del vertimiento de hidróxido de sodio aumento aproximadamente 3 veces el valor inicial. Por ellos, se decidió rediseñar el filtro como se hizo para la muestra con contenido de bario,
Montaje de filtración para el vertimiento con contenido de hidróxido de sodio
Muestra de vertimiento sin filtrar y muestra de vertimiento filtrada para hidróxido de sodio
Fuente: Autores
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utilizando como lecho únicamente carbón activado y aplicando el mismo procedimiento de lavado.
Posterior al procedimiento anterior, se realizó la corrección de los parámetros establecidos para el desarrollo de las pruebas de toxicidad definitivas para el tratamiento previamente tratado. Los resultados fueron:
Tabla 37. Caracterización final vertimiento de hidróxido de sodio tratado.
Parámetros Unidades Equipo Valor final
Oxigeno disuelto (OD) mg/L Hach HQ40d 7
pH Unidades pH metro 7.19
Dureza mg/L de
CaCO3
Kit de dureza (Hardness total
20-400) 160-180
Temperatura ºC Hach HQ40d 18.5
Fuente: Autores Para el ajuste de la dureza fue necesario realizar la dilución del vertimiento en una relación volumen a volumen de 1:2, vertimiento – agua, es decir, por cada litro de vertimiento se adicionaron 2 litros de agua.
Una vez tratadas las muestras y ajustados los parámetros, se envasaron y se llevaron refrigeradas al laboratorio Instituto de Higiene Ambiental Ltda para su posterior caracterización fisicoquímica. Las caracterizaciones realizadas por fuera de la universidad tienen por objeto corroborar los valores obtenidos por los autores y obtener los valores de las concentraciones de bario e hidróxido de sodio para ambos vertimientos según corresponda, al iniciar y finalizar el planteamiento de la alternativa de tratamiento.
Finalizado el proceso de aplicación de las alternativas de tratamiento, los valores obtenidos fueron comparados con los presentados en los análisis de laboratorio del Instituto de Higiene Ambiental, de los cuales se presentan los resultados en el Anexo 6.
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La siguiente tabla presenta los datos de las caracterizaciones realizadas por los autores y el laboratorio contratado.
Tabla 38. Caracterizaciones fisicoquímicas finales.
Tipo de muestra Parámetro Autores Laboratorio
Bario Vertimiento sin tratar pH (unidades) 7,6 7,24 OD (mg/L) 6,84 5,4 T (ºC) 19,5 - Dureza (mg/L CaCO3) 160 - DQO (mg/L O2) - 347 ST (mg/L) - 945 Bario (mg/L) - 13,45 Vertimiento tratado pH (unidades) 7,8 6,77 OD (mg/L) 7 8,3 T (ºC) 18,9 - Dureza (mg/L CaCO3) 160-180 - DQO (mg/L O2) - 336.1 ST (mg/L) - 873 Bario (mg/L) - 1,87
Tipo de muestra Parámetro Autores Laboratorio
Hidróxido de sodio Vertimiento sin tratar pH (unidades) 7,3 7,43 OD (mg/L) 6,58 5.8 T (ºC) 19,5 - Dureza (mg/L CaCO3) 160 - DQO (mg/L O2) - 380 ST (mg/L) - 1038 Hidróxido de sodio (mg/L) - 90,3 Vertimiento tratado pH (unidades) 7,19 6,37 OD (mg/L) 7 3,3 T (ºC) 18,5 - Dureza (mg/L CaCO3) 160-180 - DQO (mg/L O2) - 261,9 ST (mg/L) - 465 Hidróxido de sodio (mg/L) - <2 Fuente: Autores
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En esta tabla se puede observar que los valores obtenidos en las caracterizaciones hechas por los autores, comparados con los entregados por el laboratorio acreditado contratado, son datos veraces y correctos, presentando pequeñas variaciones por los métodos de medición utilizados en ambos casos.
Por otra parte se observa que los valores de pH, OD, dureza y temperatura se mantuvieron dentro de los rangos requeridos para la realización de pruebas de toxicidad, tanto para las muestras de vertimiento iniciales como para las muestras de vertimiento tratadas.
Adicional a esto, se validan y corroboran los valores para las concentraciones de bario e hidróxido de sodio obtenidas en la caracterización previa al tratamiento, las cuales se comparan con las cantidades adicionadas para la preparación de ambos vertimientos, obteniendo lo siguiente: para el vertimiento con contenido de bario, se
adicionaron 0.2 g de BaCl2 en 8 L de agua doméstica, obteniendo una
concentración de 16.48 mg/L, que comparada con el valor presentado por la caracterización del laboratorio igual a 13.45 mg/L es muy cercana. Para el vertimiento con contenido de hidróxido de sodio, sucede lo mismo. Se adicionaron 0.8 g de NaOH a 8 L de agua doméstica, obteniendo como resultado una concentración de la sustancia igual a 100 mg/L, similar al valor de 90.3 mg/L presentado por el respectivo laboratorio. Esto quiere decir que existe coherencia con las cantidades adicionadas de bario e hidróxido de sodio a ambos vertimientos con los valores obtenidos de la caracterización presentada por el laboratorio Instituto de Higiene Ambiental Ltda, donde se deben tener en cuenta que las perdidas surgen a partir de factores como manejo de las muestras y tiempos de caracterización.
