A su paso por la zona industrial, la quebrada Manizales se convierte en una mescolanza de desechos, espuma, y una especie de triste arcoíris que unos días se tiñe de negro, otros de azul, otros de rojo y otros de verde…

Además de que el caudal de la quebrada no soporta la cantidad de aguas residuales industriales que recibe, algunos pobladores también arrojan basuras y aumentan su alto grado de contaminación, una realidad preocupante si se tiene en cuenta que esta es una de las principales afluentes de río Chinchiná, el más importante de la capital caldense.

En la quebrada Manizales se ha detectado la presencia de metales pesados, entre ellos el cromo hexavalente, en concentraciones mayores al límite establecido por la resolución 0631 de 2015 para vertimientos industriales, que es de 0,5 miligramos/litro.

Se consideran metales pesados los elementos metálicos de la tabla periódica cuyo peso específico es mayor a 5 g/cm3; suelen encontrarse de forma natural en ríos y quebradas por el arrastre de partículas presentes en las rocas y el lecho del río, pero también llegan a los afluentes por los vertimientos de aguas residuales de origen minero e industrial, que usan estos metales en actividades de procesamiento y producción.

Cuando las concentraciones de dichos compuestos exceden ciertos valores en el agua, afectan gravemente tanto los ecosistemas acuáticos como al hombre, ya que muchos de los metales se introducen en la cadena alimenticia y se acumulan en el organismo hasta provocar mutaciones sobre el material genético. Por ejemplo la toxicidad del cromo hexavalente puede causar daños en el hígado, problemas reproductivos y de desarrollo, y cáncer.

El estudiante Iván Fernando Macías Quiroga, del Doctorado en Ingeniería - Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UN) Sede Manizales, afirma que las industrias pequeñas de Manizales y del país no cuentan con la infraestructura ni el dinero suficientes para construir una planta de tratamiento de aguas residuales que les permita remover el cromo utilizado en sus actividades. Por eso se necesitan sistemas sencillos, económicos y eficaces para responder a un problema acuciante: la contaminación de los ríos y quebradas.

Científicos del grupo de investigación Proceso Químicos, Catalíticos y Biotecnológicos de la UN Sede Manizales acaban de encontrar una alternativa en una arcilla colombiana abundante en el norte del Tolima. Apoyándose en este mineral, del que se estima existen 1,2 millones de toneladas de reserva, consiguieron remover sulfato de cromo y cromo hexavalente de muestras de aguas residuales industriales de la quebrada Manizales.

Económica, abundante y adsorbente

En una mina ubicada en Armero-Guayabal (Tolima), los investigadores obtuvieron un tipo de arcilla conocida como bentonita, la cual ha sido poco estudiada, y cuya explotación comercial se ha centrado en los aditivos para concentrado de animales y en la producción de la arena para gatos.

Los cerca de 70 kg recolectados se llevaron hasta el Laboratorio de Procesos Productivos de la UN Sede Manizales para el respectivo proceso de caracterización, es decir para su análisis mineralógico y fisicoquímico. Este incluyó primero el secado de la roca durante 36 horas a una temperatura de 45 oC; después de trituró y tamizó, y posteriormente se purificó mediante sedimentación gravimétrica (dejar que las partículas sólidas se depositen en el fondo de un recipiente por acción de la gravedad) hasta obtener partículas de 2 micras. Así mismo se utilizaron otras técnicas para el análisis de materiales como la difracción de rayos X o la capacidad de intercambio catiónico (capacidad de la tierra o de un sustrato de retener e intercambiar nutrientes minerales).

De esta manera se estableció que además de económica, no tóxica y abundante en la naturaleza, la bentonita tiene un alto potencial como adsorbente de metales pesados.

Remoción del cromo

Con la arcilla purificada y una arcilla modificada (organobentonita), el estudiante Johnatan David Castro Castro, de la Maestría en Ingeniería Ambiental de la UN Sede Manizales, se encargó de remover mediante adsorción el cromo de aguas residuales industriales de dos empresas del sector metalmecánico de Manizales que suministraron las muestras.

Para dicho proceso se utilizó un proceso tipo batch, que permite mezclar la arcilla de manera homogénea con el agua residual industrial, para después realizar un proceso de adsorción en condiciones óptimas de pH, agitación, tiempo de equilibrio y cantidad de adsorbente que puedan entregar el agua descontaminada.

Por ejemplo para remover casi todo el sulfato de cromo de 50 mL de agua que contenga 50 partes por millón (ppm) de este contaminante (sin presencia de otros metales pesados asociados con el origen de la muestra), se deben tener como condiciones un pH de 3,5, tiempo de contacto de 1 hora, velocidad de agitación de 200 revoluciones por minuto (rpm) y cantidad de adsorbente de 0,96 g (bentonita).  

Para remover cromo hexavalente, la bentonita se modificó con un compuesto orgánico llamado bromuro de hexadeciltrimetilamonio. Así, la organobentonita alcanzó el 93 % de adsorción. En este caso, para eliminar tal compuesto en 50 mL de agua que contenga 50 ppm de este contaminante (sin presencia de otros metales pesados asociados con el origen de la muestra), se deben tener como condiciones un pH de 3,4, tiempo de contacto de 2,5 horas, velocidad de agitación de 200 rpm y cantidad de adsorbente de 0,44 g (bentonita modificada).

Además de cromo, las muestras de agua residual industrial provenientes de procesos de recubrimientos electrolíticos contienen otros metales como níquel, zinc, hierro y cobre, los cuales hacen más complejo el proceso de adsorción. Sin embargo la bentonita y la organobentonita removieron más del 96 % de todos los metales presentes. 

También se comprobó que la bentonita no liberó contaminantes, es decir que una vez los adsorbió, estos quedaron en la arcilla.

A mayor escala

Para la profesora Nancy Rocío Sanabria González, coordinadora de esta investigación, el paso a seguir es realizar un diseño de ingeniería de columnas de adsorción con el material arcilloso y efectuar pruebas piloto con aguas provenientes del sector industrial.

Es indudable la preocupación que se tiene en el mundo por los impactos ambientales generados por las actividades humanas que afectan la calidad del agua. Ofrecer alternativas para mitigar su contaminación es una tarea de la ciencia básica y la ingeniería, en la que se aplican soluciones sostenibles a problemáticas ambientales tecnificando los procesos de tratamiento de remoción de metales en aguas residuales industriales.