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INTRODUCCIÓN
La orientación a la utilización de elementos naturales para el tratamiento del agua1 sugiere vigilar y controlar la presencia de aluminio en el agua potable2 y romper el paradigma de su utilización3 que como en el caso de la semilla de moringa, representen un eficiente y seguro coagulante en el proceso de purificación del agua4 considerando sus propiedades floculantes5 y su eficiencia comprobada6,7,8 y justificando su uso por ser una alternativa ambientalmente correcta9. Además10, después de ensayar diversos tipos de clarificadores tradicionales, comprobó que las semillas de moringa oleífera son las más efectivas como coagulantes, siendo su acción comparable al sulfato de aluminio además de eliminar un elevado porcentaje de bacterias y de no tener acción tóxica.
La efectividad de las semillas de moringa para la remoción de materias en suspensión en aguas turbias11, constituye una efectiva alternativa de biorremediación12 constituyendo un excelente insumo para el tratamiento de la turbidez del agua en zonas rurales y en general para los países en vías de desarrollo4 permitiendo reducir drásticamente el número de partículas suspendidas13, logrando14 remover turbiedades superiores a 95 %.
PARTE EXPERIMENTAL
La investigación se realizó en las instalaciones de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann de Tacna, en el Laboratorio de Procesos Químicos de la Escuela Profesional de Ingeniería Química, en el Laboratorio Central de la Escuela Profesional de Agronomía y en el Laboratorio de Análisis de Alimentos de la Escuela Profesional de Ingeniería en Industrias Alimentarias y consistió en determinar mediante un diseño de experimento factorial 23 las condiciones de los factores: dosis de semilla, velocidad de floculación y tiempo de floculación; complementando finalmente con un diseño experimental de bloques completos al azar para establecer el tiempo de sedimentación.
Diseño de experimento factorial 23
Los factores con los que se realizaron los tratamientos fueron dosis de semillas de moringa de 0,1 y 0,2 g/L, velocidad de floculación de 20 y 30 rpm y tiempo de floculación de 20 y 30 minutos.
Diseño de bloques completos al azar
Para determinar el tiempo de sedimentación, se realizaron cuatro tratamientos con tiempos de 1 hora, 1,5 h, 2 h y 2,5 h. Los bloques establecidos por la turbiedad del agua del río Sama fueron a 48,6 UNT, 132 UNT y 424 UNT.
Procedimiento y métodos para el tratamiento del agua
El procedimiento para el tratamiento del agua, inició con el muestreo de agua del río Sama, para la realización de cada réplica del experimento, seguidamente se caracterizó la turbidez del agua recolectada, se sometió a tratamiento con harina de semillas de moringa (como coagulante), se analizó la turbidez del agua clarificada y se determinó el efecto de los tratamientos.
Previo al tratamiento del agua cruda recolectada del río Sama, se realizó su decantación durante 18 horas (registrándose 154 UNT) para el diseño de experimento factorial 23; y para el diseño experimental de bloques completos al azar: 6 horas para el bloque 3, 20 horas para el bloque 1; y para el bloque 2 se combinó parte de las aguas de los bloques 1 y 3, obteniéndose los valores de turbidez indicados en diseño de bloques completos al azar.
Todos los tratamientos en el equipo probador de jarras (Jar Test) JLT6 marca VELP Scientifica iniciaron con una velocidad de agitación rápida de 200 rpm, utilizando un volumen de agua del río Sama de 1 litro en cada tratamiento.
El efecto de los tratamientos (dosis de harina de semillas de moringa, velocidad de floculación y tiempo de floculación) en el agua del río Sama, se evaluó mediante la turbidez con un turbidímetro marca HACH modelo 2 100Q con rango de medida de 0 a 1 000 UNT.
Procedimiento y métodos para las semillas
Consistió en cinco etapas: recolección de las vainas de moringa, obtención de las semillas de moringa, caracterización física de las semillas, acondicionamiento de las semillas, determinación proximal de las semillas.
Para la obtención de la harina de semillas de moringa se procedió a retirar manualmente las vainas de la moringa, de una a la vez, para lo cual se tomó cada vaina de moringa con una mano y se procedió a abrirla tirando en sentido opuesto las manos y colectando las semillas en una jaba plástica desde donde se trasladó a una bolsa plástica para su almacenamiento. La cantidad total de semillas colectadas fue de 810 gramos.
La caracterización física de las semillas se realizó mediante el método mencionado por Belén et al., (2005), que consistió en tomar al azar semillas de moringa, retirarles la cáscara que cubre al endospermo utilizándose la parte del mango de madera de un cuchillo de cocina con el que se golpeó la semilla debilitándose la cubierta que fue separada y fragmentada manualmente determinándose sus pesos promedio.
Para el acondicionamiento de las semillas se procedió a triturar las semillas en una licuadora doméstica para granos marca National hasta reducir su tamaño a polvo, el cual, posteriormente se tamizó con una criba W.S. TYLER número 35 (32 Mesh) hasta obtener el producto sin partículas mayores al tamaño de malla. Finalmente, se pesaron 10 gramos de harina de moringa requerida para adicionarlos a 100 mL de agua destilada donde se mezcló por un tiempo de 5 minutos, después se realizó un filtrado rápido para separar las partículas de harina de moringa de la solución, la concentración de la solución fue de 100 g de harina de moringa/L de agua destilada, con niveles de turbidez de 139 UNT en promedio.