Por último se presentan las eficiencias de remoción obtenidas con la aplicación de las propuestas de tratamiento escogidas por los autores.
125 Tabla 39. Eficiencias de remoción.
Vertimiento tratado Parámetro Porcentaje de remoción (%)
Bario DQO (mg/L O2) 3,14 ST (mg/L) 7,62 Bario (mg/L) 86,10 Hidróxido de sodio DQO (mg/L O2) 31,08 ST (mg/L) 55,20 Hidróxido de sodio (mg/L) 97,79 Fuente: Autores
De estos valores se concluye que la alternativa de tratamiento propuesta para ambos vertimientos resulta eficiente al remover más del 50% del contaminante en cuestión, bario e hidróxido de sodio. En cuanto a los demás parámetros se observa también una disminución apreciable de las concentraciones iniciales contenidos en cada uno de los vertimientos, donde de igual forma las eficiencias del tratamiento contribuyeron a la minimización para el cumplimiento de los estándares normativos.
Adicional a esto se llevaron a cabo pruebas de toxicidad con los vertimientos tratados, con el fin de determinar la CL50-48 y el índice tóxico para ambos vertimientos.
Tabla 40. Carga tóxica e índice tóxico de los vertimientos pos-tratamiento. CL50-48(% V/V) Q (m3/día) Carga tóxica
(UT) IETP
Bario 60,2964 26,10 43,28 1,65
Hidróxido de sodio 37,0262 26,10 70,49 1,85
Tabla 41. Índice tóxico (pre y pos-tratamiento)
Índice de Efecto Tóxico Potencial (IETP)
Inicial Final Porcentaje de reducción (%)
Bario 1,91 1,65 13,87
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Gráfica 12. Índice tóxico (pre y pos-tratamiento)
Al comparar los valores de los índice tóxico de los vertimientos antes y después del tratamiento, presentados en la Tabla 41. Índice tóxico (pre y pos-tratamiento), se observa una reducción del 13,87% para bario y 13,65% para hidróxido de sodio. Ambos resultados, 1.65 para bario y 1,85 para hidróxido, permiten concluir que los dos vertimientos una vez fueron tratados se clasifican por su carga tóxica en vertimientos con toxicidad despreciable, al encontrarse dentro del rango de 1 – 1,99 definido en la Tabla 5. Rangos de carga tóxica.
En la Gráfica 12, es posible evidenciar dicha reducción de una forma más sencilla, teniendo los valores iniciales de color azul y los valores finales de índice tóxico de color morado. La reducción para hidróxido de sodio fue significativa puesto que previo al tratamiento del vertimiento con contenido de esta sustancia, fue
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clasificado por su grado de toxicidad en reducida y posterior a ello, la carga tóxica disminuyó posicionándolo al final como un vertimiento con carga despreciable. En cuanto al bario, también hubo una reducción en el índice tóxico, pero la carga tóxica es considerada despreciable como lo fue previo al tratamiento.
Independiente de los valores obtenidos para el índice tóxico de ambos vertimientos, se evidencia que las concentraciones letales medias para ambas sustancias luego de implementar la alternativa de tratamiento propuesta por los autores, aumentó en casi dos veces los valores iniciales, teniendo para bario una CL50-48 final de 60,29 ppm y una CL50-48 inicial de 32,40 ppm y para hidróxido de sodio una CL50-48 final de 37,02 ppm y una CL50-48 inicial de 18,72 ppm; lo que quiere decir que se necesitó aproximadamente el doble de la concentración inicial de cada sustancia para provocar la muerte del 50% de organismos de la especie
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CONCLUSIONES
La presente investigación, “Determinación de la concentración letal media, CL50-48, de bario e hidróxido de sodio, mediante bioensayos de toxicidad, en un ecosistema, sobre Daphnia magna”, permitió comprenderla importancia que tiene
la protección de los ecosistemas acuáticos, al definir las concentraciones a las que dos sustancias resultan contaminantes cuando afectan al 50% de la población presente en el medio.
Adicional a esto, se logró conocer diferentes estudios relacionados, tanto a nivel internacional como nacional con los cuales se realizó la comparación de los datos obtenidos durante el desarrollo de este trabajo y aquellos registrados en la bibliografía, validando los resultados presentados por los autores y realizando entre otras inferencias mostradas dentro de los análisis.
