INTRODUCCIÓN

Actualmente, a nivel mundial es muy preocupante y uno de los principales desafíos la lucha contra la contaminación de los ríos. La presencia de metales pesados desempeña un papel significativo en la degeneración de los recursos naturales, y en algunos casos, se han identificado metales como el aluminio, cadmio, mercurio, plomo y cromo como los principales responsables de esta problemática. Según Pabón et al. (¹) los ecosistemas afectados por la presencia de metales pesados son especialmente notables debido a las acciones humanas, como la explotación minera y la fundición, además de otras actividades industriales y urbanas.

Estos ecosistemas enfrentan niveles de contaminación del agua que ascienden a alrededor de 200 millones de metros cúbicos diarios. En los últimos años, la influencia de la población sobre el ecosistema se ha vuelto cada vez más pronunciada, Esto resalta la estrecha conexión entre el grado de contaminación ambiental y el bienestar de la población. Las enfermedades infecciosas representan un riesgo significativo y son la principal causa de fallecimiento en niños, adultos y jóvenes. Según Gómez (²), se calcula que, en el mundo, aproximadamente 1800 millones de personas consumen agua contaminada con materia fecal. En Colombia, se promedia que 6 de cada 10 personas de la población confrontan el riesgo de ingerir agua contaminada, siendo más afectados aquellos hogares más alejados, en particular las zonas del Océano Pacífico y la Amazonía.

El consumo continuo de agua contaminada por parte de la población infantil desencadena no solo diarreas recurrentes, sino también otros problemas de salud. En el Perú, durante los últimos años se hicieron estudios a los ríos más contaminados del Perú por la Autoridad Nacional del Agua asegura que los principales ríos del país están contaminados con coliformes fecales y metales pesados. Ese estudio se realizó en 129 de las 159 cuencas hídricas del país y permitió conocer que todos los ríos analizados están contaminados y ponen en riesgo la salud de la población, la producción agropecuaria y los ecosistemas de toda la cuenca” (³).

Es importante recalcar que, los metales pesados se hallan de forma natural en el entorno, y su existencia en diversos ecosistemas genera inquietud, dado que numerosos organismos dependen de un equilibrio apropiado en sus fuentes de alimento y hábitats. El destino de estos metales en los diferentes ecosistemas depende del tipo de actividad determinada por los seres humanos. Para ello, el método de adsorción se utiliza de manera efectiva para reducir metales pesados de aguas residuales. La adsorción con carbón activado (CA), especialmente de metales, se considera como un método físico-químico eficiente, sencillo y rentable, motivo por el cual, ha sido tomado extensamente para retener estos contaminantes (⁴). En la producción de banana se genera cáscara, y su disponibilidad como desecho puede ser aprovechada en la obtención de un adsorbente natural para la remoción de metales pesados en agua (⁵).

En investigaciones relacionadas con esta problemática, se tiene el estudio de Huayta et al. (⁶) el cual usa la Biosorción del metal pesado Cd (II) para el tratamiento de efluentes mineros por medio del alginato de sodio, obteniendo como resultado general que tiene un alto nivel en remociones, comprobándose la eficiencia del método empleado. Se concluye en esta investigación que en los ensayos de biosorción se determinó las condiciones óptimas para la remoción de Cd (II) las cuales fueron de 2g/L de biosorbente, tiempo de agitación de 120 minutos y pH 5,0. Simultáneamente, en el estudio realizado por Peña et al. (⁷), orientada a la determinación de morina en té verde y café por voltamperometría de adsorción utilizando electrodos de carbono modificados con poli (3,4-etilendioxitiofeno) y líquido iónico, se utilizaron voltamperogramas de barrido lineal y cíclico en el proceso y los resultados revelaron que el PEDOT se depositó en la superficie del SPCE, lo que condujo a una reducción en la energía necesaria para el proceso redox. Su conclusión fue, la modificación de un EPCE con PEDOT y el líquido iónico BMIMBP se caracterizó eficazmente con Fe (CN)6^3-/4- y MR mediante CV y EIS.

