Vol. 5 – Núm. 1 / Enero – Junio – 2024
Tecnología Verde para la Adsorción de Cromo (III): Aplicación
del Polvo de Vicia faba en Aguas Residuales de Curtiembre
Green Technology for Chromium (III) Adsorption: Application of Vicia
faba Powder to Tannery Wastewater
Tecnologia Verde para a Adsorção de Crómio(III): Aplicação de Pó de
Vicia faba em Águas Residuais de Curtumes
Ruiz-Sánchez, Clara Isabel
Universidad Técnica Estatal de Quevedo
cruizs@uteq.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-2864-5137
Herrera-Feijoo, Robinson J.
Universidad Técnica Estatal de Quevedo
rherreraf2@uteq.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-3205-2350
Beltrán-Conlago, Andrea Carolina
Universidad Estatal Amazónica
carito11_2011@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0002-3804-061X
DOI / URL: https://doi.org/10.55813/gaea/ccri/v5/n1/393
Como citar:
Ruiz-Sánchez, C. I., Herrera-Feijoo, R. J., & Beltrán-Conlago, A. C. (2024). Tecnología Verde
para la Adsorción de Cromo (III): Aplicación del Polvo de Vicia faba en Aguas Residuales de
Curtiembre. Código Científico Revista De Investigación, 5(1), 473–486.
Recibido: 11/05/2024 Aceptado: 08/06/2024 Publicado: 30/06/2024
Código Científico Revista de Investigación Vol. 5 – Núm. 1 / Enero – Junio – 2024
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Resumen
El presente estudio evaluó la eficacia del polvo de Vacia faba como material adsorbente para
la remoción de Cromo (III) de aguas residuales de curtiembre, determinando la influencia del
tamaño de partícula en la capacidad de adsorción y su viabilidad como método de tratamiento
económico y sostenible. Basado en los principios de la bioadsorción, se revisaron estudios
previos que resaltan la capacidad de materiales vegetales para adsorber metales pesados. La
metodología incluyó cinco etapas: validación de la capacidad de adsorción, muestreo y análisis
de concentración inicial de Cromo (III), preparación y construcción de filtros, proceso de
adsorción y evaluación de la remoción de Cromo (III). Los filtros se elaboraron con vainas de
V. faba trituradas en tres tamaños de partícula (1 mm, 3.35 mm, 5.08 mm) y se realizaron
análisis químicos para determinar la concentración de Cromo (III) antes y después de la
filtración. Los resultados mostraron una remoción de Cromo (III) del 99%, sin diferencias
significativas entre los tamaños de partícula, aunque con una tendencia a mayor eficiencia en
partículas más pequeñas. Estos hallazgos indican que el uso de V. faba es una solución viable
y sostenible para el tratamiento de efluentes de curtiembre, ofreciendo una alternativa de bajo
costo y efectiva para mitigar la contaminación por metales pesados. Este estudio aporta
evidencia empírica sobre la efectividad del polvo de V. faba en la adsorción de Cromo (III),
sugiriendo que su implementación podría mejorar significativamente la calidad del agua y
reducir los riesgos ambientales asociados a los efluentes industriales, contribuyendo a la
sostenibilidad y protección del medio ambiente.
Palabras clave: Bioadsorción, Contaminantes industriales, Tratamiento de efluentes,
Sostenibilidad ambiental
Abstract
The present study evaluated the efficacy of Vacia faba bean powder as an adsorbent material
for the removal of chromium (III) from tannery wastewater, determining the influence of
particle size on adsorption capacity and its viability as an economical and sustainable treatment
method. Based on the principles of bioadsorption, previous studies highlighting the capacity of
plant materials to adsorb heavy metals were reviewed. The methodology included five stages:
validation of adsorption capacity, sampling and analysis of initial Chromium (III)
concentration, preparation and construction of filters, adsorption process and evaluation of
Chromium (III) removal. Filters were made with crushed V. faba pods in three particle sizes (1
mm, 3.35 mm, 5.08 mm) and chemical analyses were performed to determine the concentration
of chromium (III) before and after filtration. The results showed a Chromium (III) removal of
99%, with no significant differences between particle sizes, although with a tendency to higher
efficiency in smaller particles. These findings indicate that the use of V. faba is a viable and
sustainable solution for the treatment of tannery effluents, offering a low-cost and effective
alternative to mitigate heavy metal pollution. This study provides empirical evidence on the
effectiveness of V. faba powder in the adsorption of chromium (III), suggesting that its
implementation could significantly improve water quality and reduce environmental risks
associated with industrial effluents, contributing to the sustainability and protection of the
environment.
