Eficiencia del carbón activado de residuos agroforestales en la adsorción de nitratos y fosfatos en las aguas de la microcuenca Rumiyacu

Abstract

La adsorción de nitratos y fosfatos en las aguas superficiales es un tema de investigación crucial procurando alternativas para mejorar la calidad del agua y su sostenibilidad ambiental. En este contexto, el estudio realizado tuvo como objetivo evaluar la eficiencia del carbón activado de residuos agroforestales en la adsorción de nitratos y fosfatos en aguas de la microcuenca Rumiyacu, el cual tuvo un periodo de 11 meses, abarcando desde febrero hasta diciembre de 2023. Primero, se determinaron las concentraciones iniciales de nitratos y fosfatos, encontrando valores de 43,95 mg/L y 57,53 mg/L, respectivamente. Luego, se procedió a la obtención de carbón activado utilizando cascarillas de arroz y café como materiales iniciales. Este proceso incluyó la carbonización a diferentes temperaturas (500°C, 600°C y 700°C) durante 30 minutos, junto con la activación química mediante ácido fosfórico (37%). El análisis ANOVA reveló diferencias estadísticamente significativas en las concentraciones de nitratos y fosfatos obtenidas con los distintos tratamientos, mostrando que la velocidad de agitación y la temperatura de carbonización tienen un efecto significativo sobre la adsorción de estos contaminantes. La prueba de Tukey indicó que las velocidades de 100 RPM y 200 RPM, así como las temperaturas de carbonización de 500°C y 600°C, difieren significativamente en la remoción de nitratos y fosfatos al usar carbón de cascarilla de café. Específicamente, fue demostrado que el uso de cascarilla de café como precursor, carbonizado a 600°C, logró la mejor eficiencia en la eliminación de nitratos (97,50%) y fosfatos (67,32%), utilizando 2,0 gramos de carbón activado y una velocidad de agitación de 100 RPM. Posteriormente, se realizó una prueba t de Student para comparar la eficiencia de remoción entre los tratamientos con carbón activado de cascarilla de arroz y café. Los resultados indicaron que, con un nivel de significancia de 0,05, no se encontró diferencia significativa en la efectividad de remoción entre ambos tratamientos, manteniendo la hipótesis nula de que ambos son igualmente efectivos para la remoción de nitratos y fosfatos. Finalmente, se determinó que la producción de carbón activado a partir de estos residuos agroforestales resultó económicamente viable, con un costo de S/27,50 por kilogramo. Esto contrasta favorablemente con el precio comercial de S/39,60 por kilogramo en su presentación más económica. En conclusión, el tratamiento empleando carbón activado de cascarilla de café y de arroz no solo es económicamente viable, sino también altamente eficiente. Este estudio demuestra el potencial de los residuos agroforestales como precursores para la producción de carbón activado, contribuyendo al desarrollo sostenible de los recursos y a la mejora de la calidad del agua.The adsorption of nitrates and phosphates in surface waters is a crucial research topic seeking alternatives to improve water quality and its environmental sustainability. In this context, the objective of the study carried out was to evaluate the efficiency of activated carbon from agroforestry waste in the adsorption of nitrates and phosphates in waters of the Rumiyacu microbasin, which had a period of 11 months, spanning from February to December 2023. First, the initial concentrations of nitrates and phosphates were determined, finding values of 43,95 mg/L and 57,53 mg/L, respectively. Then, activated carbon was obtained using rice and coffee husks as initial materials. This process included carbonization at different temperatures (500°C, 600°C and 700°C) for 30 minutes, along with chemical activation using phosphoric acid (37%). The ANOVA analysis revealed statistically significant differences in the concentrations of nitrates and phosphates obtained with the different treatments, showing that the stirring speed and carbonization temperature significantly affect the adsorption of these contaminants. The Tukey test indicated that speeds of 100 RPM and 200 RPM and carbonization temperatures of 500°C and 600°C differ significantly in removing nitrates and phosphates when using coffee husk charcoal. Specifically, it was demonstrated that the use of coffee husks as a precursor, carbonized at 600°C, achieved the best efficiency in the removal of nitrates (97,50%) and phosphates (67,32%), using 2.0 grams of activated carbon and a stirring speed of 100 RPM. Subsequently, a Student's test was performed to compare the removal efficiency between the rice husk and coffee-activated carbon treatments. The results indicated that, with a significance level of 0,05, no significant difference was found in the removal effectiveness between both treatments, maintaining the null hypothesis that both are equally effective for the removal of nitrates and phosphates. Finally, it was determined that the production of activated carbon from these agroforestry residues was economically viable, with a cost of S/27,50 per kilogram. This contrasts favorably with the commercial price of S/39,60 per kilogram in its most economical presentation. In conclusion, treatment using activated carbon from coffee and rice husks is not only economically viable, but also highly efficient. This study demonstrates the potential of agroforestry residues as precursors for the production of activated carbon, contributing to the sustainable development of resources and the improvement of water quality.