El electrodo modificado se desarrolló de manera sencilla y resultó muy adecuado para la determinación de MR en té verde. Además, otros flavonoides como RT y QC no causaron interferencias. El límite de detección alcanzado fue similar a informes previos, que estaban por debajo de 1,0 µmol L-1. Además, Aranguri et al. (⁸) en su estudio orientado a la adsorción del cianuro contenido en solución acuosa usando carbón activo obtenido de residuo de café: eficiencia de absorción, modelado de equilibrio y cinética, los resultados indicaron que el carbón activado preparado a partir de residuos de café agotados podría utilizarse como adsorbente potencial para eliminar CN- de soluciones acuosas con bajas concentraciones y se concluyó que es factible la preparación de carbón activado utilizando residuos de café como material base y que podría ser útil en la descontaminación de aguas residuales con bajos niveles de CN.

También, Silva et al. (⁹) en su investigación sobre el uso del carbón activado derivado de cáscara de zapallo (Cucurbita sp.) para la remoción de cloro total y residual de agua potable, los resultados de las pruebas después de 180 minutos de contacto, la concentración de cloro residual varía entre el 74,58% y el 90,54% al utilizar 0,5 g/L de carbón. Sin embargo, alcanza el 100% cuando la cantidad de carbón se incrementa a 1,5 o 2,0 g/L. En cuanto al cloro total, la eliminación oscila entre el 71,87% y el 86,96% para una cantidad de carbón activado equivalente a medio gramo por litro, pero alcanza la máxima eficiencia con dosis de 1.5 y 2g. y se concluyó que el carbón activado derivado de la cáscara de zapallo demuestra ser un adsorbente altamente efectivo para eliminar tanto el cloro total como el residual del agua potable suministrada a los hogares en la ciudad de Tumbes.

Además, Arévalo et al. (¹⁰) en su estudio sobre calidad y rendimiento del carbón poroso de la cáscara del fruto de calabaza (Cucurbita ficifolia) obtenido por método químico, los resultados mostraron que, el carbón activado obtenido mediante el uso de ácido fosfórico al 60% muestra el rendimiento más alto. Además, el tiempo óptimo de activación es de una hora. En particular, el procedimiento AF60 exhibe la productividad más elevada, alcanzando un valor del 42,95%. Se concluyó que el carbón activado de mayor calidad se logró utilizando H3PO4 al 30% y el tiempo de activación de una hora. Esto se debe a su destacada capacidad de adsorción de C16H18CIN3S y al cumplimiento de los estándares de cenizas y humedad establecidos por la ASTM.

Por último, Gonzaga et al (¹¹) en su investigación sobre la remoción de plomo presente en soluciones acuosas utilizando biocarbón producido a base de coronta de maíz, los resultados indican que la adsorción es intensa en los primeros 20 minutos, pero tiende a disminuir posteriormente. No obstante, no se logra el equilibrio al final del tiempo total de exposición (180 minutos). Se concluye de manera más precisa al modelo de Dubinin-Radushkevich, evidenciado por un coeficiente de determinación (R2) de 0,990 y una capacidad máxima de adsorción de 12,16 mg Pb/g de biocarbón.

La interrogante fue ¿La eficiencia del carbón activado de la cáscara de plátano en la adsorción de metales pesados presentes en el río Moche en el año 2024?

En este sentido, la presente investigación se enfocó en determinar la eficiencia del carbón activado de la cáscara de plátano en la adsorción de metales pesados presentes en el río Moche en el año 2024, esto a través de la evaluación de la concentración de metales pesados, la comparación de concentración del agua antes y después, así como la determinación del porcentaje de adsorción del carbón activado de la cáscara de plátano. A través de este estudio se busca proponer una estrategia de mejora para el procedimiento de desinfección de aguas contaminadas por metales pesados, especialmente en una zona altamente afectada de la región La Libertad, contrarrestando así las consecuencias negativas de la contaminación.