Keywords: Bioadsorption, Industrial pollutants, Effluent treatment, Environmental
sustainability
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Resumo
O presente estudo avaliou a eficácia do pó de feijão Vacia faba como material adsorvente para
a remoção de crómio (III) de águas residuais de curtumes, determinando a influência do
tamanho das partículas na capacidade de adsorção e a sua viabilidade como método de
tratamento económico e sustentável. Com base nos princípios da bioadsorção, foram revistos
estudos anteriores que destacam a capacidade dos materiais vegetais para adsorver metais
pesados. A metodologia incluiu cinco etapas: validação da capacidade de adsorção,
amostragem e análise da concentração inicial de crómio (III), preparação e construção de
filtros, processo de adsorção e avaliação da remoção de crómio (III). Os filtros foram feitos
com vagens de V. faba trituradas em três tamanhos de partículas (1 mm, 3,35 mm, 5,08 mm) e
foram realizadas análises químicas para determinar a concentração de crómio (III) antes e
depois da filtração. Os resultados mostraram uma taxa de remoção de crómio (III) de 99%, sem
diferenças significativas entre os tamanhos de partículas, embora com uma tendência para uma
maior eficiência nas partículas mais pequenas. Estes resultados indicam que a utilização de V.
faba é uma solução viável e sustentável para o tratamento de efluentes de curtumes, oferecendo
uma alternativa eficaz e de baixo custo para mitigar a poluição por metais pesados. Este estudo
fornece evidências empíricas sobre a eficácia do pó de V. faba na adsorção de crómio (III),
sugerindo que a sua implementação poderia melhorar significativamente a qualidade da água
e reduzir os riscos ambientais associados aos efluentes industriais, contribuindo para a
sustentabilidade e proteção ambiental.
Palavras-chave: Poluentes industriais, Tratamento de efluentes, Sustentabilidade ambiental.
Introducción
Actualmente, la actividad industrial desempeña un papel crucial en la economía de los
países en vías de desarrollo, generando importantes ingresos y contribuyendo al desarrollo
nacional (Ojeaga & Posu, 2017; Ramaswamy, 2017; Santander-Salmon & Lara-Rivadeneira,
2023). Sin embargo, algunos sectores industriales emplean metales pesados en sus procesos, lo
que puede tener consecuencias ambientales significativas (Long et al., 2021). En particular, la
industria de la curtiduría es reconocida por liberar grandes volúmenes de aguas residuales
contaminadas con sulfuros y sales de cromo, resultantes del proceso de pelambre y curtido de
pieles (Arti & Mehra, 2023; Saxena et al., 2017). Estos contaminantes representan una seria
amenaza para los cuerpos de agua receptores, ya que pueden causar daños a la vida acuática y,
en última instancia, afectar a los seres humanos que consumen productos derivados de estos
ecosistemas (Igiri et al., 2018).
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A nivel global existe una creciente preocupación por los altos índices de contaminación
del agua con metales pesados, siendo uno de los más comunes el cromo (Bakshi & Panigrahi,
2022; Rajendran et al., 2022; Song et al., 2022). El cromo es un metal pesado que se encuentra
en dos estados de oxidación estables: Cromo (III) y Cromo (VI) (Irshad et al., 2023). Mientras
el cromo trivalente es relativamente inofensivo e inmóvil, el Cromo (VI) es dañino, tóxico,
carcinogénico y mutagénico. Su presencia en el agua, especialmente en efluentes industriales,
plantea un desafío significativo para la salud humana y el medio ambiente (Hossini et al., 2022;
Iyer et al., 2023; Mortada et al., 2023).
Para abordar este problema, se están explorando diversas estrategias de mitigación, una
de las cuales implica la modificación de los procesos de tratamiento de aguas residuales. Una
técnica prometedora es la variación del tiempo de contacto y el tamaño de partícula del material
adsorbente utilizado en la depuración de estos efluentes (Nigam et al., 2023; Nur-E-Alam et
al., 2020). Varios estudios previos han investigado la adsorción de Cromo (VI) utilizando
diferentes materiales, como la cáscara de yuca y el marlo de maíz, demostrando su capacidad
para remover eficientemente este contaminante (Guo et al., 2021; Li et al., 2020; Rachman et
al., 2023; Villabona-Ortíz et al., 2023). Estos materiales han sido reconocidos como
alternativas naturales y de bajo costo para el tratamiento de efluentes contaminados con metales
pesados (Rachman et al., 2023; Schwantes et al., 2016).