De esta manera, se concluye que los datos obtenidos para dicromato de potasio, bario e hidróxido de sodio tanto en sustancias puras como en vertimiento, fueron los siguientes:
Se determinó la sensibilidad de un cultivo de organismos de la especie
Daphnia magna expuestos a dicromato de potasio por un periodo de 48 horas,
obteniendo un valor de concentración letal media, expresada como CL50-48,de 0,98mg/L, el cual se encuentra dentro de los valores de referencia establecidos en la bibliografía, por lo que este dato nos permitió inferir que el cultivo se encontraba en óptimas condiciones para el desarrollo de las pruebas posteriores y que al mismo tiempo los valores fueran representativos y confiables.
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La concentración letal media (CL50-48), para bario e hidróxido de sodio en un periodo de exposición de 48 horas sobre Daphnia magna en soluciones puras, es de 18.34 mg/L y 23.74 mg/L, respectivamente, donde se establece que la sustancia más tóxica para los organismos es el hidróxido de sodio.
Aunque la CL50-48 de ambas soluciones puras presentan valores cercanos, 18.34 ppm para bario y 23.74 ppm para hidróxido de sodio, se observó que existe una gran diferencia entre sus límites tanto superior como inferior, puesto que los dos poseen rangos amplios en donde dicha concentración puede variar.
La concentración letal media (CL50-48), para bario e hidróxido de sodio en un periodo de exposición de 48 horas sobre Daphnia magna en un vertimiento de tipo industrial preparado, es de 32.40 % V/V y 18.72 % V/V, respectivamente, lo que permite corroborar que el hidróxido de sodio entre ambas sustancias es más tóxica.
Los valores de índice tóxico para el vertimiento de bario e hidróxido de sodio fueron 1.91 y 2.15 IETP, correspondientemente, concluyendo que ambos vertimientos presentan un grado de toxicidad despreciable y reducida sin ser por lo tanto vertimientos tóxicos.
Las alternativas de tratamiento propuestas por los autores del proyecto fueron precipitación por variación de pH, para el vertimiento con contenido de bario, y reducción de pH, para el vertimiento con contenido de hidróxido de sodio, incluyendo para ambos un proceso de filtración, presentando eficiencias de remoción del 86.10% para bario y 97.79% para hidróxido de sodio. Estos métodos fueron escogidos por su efectividad de remoción y facilidad de ensayo en el laboratorio, teniendo en cuenta las condiciones de las sustancias trabajadas, de las cuales se aprovechó la condición como metal del bario y, en
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el caso del hidróxido de sodio, el hecho de ser una sustancia básica. Para esta última, se escogió ácido acético por ser una sustancia menos fuerte que el ácido sulfúrico.
Los valores de índice tóxico para ambos vertimientos una vez tratados, fueron 1,65 IETP para bario y 1,85 IETP para hidróxido de sodio, que al ser comparados con los obtenidos previo al tratamiento, 1,91 IETP para bario y 2,15 IETP para hidróxido de sodio, tuvieron una reducción del 13,87 y 13,65% respectivamente, lo cual permite concluir que los vertimientos presentaron un grado de toxicidad despreciable posterior a su tratamiento.
Los límites de confianza de la CL50 no reflejan la variabilidad de la CL50 en condiciones distintas a las utilizadas en las pruebas. Los límites indican la precisión de la estimación correspondiente a pruebas análogas realizadas al mismo tiempo y en las mismas condiciones.
Las condiciones físico-químicas, el alimento y los medios de cultivo resultaron óptimos para la reproducción y mantenimiento de D. magna.
Si bien, los bioensayos de toxicidad son una herramienta efectiva en la evaluación de la calidad ambiental de efluentes industriales, aguas superficiales y sedimentos receptores, estos métodos biológicos de evaluación dan una respuesta global a los contaminantes disueltos en las aguas superficiales y sedimentos.
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RECOMENDACIONES
Se recomienda que los resultados obtenidos en este trabajo de grado sean comparados con posibles proyectos de grado a realizar con otras especies trabajadas en el laboratorio de bioensayos, tales como peces y Daphnia pulex, para poder ampliar y crear una base de datos de estas sustancias.
Es recomendable tener en cuenta los valores de concentración letal para hidróxido de sodio, en el establecimiento y actualización de la legislación referente al vertimiento de aguas industriales, puesto que no se considera como sustancia de interés sanitario.
Es menester mantener el cultivo en óptimas condiciones físico-químicas con el fin de que los organismos no varíen su sensibilidad y generen datos erróneos durante las pruebas.
Es necesario realizar un mayor número de pruebas durante los bioensayos con el objeto de reducir el sesgo entre los datos obtenidos, y así aumentar la confiabilidad de los mismos. Se recomienda realizar diez (10) pruebas tanto preliminares como finales.
En Colombia, es necesario promover e incentivar proyectos ambientales que consideren el desarrollo de estudios de evaluación y monitoreo de calidad de agua empleando indicadores biológicos con especies acuáticas locales, con el objeto de generar información sobre los diferentes impactos generados y de esta manera, crear mecanismos de acción orientados a la protección de los ecosistemas acuáticos. Adicional a esto, es necesario establecer criterios de calidad acuática a nivel nacional como herramientas que modifiquen y mejoren la normativa colombiana en relación a la calidad de las aguas.
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