MATERIALES Y MÉTODOS

Este estudio de acuerdo con el fin es aplicado de acuerdo al alcance explicativo, es de enfoque cuantitativo ya que los métodos de recopilación y análisis de datos se utilizarán para responder a la pregunta de investigación y descubrir el aumento en el valor de la VD después de la implementación de la VI en términos numéricos y/o porcentuales. Este estudio se puede clasificar como un estudio explicativo y cuantitativo, así como para medir aumentos o disminuciones en otras variables de manera numérica. Asimismo, el diseño de este estudio se clasifica como preexperimental, ya que abarca todo el proceso de evaluación de la eficiencia del carbón activado, incluyendo la aplicación de métodos, como la adsorción de metales pesados, con el propósito de determinar su efectividad.

En esta investigación, la población de estudio estuvo representada por el agua del río Moche. La muestra consistió en 7 L de agua y se utilizó un muestreo simple, desde junio del 2024 hasta setiembre de 2024. Se empleó el procedimiento establecido por el Protocolo Nacional del Agua (ANA) al llevar a cabo la toma de muestras de agua. Este protocolo goza de una amplia aceptación como una referencia estándar y confiable para la evaluación de la calidad del agua en cuerpos superficiales. En este estudio, se ha empleado la observación como la técnica principal. Esta se utilizó para recopilar datos que describen las particularidades del sitio de muestreo y documentar detalladamente la técnica de llenado de fichas, registros, así como también seguir los pasos en el proceso de adsorción. El procedimiento para llevar a cabo esta investigación se divide en cuatro etapas fundamentales: la recolección de la muestra, la preparación del adsorbente (cáscara de plátano), el análisis de la concentración de arsénico mediante espectrometría y, finalmente, la aplicación del test de jarras. En este sentido, se utilizó el software SPSS para realizar pruebas como la normalidad de Shapiro-Wilk y la prueba T de Student.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para determinar la eficiencia del carbón activado de la cáscara de plátano en la adsorción de metales pesados presentes en el río Moche en el año 2024, se realizó la evaluación de la concentración de metales pesados, la comparación de concentración del agua antes y después, así como la determinación del porcentaje de adsorción del carbón activado de la cáscara de plátano. A continuación, se presentan los resultados obtenidos.

Los resultados obtenidos en la primera medición de la concentración de metales pesados “As” ver Tabla 1 mediante la espectrometría de adsorción atómica tipo llama, son los siguientes:

Tabla 1 Concentración inicial de arsénico sin tratamiento 

Se observa en la Tabla 1 que, los niveles de As superan los parámetros para el consumo humano con una concentración de 0.546 mg/L ya que excede los límites establecidos del ECA (categoría 1), lo que clasifica como no apta para estos fines, indicando una amenaza para la salud de los pobladores.

Por otro lado, se tienen los resultados obtenidos para la comparación de concentraciones del agua iniciales y finales versus el ECA (categoría 1), Tabla 2.

Tabla 2 Concentración inicial y final 

Se observa en la Tabla 2, la concentración inicial de la muestra sin ningún tratamiento fue de 0.546 mg/L. después de la aplicación del adsorbente se observaron concentraciones de 0.12 mg/L, 0.08 mg/L y 0.06 mg/L para las 3 cantidades utilizadas, es decir, 5g, 7g y 10g respectivamente. Estos datos indican claramente el impacto positivo de la cascara de banano en el desarrollo de adsorción de As, especialmente en el caso de la concentración de 10g. sin embargo, es importante señalar que incluso con esta mejorar, la concentración aún se encuentra por encima del límite estipulado por el ECA (Categoría 1).

Asimismo, se determinó el porcentaje de adsorción del carbón activado de la cascara de banano del proceso de adsorción de metales pesados del rio Moche, Figura 1.

Figura 1 Porcentaje de remoción de la cascara de banano 

Se tiene la Figura 1, el cual muestra el cálculo basado en la ecuación del porcentaje de remoción, se obtuvo el 78% de 5g, el 85% de 7g y el 88% de 10g. Esto indica que el tratamiento con mayor cantidad de cascara de banano como adsorbente es la opción más eficiente para este método.

