Ciencia y Educación
(L-ISSN: 2790-8402 E-ISSN: 2707-3378)
Vol. 5 No. 7
Julio del 2024
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EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LAS SEMILLAS DE MORINGA OLEÍFERA Y
SULFATO DE ALUMINIO COMO COAGULANTES PARA LA MEJORA DE LA CALIDAD DEL
AGUA DEL RÍO CAPLINA, TACNA
EVALUATION OF THE EFFICIENCY OF MORINGA OLEIFERA SEEDS AND ALUMINUM
SULFATE AS COAGULANTS TO IMPROVE THE WATER QUALITY OF THE CAPLINA
RIVER, TACNA
Autores: ¹Fabiola Del Rocío Apaza Paredes, ²Alexsander Alexis Vargas Mamani, ³Wilkhen
Emerson Chura Tello,
4
Elmer Rubén Ccama Cuenta y
5
Midwar Joel Nina Paniagua.
¹ORCID ID: https://orcid.org/0009-0003-3829-7655
²ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-4207-3000
3
ORCID ID: https://orcid.org/0009-0006-8685-3718
4
ORCID ID: https://orcid.org/0009-0005-9458-4194
5
ORCID ID: https://orcid.org/0009-0005-2364-5842
¹E-mail de contacto: fdapazap@unjbg.edu.pe
²E-mail de contacto: aavargasm@unjbg.edu.pe
³E-mail de contacto: wechurat@unjbg.edu.pe
4
E-mail de contacto: erccamac@unjbg.edu.pe
5
E-mail de contacto: mjninap@unjbg.edu.pe
Afiliación: ¹* ²*
3
*
4
*
5
* Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
Articulo recibido: 15 de Junio del 2024
Articulo revisado: 17 de Junio del 2024
Articulo aprobado: 14 de Julio del 2024
¹ Estudiante del VII ciclo de la carrera profesional de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
² Estudiante del VII ciclo de la carrera profesional de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
³ Estudiante del VII ciclo de la carrera profesional de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
4
Estudiante del VII ciclo de la carrera profesional de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
5
Estudiante del VII ciclo de la carrera profesional de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
Resumen
La presente investigación se realizó con el
objetivo de evaluar la eficiencia del sulfato de
aluminio y la moringa oleífera como coagulante
para la remoción de la turbidez del agua del rio
Caplina, ubicado en la región de Tacna al sur del
Perú, para ello se preparó dosis de 1 , 2, 3, 4 y 5
g/L para cada coagulante, las cuales se le unto en
el agua mencionada, midiendo previamente la
turbidez que fue de 118 unidades nefelométricas
de turbidez, y luego se realizó un test de jarras
con dos etapas: primero, una agitación a 200
revoluciones por minuto durante 1 minuto, y
después, una agitación a 40 revoluciones por
minuto durante 15 minutos. Asimismo, se logró
evaluar la eficiencia de la remoción de turbidez
de los coagulantes. Los resultados fueron que el
sulfato de aluminio tiene una remoción de 87.73
% como mínimo y 92.65 % como máximo, en el
caso de la moringa oleífera fue de 88.68 % como
mínimo y 92.04 % como máximo. Además, el
diseño completamente al azar (DCA) permitió
evidenciar que la dosis de 5 g/L, tanto en el
sulfato de aluminio, como en la moringa es eficaz
en la remoción de la turbidez. Con los datos
obtenidos también se realizó un análisis de
varianza que afirma que hay diferencias
estadísticamente significativas entre la media de
remoción con sulfato de aluminio y Moringa
oleífera presente en el agua del río Caplina,
pudiendo afirmar ello con 95 % de confianza.
Palabras clave: Turbidez, Coagulante, Test de
jarras, Remoción, Dosis.