La determinación proximal de las semillas se realizó utilizándose una estufa marca Memmert para la determinación de humedad por el método de secado de la American Officials Methods Analytical (A.O.A.C) 925.10 de la 18th Edition 2005, para el contenido de materia grasa se utilizó el equipo Soxhlet marca Labconco por el método A.O.C.S Aa4-38, 1993, proteínas por el método A.O.A.C 920.87 de la 18th Edition 2005, utilizándose el equipo Kjeldahl marca Labconco y cenizas totales por el método de A.O.A.C 923.03 de la 18th Edition 2005, utilizándose una mufla marca Merkel con rango de temperatura de 0 a 800 °C.
Procesamiento y análisis de datos
Para el procesamiento de los datos se utilizó los siguientes softwares: Excel, Statgraphics Versión XVI y Minitab Versión 18. El análisis de datos con el diseño de experimento factorial 23, se realizó a los resultados de las mediciones de turbidez del agua del río Sama. Las pruebas de hipótesis realizadas fueron mediante el análisis de varianza con 95 % de confianza comprobándose los supuestos del ANOVA y determinándose la significancia de los tres factores experimentales. El factor tiempo de sedimentación se analizó mediante un ANOVA aplicado al diseño de bloques completamente al azar con 95 % de confianza. La diferencia entre los tratamientos se evalúo con la prueba de Tukey con 95 % de confianza.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Composición proximal
Los dos principales componentes de las semillas de moringa de La Yarada Los Palos son la grasa con 40,36 % y las proteínas con 30,78 % (tabla 1).
Tabla 1 Resultados de MR en muestras comerciales de té verde y café
| Descripción | Cantidad (%) |
| Humedad | 5,70 |
| Grasa | 40,36 |
| Proteínas | 30,78 |
| Cenizas | 4,42 |
| Carbohidratos | 18,74 |
La composición proximal de las semillas de moringa utilizada en la investigación es similar a las semillas de moringa procedentes del noroeste de la frontera de Pakistán, e inferior a lo determinado en la región de Sindh15; el contenido de grasa de 40,36 % se encuentra entre los promedios de las dos regiones de Pakistán, el contenido de proteínas de 30,78 % también se encuentra entre los promedios de las dos regiones; y el contenido de cenizas de 4,42 % de la investigación es menor a lo determinado por los investigadores mencionados, estimándose que esta diferencia se debería a la utilización integral de las semillas de moringa de parte de los investigadores mencionados, que conllevó al incremento de las cenizas en sus resultados.
Turbidez con tratamientos con diseño 23
La dosis de semillas de moringa de La Yarada Los Palos utilizada para el tratamiento del agua del río Sama fue de 0,1 a 0,2 g/L; la velocidad de floculación y el tiempo de floculación de los tratamientos fueron de 20 rpm y 30 minutos, respectivamente. El factor tiempo de sedimentación que no fue parte del diseño fue para todos los tratamientos 60 minutos, obteniéndose valores de turbidez mínimos de 7,07 y 7,1 UNT en cada réplica (1 y 2) de los tratamientos realizados (tabla 2).
Con el diseño de experimento factorial 23, los 3 factores, dosis de semilla de moringa, velocidad de floculación y tiempo de floculación resultaron significativos, siendo el factor tiempo de floculación el de menor efecto, mientras que las interacciones entre los factores fueron significativas excepto para la interacción entre la dosis de semilla y tiempo de floculación para la turbidez del agua del río Sama (figura 1).
Tabla 2 Turbidez del agua a diferentes tratamientos con semillas de moringa de La Yarada Los Palos, según diseño de experimento factorial 23.
| Dosis de semillas | Velocidad de floculación | Tiempo de Turbidez (UNT) floculación | |||
| (g/L) | (rpm) | (min) | 1 | 2 | |
| 0,1 | 20 | 20 | 14,3 | 14,1 | |
| 0,2 | 20 | 20 | 9,11 | 9,3 | |
| 0,1 | 20 | 30 | 15,6 | 17 | |
| 0,2 | 20 | 30 | 11,3 | 10,5 | |
| 0,1 | 30 | 20 | 10,7 | 11,3 | |
| 0,2 | 30 | 20 | 10,2 | 9,8 | |
| 0,1 | 30 | 30 | 6,96 | 6,6 | |
| 0,2 | 30 | 30 | 7,07 | 7,1 | |
Figura 1 Significancia de los factores en la reducción de la turbidez del agua del río Sama por tratamiento con semillas de moringa proveniente de La Yarada Los Palos según diseño de experimento factorial 23.
La turbidez del agua del río Sama es reducida al máximo cuando se utiliza dosis de semilla de moringa de 0,2 g/L, velocidad de floculación de 30 rpm y tiempo de floculación de 30 minutos (figura 2).za.