Finalmente, para determinar la eficiencia del carbón activado de la cáscara de plátano en la adsorción de metales pesados, se realizó el análisis estadístico que abarcó la prueba de normalidad y la prueba T-Student. Con la determinación de la aplicación de una prueba paramétrica, dado que los datos presentaban una distribución normal, se procedió a aplicar la T-Student, Tabla 3.

Tabla 3 Prueba T-Student para determinar la eficiencia de la cascara de plátano 

Se tiene la Tabla 3, el cual se aprecia los valores brindados por el SPSS, teniendo en cuenta el valor de P, para aplicar el criterio de decisión. Si P > =0.05 se aprueba el Ho y niega Ha. Para finalizar, la prueba T-Student se observa que P<.001 <0.05 por lo tanto, se niega el Ho, mediante los resultados se dice que tienen una diferencia significativa y así podemos decir que el carbón activado de la cascara de plátano es eficiente.

Discusión

Al determinar la concentración de metales pesados en el agua de rio Moche, mediante el método de espectrometría de adsorción atómica, se promedió las lecturas de la evaluación de la concentración, el resultado arrojó una CI de 0.546 mg/L. Según Ibáñez et al. (¹²) determinó la eficiencia de la vaina de Phaseolus vulgaris y la cáscara de Citrus sinensis en la biosorción de arsénico del agua del río Moche, utilizando los métodos volumétricos, gravimétricos y de espectrofotometría, para poder llegar a determinar sus bioadsorbentes de interés son eficientes. Usó el test de jarras enfocándose en el tiempo y velocidad de agitación. Mientras que, Tejada et al. (¹³), en su estudio, también aplico la espectrometría de absorción atómica, pero trabajó solo con dos variables: tamaño de partícula y el pH. Es así que, en este estudio enfocado en determinar la eficiencia de la cascara de plátano, se empleó el método volumétrico, ya que durante los procedimientos en el laboratorio las muestras fueron medidas a fin de obtener valoraciones volumétricas; el método gravimétrico, fue otro punto importante porque se usaron datos masas de adsorbente, en este caso cascara de plátano en diferentes cantidades (5g, 7g y 10g) las cuales fueron aplicadas a las muestras del rio Moche; y como último método, la espectrometría, cuya técnica fue necesaria para poder determinar las concentraciones iniciales (sin tratamiento) y finales (con tratamiento).

Se determinó la concentración de As del rio Moche, el cual las lecturas fueron promediadas para obtener la concentración de 5g que fue 0.12 mg/L, la concentración de 7g fue de 0.08 mg/L y la concentración de 10g fue de 0.06 mg/L y comparando con la normativa del ECA (Categoría 1). Según Bobadilla et al. (¹⁴) tuvo como objetivo remover el plomo empleando un biofiltro con carbón activado de la cascara de coco para la adsorción de plomo en un punto crítico del Rio Moche, usando el método de espectroscopia, para poder llegar a remover el plomo de interés eficiente. Uso el test de jarras enfocándose en el tiempo de contacto. Mientras que, Fajardo (¹⁵) en su estudio, también aplico la EAA. Es así que, en este estudio enfocado en determinar la eficiencia de la cascara de banano, se empleó el método volumétrico ya que durante los procedimientos en el laboratorio las muestras fueron medidas a fin de obtener valoraciones volumétricas; el método gravimétrico, fue otro punto importante porque se usaron datos masas de adsorbente, en este caso cascara de plátano en diferentes cantidades (5g, 7g y 10g) las cuales fueron aplicadas a las muestras del rio Moche; y como último método, la espectrometría, cuya técnica fue necesaria para poder determinar las concentraciones iniciales (sin tratamiento) y finales (con tratamiento).