No obstante, actualmente se evidencia un vacío de conocimiento en cuanto a la
utilización de la vaina de haba (Vicia faba) como material bioadsorbente para la remoción de
Cromo (III)
(Barboza & Vega, 2020). Ecuador, siendo un país con una importante industria de
procesamiento de cuero, enfrenta desafíos significativos en términos de contaminación
ambiental, particularmente por el uso de sustancias químicas tóxicas, como el cromo, en el
proceso de curtido (Álvarez et al., 2021; Sánchez-Mateos et al., 2020; Urrutia-Goyes et al.,
2022). Aunque existen algunas medidas para controlar la liberación de cromo, su remoción
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eficiente sigue siendo un problema sin resolver en muchas curtidurías del país (Álvarez et al.,
2021). Por otro lado, el cultivo de leguminosas, como el haba, genera una gran cantidad de
residuos, siendo las vainas uno de ellos (Krenz et al., 2023). Estos residuos, en la mayoría de
los casos, son desechados o utilizados como abono sin aprovechar su potencial como material
de tratamiento de aguas residuales (Sdiri et al., 2019).
Ante esta problemática y considerando la relevancia de hacer un uso integral y
sostenible de los recursos disponibles, esta investigación se propone obtener y caracterizar
biofiltros a partir de la vaina de haba para la remoción de Cromo (III). Se plantea como objetivo
principal analizar la eficacia de estos biofiltros en la remoción del cromo trivalente, así como
evaluar su capacidad de adsorción, su estabilidad mecánica y su aplicabilidad en el tratamiento
de efluentes industriales contaminados. Los resultados de este estudio podrían contribuir al
desarrollo de alternativas más sostenibles y económicas para el tratamiento de aguas residuales
contaminadas con Cromo (III), además de promover el uso de los residuos de cultivos como
recursos valiosos en el ámbito ambiental y la gestión de recursos naturales.
Metodología
Materiales y métodos.
El proceso metodológico se divide en cinco partes. 1) Se validó la capacidad de
adsorción de biofiltros utilizando vaina de haba para remover Cromo (III). 2) Se realizaron tres
muestreos aleatorios y análisis de laboratorio para medir la concentración inicial de Cromo
(III) y evaluar filtros de lecho fijo de diferentes tamaños de partícula. 3) Se prepararon y
construyeron los filtros siguiendo normas técnicas. 4) Se llevó a cabo el proceso de adsorción
filtrando las muestras de agua residual. 5) La remoción se evaluó mediante la diferencia de
concentración antes y después del proceso.
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Selección y preparación de la vaina de haba
Se seleccionaron vainas de haba y se secaron antes de su utilización. Posteriormente, se
trituraron en tres tamaños de partícula diferentes en milímetros utilizando un proceso de
trituración controlada. Se realizó la toma de muestra representativa mediante la técnica de
cuarteo para su posterior uso en el filtro.
Análisis inicial del agua residual de la Curtiembre
El muestreo del agua residual de la Curtiembre se llevó a cabo de acuerdo con la Norma
Técnica Ecuatoriana 2169:2013, utilizando un tipo de muestreo puntual (INEN, 2013).
Asimismo, se siguió la NTE 2176:2013 para el análisis de agua industrial. Se recolectaron tres
muestras de agua, considerando las variaciones significativas en la concentración de Cromo
(III) a lo largo del tiempo. La concentración inicial en las muestras de agua residual se
determinó mediante el método de Oxidación de Cromo (III) y (VI).
Preparación de los filtros de lecho fijo
Se procedió a elaborar los filtros de lecho fijo utilizando la vaina de haba como material
filtrante. Estos filtros constan de un lecho empacado con V. faba como material filtrante. El
principio de funcionamiento de los filtros consiste en hacer pasar una corriente del efluente a
través del lecho, permitiendo que los contaminantes sean absorbidos. Se empleó la V. faba
como material de soporte en los filtros (Sathya et al., 2022).
Proceso de adsorción
Se realizaron tres muestreos aleatorios de las muestras de agua residual, las cuales se
sometieron a análisis de laboratorio para determinar la cantidad de Cromo (III) presente
inicialmente en cada muestra. Posteriormente, cada muestra se filtró tres veces en cada uno de
los filtros de lecho fijo que se elaboraron con diferentes tamaños de partícula del material
filtrante (1 mm, 3.35 mm y 5.08 mm). El objetivo fue evaluar si los filtros absorbieron el Cromo
III y determinar cuál de ellos tuvo un mayor rendimiento.
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Evaluación de la remoción de Cromo (III)
La evaluación de la capacidad de remoción del Cromo (III) se basó en la diferencia
entre la concentración inicial de cromo y la concentración de cromo después de ser sometido
al medio filtrante. Finalmente, se utilizó el método de referencia detallado en la edición 22 de
los Métodos Normalizados para el Análisis de Aguas Potables y Residuales 3500-Cr B, el cual
es aplicable a aguas naturales, residuales y tratadas (Rice et al., 2012).