Figura 2 Efecto de la dosis de semillas, velocidad de floculación y tiempo de floculación en la reducción de turbidez del agua del río Sama por tratamiento con semilla de moringa de La Yarada Los Palos con diseño de experimento factorial 23.
La reducción de la turbidez del agua del río Sama es mayor conforme se incrementa la dosis de semillas desde 0,1 a 0,2 g/L; así con una turbidez inicial del agua de 48,6 UNT y con 0,2 g/L de dosis de semillas de moringa, se alcanzó una reducción de 93,44 %; mientras que16 lograron reducir la turbidez del agua en un 64 % utilizando 0,013 g/L en el tratamiento del agua con 50 UNT.
En cuanto a la velocidad de floculación, utilizando semillas de moringa con una velocidad de floculación de 45 rpm, obtuvieron una remoción de la turbidez del agua de 95, %17, y con una velocidad de floculación de 50 rpm.
El mejor tiempo de floculación para la semilla de moringa proveniente de Tacna fue de 30 minutos; mientras empleando 25 minutos de tiempo de floculación utilizando diversos coagulantes, para la clarificación de aguas para consumo humano con una turbidez inicial de 40,8 UNT, utilizando coagulantes naturales entre los cuales estuvo la moringa, removieron 86,15 % de turbiedad18.
Tiempo de sedimentación
El incremento del tiempo de sedimentación de 1 hora a 1,5; 2 y 2,5 horas, en promedio reduce la turbidez del agua del río Sama significativamente a 5,50; 3,91; 3,39 y 3,17 UNT, respectivamente para agua con turbidez inicial de 132 UNT. El incremento del tiempo de sedimentación de 1 hora a 1,5; 2 y 2,5 horas, en promedio reduce la turbidez del agua del río Sama significativamente a 4,04; 3,71; 3,19 y 3,22 UNT, respectivamente para agua con turbidez inicial de 48,6 UNT. El incremento del tiempo de sedimentación de 1 hora a 1,5; 2 y 2,5 horas, en promedio reduce la turbidez del agua del río Sama significativamente a 7,0; 4,77; 3,55 y 3,26 UNT, respectivamente para agua con turbidez inicial de 424 UNT (figura 3).
Estos resultados del tiempo de sedimentación permiten establecer el cumplimiento de la norma de DIGESA (reglamento de agua para consumo humano) que establece que el valor límite para la turbiedad es de 5 UNT.
Figura 3 Turbidez del agua del río Sama tratada con semillas de moringa de La Yarada Los Palos en 3 diferentes muestras de agua y a 4 diferentes tiempos de sedimentación.
De los tres grupos homogéneos de muestras de agua del río Sama tratada para la reducción de la turbidez con semilla de moringa de La Yarada Los Palos, mediante la prueba de Tukey se determinó que con 1,5 horas de sedimentación se alcanza la mayor eliminación de la turbidez del agua del río Sama con 95 % de confianza (tabla 3).
Porcentaje de reducción de la turbidez
Con una turbidez del agua del río Sama de 132 UNT, después de una hora de sedimentación se reduce el 95,8 % de la turbidez y a la hora y media se reduce el 97,04%. Con una turbidez del agua del río Sama de 48,6 UNT, después de una hora de sedimentación se reduce el 90,14 % de la turbidez y a la hora y media se reduce el 92,4%. Con una turbidez del agua del río Sama de 424 UNT, después de una hora de sedimentación se reduce el 98,3 % de la turbidez y a la hora y media se reduce el 98,9 % (tabla 4); mientras que en otro estudio, empleando 60 minutos de tiempo de sedimentación, lograron una remoción de la turbidez de 95 % empleando polvo de semilla Cassia fistula19.
Las condiciones para la reducción de la turbidez fueron, dosis de semilla de moringa 0,2 g/L, velocidad de floculación de 30 rpm y tiempo de floculación de 30 minutos.
Tabla 4 Porcentaje de reducción de turbidez de tres calidades de agua del río Sama por tratamiento con semillas de moringa de La Yarada Los Palos.
| Tiempo (hr) | % de reducción de turbidez del agua | |||
|---|---|---|---|---|
| 132 UNT | 48,6 UNT | 424 UNT | ||
| 1 | 95,84% | 90,14% | 98,35% | |
| 1,5 | 97,04% | 92,37% | 98,88% | |
| 2 | 97,43% | 93,44% | 99,16% | |
| 2,5 | 97,60% | 93,37% | 99,23% | |
CONCLUSIONES
Con dosis de 0,2 g/L, velocidad de floculación de 30 rpm, tiempo de floculación de 30 minutos y tiempo de sedimentación de 90 minutos, las semillas de moringa, procedentes de la Yarada Los Palos, eliminan entre el 92,37 % y 98,88 % de la turbidez del agua del río Sama, esto conforme se incrementa la turbidez inicial del agua del río Sama desde 48,6 UNT hasta 424 UNT, respectivamente.
El incremento del tiempo de sedimentación de 1 hora a 1,5 horas, durante el tratamiento con semillas de moringa procedente de La Yarada Los Palos mejora el proceso de clarificación del agua del río Sama independientemente de los valores de su turbiedad inicial de 48,6; 132 y 424 UNT.