Abstract
The present investigation was carried out with
the objective of evaluating the efficiency of
aluminum sulfate and moringa oleifera as a
coagulant for the removal of turbidity from the
water of the Caplina River, located in the Tacna
region in southern Peru, for this purpose doses
were prepared of 1, 2, 3, 4 and 5 g/L for each
coagulant, which was spread in the mentioned
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water, previously measuring the turbidity
which was 118 nephelometric turbidity units,
and then a jar test was carried out with two
stages: first, stirring at 200 revolutions per
minute for 1 minute, and then, stirring at 40
revolutions per minute for 15 minutes.
Likewise, it was possible to evaluate the
efficiency of turbidity removal from the
coagulants. The results were that aluminum
sulfate has a removal of 87.73% as a minimum
and 92.65% as a maximum, in the case of
moringa oleifera it was 88.68% as a minimum
and 92.04% as a maximum. Furthermore, the
completely randomized design (DCA) allowed
us to show that the dose of 5 g/L, both in
aluminum sulfate and in moringa, is effective
in removing turbidity. With the data obtained,
an analysis of variance was also carried out
which affirms that there are statistically
significant differences between the average
removal with aluminum sulfate and Moringa
oleifera present in the water of the Caplina
River, being able to affirm this with 95%
confidence.
Keywords: Turbidity, Coagulant, Jar test,
Removal, Dose.
Sumário
A presente investigação foi realizada com o
objetivo de avaliar a eficiência do sulfato de
alumínio e da moringa oleifera como
coagulante para remoção de turbidez da água do
rio Caplina, localizado na região de Tacna no
sul do Peru, para isso foram preparadas doses de
1, 2, 3, 4 e 5 g/L para cada coagulante, que foi
espalhado na referida água, medindo
previamente a turbidez que foi de 118 unidades
de turbidez nefelométrica, e em seguida foi
realizado um jar test com duas etapas: primeiro,
agitação a 200 rotações por minuto durante 1
minuto e, em seguida, agitação a 40 rotações
por minuto durante 15 minutos. Da mesma
forma, foi possível avaliar a eficiência de
remoção de turbidez dos coagulantes. Os
resultados foram que o sulfato de alumínio tem
uma remoção de 87,73% como mínimo e
92,65% como máximo, no caso da moringa
oleifera foi de 88,68% como mínimo e 92,04%
como máximo. Além disso, o delineamento
inteiramente casualizado (DCA) permitiu
demonstrar que a dose de 5 g/L, tanto no sulfato
de alumínio quanto na moringa, é eficaz na
remoção da turbidez. Com os dados obtidos
também foi realizada uma análise de variância
que afirma que existem diferenças
estatisticamente significativas entre a remoção
média com sulfato de alumínio e Moringa
oleifera presente na água do Rio Caplina,
podendo afirmar isso com 95% de confiança.
Palavras-chave: Turbidez, Coagulante, Jar
test, Remoção, Dose.
Introducción
El agua es un elemento esencial para la vida en
la Tierra, siendo parte importante de los
procesos biológicos de todos los seres vivos.
Aproximadamente el 71 % de la superficie
terrestre está cubierta por agua, siendo el 97. 5
% agua salada en los océanos y el 2.5 % restante
agua dulce en lagos, ríos y aguas subterráneas.
Sin embargo, menos del 1 % de esta agua dulce
está disponible para el consumo humano
(Aranda y Esquia, 2021).
En la región de Tacna - Perú, el agua potable
proviene principalmente de fuentes
superficiales, como el río Caplina, rio
Uchusuma, y también de fuentes subterráneas,
como los acuíferos de la Yarada. El río Caplina
nace en la cordillera de los Andes y fluye hacia
el sur, desembocando en el Océano Pacífico,
con una longitud aproximada de 100 km, es uno
de los principales abastecedores de agua para la
región, tanto para la agricultura como para el
consumo humano (Peña et al., 2009).
Sin embargo, tal fuente del rio Caplina
contienen sólidos suspendidos y disueltos que
deben ser tratados en las plantas de
potabilización mediante procesos físicos y
químicos, ya que su presencia confiere al agua
características como turbidez y color que
pueden afectar la salud. La forma en cómo se
remueve la turbidez del agua es mediante
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agentes coagulantes que eliminan hasta el 90 %
del material en suspensión (Superintendencia
Nacional de Servicios de Saneamiento
[SUNASS], 2022).