Resultados
En la Tabla 1, se presentan los resultados obtenidos en el análisis químico de
determinación de Cromo (III), De acuerdo, a los resultados obtenidos se pudo determinar que
la adsorción del metal se da en aproximadamente en un 99%. En este contexto, en la primera
muestra, se detectó una concentración inicial de 133 mg/L de Cromo (III). Por otra parte, la
segunda muestra mostró una concentración de 130 mg/L, mientras que en la tercera muestra se
registró una concentración de 120,1 mg/L de Cromo (III).
Tabla 1.
Análisis químico – determinación de Cromo (III) en las muestras de estudio
M1
M2
M3
(mg/L)
A
133
130
120.1
B
1.3
1.27
1.17
C
1.79
1.75
1.62
D
1.85
1.82
1.67
Nota: M1: Muestra 1; M2: Muestra 2, M3: Muestra 3; A: Sin filtrar; B: Tamaño 1 mm; C:
Tamaño 3.35 mm; D: Tamaño 5.08 mm Autores (2024)
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Por otra parte, con respecto al análisis de varianza que se muestra en la Figura 1, se
observó que no hay una diferencia estadísticamente significativa entre las muestras. Estos
resultados sugieren que el uso de las vainas de V. faba para remover Cromo (III) de las aguas
residuales es efectivo independientemente del tamaño de partícula aplicado.
Figura 1.
Concentración final de Cromo (III) en muestras realizadas.
Nota: Autores (2024)
Discusión
La presencia de Cromo (III) en los efluentes residuales de las curtiembres plantea
ciertos riesgos potenciales, ya que puede afectar la calidad del agua, alterar el equilibrio
biológico y provocar la muerte de especies acuáticas (Suljević et al., 2024). Por lo tanto, resulta
crucial controlar y tratar adecuadamente los efluentes generados por las curtiembres para evitar
la liberación de Cromo (III) y minimizar los riesgos asociados (Staszak et al., 2022). La
implementación de sistemas de tratamiento adecuados, como la adsorción, la precipitación
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química o la reducción biológica, puede contribuir a eliminar o reducir la concentración de
Cromo (III) en los efluentes antes de su descarga al medio ambiente (Rajapaksha et al., 2022).
En este contexto, estudios previos como Acosta et al. (2017) investigaron la adsorción
de Cromo (VI) utilizando cáscaras de yuca como material adsorbente y encontraron que este
material de bajo costo presenta una capacidad de remoción relativamente buena para tratar
efluentes industriales contaminados con este metal. De forma similar, Pintado (2018) concluyó
en su investigación sobre el uso de marlos de maíz como biosorbentes para la remoción de
metales pesados en el agua que esta alternativa natural resulta efectiva y reutilizable desde un
punto de vista económico y ambiental. Por su parte, Paz (2020) investigó la capacidad de la
vaina de arveja para la biorremoción del Cr, sus resultados demostraron su eficacia en la
eliminación de este metal de las aguas residuales.
En este estudio, se empleó tres tamaños de partículas diferentes de la vaina de V. faba
para determinar su rendimiento. Sé observó que el filtro con partículas de 1 mm de tamaño
presentó una mayor capacidad de adsorción en comparación con los filtros de 3.35 mm y 5.08
mm. Aunque la diferencia en la cantidad adsorbida entre los filtros no fue significativa, esto
sugiere que a medida que se reduzca el tamaño de las partículas, se obtendrán resultados más
satisfactorios. En consiguiente, basado en los resultados obtenidos, se sugiere la aplicación de
este enfoque representa una excelente alternativa. Además de su efectividad, destaca su bajo
costo y la facilidad para obtener dicho material.
Conclusión
Los resultados de este estudio demuestran que el uso de vainas de V. faba como material
adsorbente es una alternativa eficaz y económica para la remoción de Cromo (III) de aguas
residuales de curtiembre. La capacidad de adsorción alcanzó aproximadamente el 99%,
independientemente del tamaño de partícula utilizado, aunque se observó una tendencia a una
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mayor eficiencia con partículas de menor tamaño. La implementación de este método no solo
ayuda a reducir significativamente los niveles de Cromo (III) en los efluentes, mitigando los
riesgos ambientales y de salud asociados, sino que también promueve el uso sostenible de
materiales considerados como residuos. Estos hallazgos sugieren que la adsorción con V. faba
podría ser una solución viable y sustentable para el tratamiento de aguas residuales industriales,
contribuyendo a la protección del medio ambiente y la salud pública.
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