Al determinar el porcentaje de eficiencia en su adsorción de metales pesados, se usó como adsorbente el carbón activado de la cascara de plátano para la reducción de arsénico y luego de realizar las mediciones, se calculó el % de adsorción a través de la fórmula del porcentaje eficiencia del metal pesados “As” el cual se obtiene un porcentaje de 88% de adsorción, siendo el más alto con una masa de 10g y así disminuyendo el arsénico, del mismo modo, con 7g de masa se obtiene un 85% y por último, 5g de muestra se obtiene el más bajo porcentaje que fue 78%. Según Obregón et al. (¹⁶) en su investigación sobre la adsorción de metales pesados empleando carbones activados preparados a partir de semillas de aguaje, usando los métodos de espectrometría y microscopia electrónica de barrido, para poder llegar a tener la mayor adsorción, usó los ensayos cinéticos enfocándose en el tiempo de contacto. Mientras que, Huayta et al (⁶) en su estudio de remoción de las concentraciones de Cd en efluentes mineros, también aplico el método de espectrometría, para lograr remover el 91,88% de Cd en los efluentes mineros, siendo eficiente.

Finalmente, para determinar la eficiencia del carbón activado de la cascara de banano en la adsorción de metales pesados presentes en el rio Moche se utilizó la muestra de T-Student, la cual permitió determinar la eficiencia del carbón activado, evidenciándose que es una técnica eficiente. La lectura de la prueba T-Student para saber si es eficiente fue que P<.001 <0.05 por lo tanto, se niega la hipótesis, mediante los resultados se obtiene una diferencia significativa y así podemos decir que el carbón activado de la cascara de plátano si es eficiente. Según Gonzaga et al. (¹¹), empleó el método volumétrico ya que durante los procedimientos en el laboratorio las muestras fueron medidas a fin de obtener valoraciones volumétricas; y la prueba de normalidad de T-Student, fue otro punto importante porque utilizó el adsorbente sin tratamiento y con tratamiento, en este caso la cascara de plátano de 0g, 5g, 7g y 10g las cuales se pudo evidenciar que si eficiente; por lo tanto, este tipo de estudio se determinó a través de la cáscara de banano, el cual prueba los resultados más favorables en la absorción de As en agua.

CONCLUSIONES

Se logró determinar la concentración de arsénico que presenta el rio Moche lo cual se registró una concentración inicial de 0.546 mg/L. Esta muestra realizada excede los parámetros señalados por el ECA para agua (Categoría 1), deduciendo que no es apta para el uso de consumo humano, indicando una potencial amenaza para la salud de los pobladores. Además, al comparar la concentración de arsénico, antes y después de aplicar el adsorbente que fue el carbón activado de cáscara de plátano en relación con los estándares de calidad ambiental para el agua (Categoría 1), los resultados de la investigación indican que la concentración inicial de (As) en el agua del rio Moche es de 0.546 mg/L. Se utilizó la cascara de plátano; con la aplicación de 5g de adsorbente, la concentración final disminuye a 0.12 mg/L, con 7g de carbón activado se logra una concentración menor de 0.08 mg/L, y con 10g de adsorbente, se logra una reducción aún más baja de 0.06 mg/L. sin embargo, sigue manteniéndose fuera del rango estipulado por el ECA para agua (Categoría 1).

Por otra parte, se pudo determinar que la cáscara de banano demostró un porcentaje alto de eficiencia en la adsorción de metales pesados (As) en las muestras de agua contaminadas del rio Moche, ya que con la aplicación de 5g se obtuvo un porcentaje de 78%, con 7g el porcentaje fue de 85% y con la aplicación de 10g se obtuvo el porcentaje más alto de 88% ya que el adsorbente más óptimo es de 10g de la cascara de plátano para la adsorción de metales pesados con el arsénico. Finalmente, se determinó que el método si es eficiente para la aplicación del carbón activado de la cáscara de plátano en la adsorción de metales pesados de arsénico en el agua del rio Moche, ya que se pudo reducir más del 50% de lo esperado.

CONFLICTO DE INTERESES.

Los autores declaran que no existe conflicto de intereses para la publicación del presente artículo científico.