Según Arreola y Canepa (2018), los coagulantes
son compuestos naturales o sintéticos que se
añaden al agua con el fin de eliminar
contaminantes orgánicos, inorgánicos y
biológicos, formando productos insolubles que
precipitan. Los más comunes en las plantas de
tratamiento de agua son el sulfato de aluminio y
el cloruro de aluminio, los más usados en países
en desarrollo por su costo accesible y eficacia
para la remoción de color y turbidez.
En el caso del sulfato de aluminio presenta
desventajas debido a la formación de aluminio
residual, nocivo para la salud. Por ello, se han
llevado a cabo estudios para evaluar la eficacia
de coagulantes naturales como la Moringa
oleífera, Cactus lefaria, Café y semillas de
Nirmali. Estos coagulantes no afectan
significativamente el pH ni la conductividad del
agua, pero sí la turbidez (Fuentes y Molina,
2016).
Uno de los más destacados ha sido el estudio del
árbol de Moringa oleífera, considerado el
coagulante natural más eficaz en el proceso de
purificación de aguas turbias. Este árbol, es
capaz de resistir condiciones climáticas
extremas y alcanzar alturas de hasta 10 metros
(Pritcharda, 2010). Por lo tanto, la presente
investigación tiene como objetivo evaluar la
eficiencia de la remoción de turbidez de los
coagulantes Moringa oleífera y del sulfato de
aluminio como coagulantes en la remoción de
la turbidez del agua del río Caplina en Tacna.
Desarrollo
Se llevó a cabo un estudio de tipo experimental
con un enfoque cuantitativo, donde se aplicaron
diferentes dosis de los coagulantes naturales y
químicos a muestras de agua, para después
medir el parámetro de turbiedad. El diseño
estadístico aplicado en la presente investigación
es un diseño completamente al azar (DCA), con
cinco niveles y tres repeticiones.
Se recolectaron las muestras de agua del rio
Caplina ubicada en las coordenadas geográficas
17°51'18.48"S de latitud y 70° 7'19.80"O de
longitud, siguiendo el protocolo nacional de
monitoreo de la calidad del agua, las cuales
fueron caracterizadas analizando parámetros de
turbidez, conductividad y pH.
Las semillas de Moringa oleífera se
recolectaron de la tienda naturista ubicada en la
calle Modesto Basadre de Tacna, Perú. Para
obtener un polvo firme, se utilizó 1 kg de
semillas de Moringa oleífera. Seguidamente se
peló la cáscara de las semillas y fueron secadas
al sol durante 24 h. Luego se licuó y se tamizó
dos veces hasta que se alcanzaron partículas
finas.
Se preparo 10 dosis con tres repeticiones cada
uno, las dosis fueron 1, 2, 3, 4, y 5g/L para la
moringa, como también para el sulfato de
aluminio. Una vez realizada las dosis, se las
puso a prueba con el agua del rio Caplina, en un
test de jarras a 200 RPM por 1 minuto y 40 RPM
durante 15 minutos, cabe mencionar que antes
de iniciar el equipo de jarras, se le puso al agua,
5 gotas del neutralizador hidróxido de sodio
(NaOH).
Para poder realizar el análisis estadístico se
aplicó el ANOVA (análisis de varianza) para
poder determinar si existen diferencias
significativas entre las medias de tres o más
grupo respecto a la remoción de la turbidez con
el Sulfato de aluminio y la semillas moringa
oleífera en efecto a las dosis aplicadas.
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Resultados y Discusión
En el presente estudio se evaluó la eficiencia de
los coagulantes Moringa oleífera y sulfato de
aluminio para el tratamiento del agua del río
Caplina. Se llevaron a cabo una serie de
experimentos a escala de laboratorio con el
objetivo evaluar la eficiencia de la remoción de
turbidez de los coagulantes. Se analizaron
diversos parámetros de calidad del agua del río
Caplina.
Tabla 1: Parámetros medidos en el laboratorio
de calidad del agua de la Universidad Privada
de Tacna.
Temperatura (°C)
14.2
pH
3.60
Conductividad (μS/cm)
1357
Sólidos disueltos totales (TDS)
882
Turbidez (NTU)
118
Fuente: Los autores
Los experimentos se llevaron a cabo utilizando
agua del río Caplina. Se probaron diferentes
dosis de los coagulantes, variando entre 1 a 5
mg/L como se muestra en la tabla 2.
Tabla 2: Remoción de turbidez con Aluminio y
Moringa
Dosis
(g/L)
Remoción de turbidez (%)
Sulfato de
Aluminio
Moringa
Oleífera
1
87.73
88.68
2
89.58
89.42
3
90.36
90.46
4
92.02
91.43
5
92.65
92.04
Nota. Promedio de cada dosis (g/L) que se realizó
para la remoción de turbidez con el Sulfato de
aluminio y la Moringa.
Fuente: Los autores
Resultados de los análisis estadísticos de las
pruebas experimentales.
➢ Diseño factorial de un solo factor
➢ Número de factores experimentales: 1
➢ Número de bloques: 1
➢ Número de respuestas: 2
➢ Número de corridas: 15
➢ Grados de libertad para el error: 10
Tabla 3 ANOVA para remoción con sulfato de aluminio por diferentes dosis
Fuente
Suma de Cuadrados
Gl
Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
Entre grupos
45.3739
4
11.3435
145.55
0.0000
Intra grupos
0.779346
10
0.0779346
Total (Corr.)
46.1532
14
Nota. La tabla indica que existe una diferencia estadísticamente significativa entre la media de remoción con
sulfato de aluminio presente en el agua del río Caplina, pudiendo afirmar ello con 95 % de confianza.
Fuente: Los autores
Tabla 4 ANOVA para remoción con moringa por diferentes dosis
Fuente
Suma de Cuadrados
Gl
Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
Entre grupos
22.9597
4
5.73993
42.58
0.0000
Intra grupos
1.34795
10
0.134795
Total (Corr.)
24.3077
14
Nota. La tabla indica que existe una diferencia estadísticamente significativa entre la media de remoción con
Moringa presente en el agua del río Caplina, pudiendo afirmar ello con 95 % de confianza.
Fuente: Los autores
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Figura 1 Análisis de Medias de Análisis de Varianza (ANOM) para la remoción de turbidez con sulfato
de aluminio.
Figura 2 Análisis de Medias de Análisis de Varianza (ANOM) para la remoción de turbidez con
Moringa.
En la figura 1 se muestra un análisis de medias
de análisis de varianza para la remoción de
turbidez con sulfato de aluminio. En el eje
vertical (valores de remoción con sulfato de
aluminio) que van desde 87 % hasta 93 % y en
el eje horizontal (diferentes dosis) aplicadas, de
1 a 5. Por otro lado, la línea central (LC)
representa el valor promedio de remoción que
es 90.45 %. Asimismo, nos proporciona los
límites de decisión superior (LDS) es de 90.89
% y límite de decisión inferior (LDI) es de 90
% respectivamente, que estás representan los
límites de confianza del 95 % para el proceso.
En la figura 2 se muestra un análisis de medias
de análisis de varianza para la remoción de
turbidez con sulfato de aluminio. En el eje
vertical (valores de remoción con moringa) que
van desde 88 % hasta 93 % y en el eje horizontal
(diferentes dosis) aplicadas, de 1 a 5. Por otro
lado, la línea central (LC) representa el valor
promedio de remoción que es 90.41 %.
Asimismo, nos proporciona los límites de
decisión superior (LDS) es de 90.99 % y límite
de decisión inferior (LDI) es de 89.83 %
respectivamente, que estás representan los
límites de confianza del 95 % para el proceso.
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Figura 3: Medias de Fisher LSD, de la
remoción de turbidez con el sulfato de aluminio
con relación a las dosis
Figura 4: Medias de Fisher LSD, de la
remoción de turbidez con la Moringa oleífera
en relación a las dosis
En la figura 3 y 4 se observa que el sulfato de
aluminio y la semilla de Moringa oleífera, la
más eficaz en la clarificación del agua es a
medida que se aumenta la dosis de 1 a 5 g/L,
logrando una mayor reducción porcentual en la
turbidez. Por lo que la gráfica indica que el
proceso de remoción de sulfato con aluminio y
con moringa es efectivo y que se logra un alto
porcentaje de remoción de turbidez.
Según Mejía et al. (2020) de su estudio obtuvo
un máximo valor de remoción de la semilla de
moringa oleífera de 87 - 88.8% utilizando una
solución de 2 mL/L (0,74 g/L), mientras que en
nuestra investigación fue de 88.68 % con una
solución de 2ml/L (1g/L). Mientras que Murali
et al. (2022) en su estudio utilizaron semillas de
Moringa Oleífera como coagulante para
analizar la eliminación de turbidez y la
reducción de materia orgánica en aguas
residuales. Se aplicó una dosis de coagulante de
14.7 mg/l, logrando una reducción de turbidez
del 94 %, similar a la obtenida con sulfato de
aluminio. Además, se observó una
sedimentación rápida y efectiva de los
contaminantes.
Una investigación más que corrobora la
veracidad de los resultados obtenidos es la
realizada por Talledo et al (2018) de su estudio
denominado: Eficiencia de biocoagulante a base
de la semilla de Moringa oleífera para
aplicación de tratamiento de agua usando fuente
de captación el rio. En el cual obtuvo con una
dosis de 100 mg/L o 1 g/L una remoción del
98.68 % de turbidez, aplicando la moringa
oleífera, mientras que en nuestra investigación
con la misma dosis se obtuvo una remoción de
88.68 %, resultados parecidos, y que varían
ligeramente debido a que la turbidez inicial que
tuvieron fue distinta su turbidez inicial fue de
1820 NTU y en nuestra investigación realizada
fue de 180 NTU.
Tirado et al (2022). En su estudio de
investigación titulado: Optimización de dos
coagulantes naturales coadyuvados por
hidróxido de sodio para la potabilización de
aguas del río Caplina. En la cual determinan el
rendimiento del coagulante de polvo de semilla
de moringa estimado en un 75 % y, el
coagulante de almidón de yuca, estimado en un
15.6 %. En esta investigación se ha comprobado
que la Moringa oleífera puede sustituir al
Sulfato de aluminio.
Conclusiones
Se llegó a la conclusión de los resultados
obtenidos que con la dosis de 5 g/L, tanto en la
remoción de turbidez con el sulfato de aluminio
1 2 3 4 5
Medias y 95.0% de Fisher LSD
Dosis
87
88
89
90
91
92
93
Remoción_Sulfato_de_Aluminio
1 2 3 4 5
Medias y 95.0% de Fisher LSD
Dosis
88
89
90
91
92
93
Remoción_Moringa
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y la de la moringa presenta mayor eficacia,
eliminando de un 87 % hasta un 92 % de la
turbidez del agua del río Caplina, de acuerdo
con la turbidez de 118 UNT. Se concluye que el
sulfato de aluminio tiene una remoción de 87.73
% como mínimo y 92.65 % como máximo, en
el caso de la moringa oleífera fue de 88.68 %
como mínimo y 92.04 % como máximo.
Asimismo, podemos decir que esta es una
alternativa para poder remplazar parcialmente
el sulfato de aluminio.
Agradecimientos
Se agradece el apoyo al Magister Álvaro
Herrera docente del curso de Contaminación de
Agua de la Escuela de Ingeniería Ambiental de
la Universidad Jorge Basadre Grohmann de
Tacna, Perú y también agradecer a la
Universidad Privada de Tacna por permitir el
uso de su laboratorio de calidad del agua.
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