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Factores que influyen en la eficiencia del buchón de agua (Pontedería
crassipes, Mart) en la extracción de materia orgánica usando el método de
posicionamiento ex situ en ecosistemas acuáticos
Laura S. Moreno 1
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
ECOLOGIA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los ecosistemas acuáticos de la ciudad de Tunja se han visto seriamente
afectados debido a contaminantes tales como la acumulación de materia orgánica,
la cual puede afectar la calidad del agua y la biodiversidad, así como su
sostenibilidad. El buchón de agua (Pontedería crassipes) es una planta acuática
que se ha utilizado en recientes investigaciones en algunas regiones, como una
opción para mitigar los problemas debido al potencial fitorremediador que se le
atribuye por sus características fisiológicas (Guevara et al. 2015); como el veloz
crecimiento y reproducción; ya que, a medida que el agua fluye a través de las
raíces y las hojas, la planta absorbe y acumula nutrientes y contaminantes
presentes en el agua, como metales pesados y compuestos orgánicos (Jafari,
2010). La investigación se llevará a cabo en ecosistemas acuáticos de la ciudad
de Tunja, Colombia durante un período de seis meses; esto permite capturar
cambios estacionales y evaluar la eficiencia del buchón de agua a lo largo del
tiempo. Se deben identificar y medir variables independientes como la
concentración de materia orgánica en el agua antes y después de la aplicación del
buchón de agua, el crecimiento y estadio de la planta y en general los factores
bióticos y abióticos del ecosistema. Es importante considerar los impactos
ambientales que puedan surgir, como resultado de la presencia y el crecimiento
del buchón de agua en el ecosistema. Si el buchón de agua demuestra ser
eficiente, esto podría tener implicaciones positivas para la gestión de los
ecosistemas acuáticos en Tunja y la posible reducción de la contaminación por
materia orgánica.
Preguntas que pueden surgir y resolverse con la Investigación:
- ¿Cómo varía la eficiencia del buchón de agua (Pontedería crassipes) en la
extracción de materia orgánica en función de las condiciones ambientales en
ecosistemas acuáticos?
- ¿Cuál es el impacto de la densidad de población de buchón de agua en la
extracción de materia orgánica?
- ¿Cómo afecta la calidad del agua, incluida la concentración de nutrientes, a
la eficiencia del buchón de agua en la extracción de materia orgánica?
- ¿Existen diferencias estacionales significativas en la eficiencia del buchón
de agua en la extracción de materia orgánica?
- ¿Cuál es el potencial del buchón de agua como una herramienta de gestión
de la calidad del agua en ecosistemas acuáticos?
- ¿Son más eficientes para la extracción de materia orgánica las colonias
adultas de buchón de agua (Pontedería crassipes) o las jóvenes?
ANTECEDENTES
En cuanto al buchón de agua P. crassipes, se han desarrollado varios estudios
desde el siglo pasado con el fin de describir su biología floral y reproductiva, lo
cual es importante para comprender su funcionamiento y cómo esto puede
relacionarse con la productividad. Como ejemplo se encuentra el propuesto por
Mulcahy (1975), quien describe cómo esta planta exhibe dos formas florales en el
sistema distílico y tres formas florales en el sistema tristílico. Estas formas florales
tienen una correlación entre el tamaño del polen y la longitud de los estambres, y
su reproducción es principalmente asexual. Mulcahy menciono que su alta
capacidad de reproducción vegetativa, a través de estolones y brotes laterales, le
permite colonizar rápidamente cuerpos de agua y generar densas poblaciones, lo
que resulta en una alta productividad de biomasa en condiciones favorables.
Además, esta planta es conocida por su capacidad para acumular y extraer
nutrientes y contaminantes del agua, como nitrógeno, fósforo y metales pesados.
Su sistema de polinización cruzada, mediante polinización distílica o tristílica,
promueve la diversidad genética y la adaptabilidad, lo que puede influir en su éxito
en diferentes entornos.
Si bien con respecto a la fitorremediación con buchón de agua se encuentra
información reciente sobre su uso como fitorremediador, muchas de las
investigaciones concluyen en una falta de profundización en la investigación.
Desde estudios algo antiguos como el realizado por Reddy (1983) ya se
empezaba a estudiar la productividad del buchón de agua midiendo las tasas de
crecimiento y absorción de nutrientes de la planta en sistemas de acuicultura en
microcosmos. La productividad neta se midió en términos de biomasa seca por
metro cuadrado por día y se realizaron estudios durante un período de 12
semanas, dividiendo el tiempo en dos períodos con diferentes temperaturas
ambientales promedio. Se utilizaron diferentes fuentes de nitrógeno (NH4+, NO3-,
urea y efluente de digestor de metano) para determinar su efecto en la
productividad y se agregaron cantidades iguales de cada fuente de nitrógeno a los
sistemas de acuicultura. La investigación encontró que la productividad del buchón
de agua varía según la fuente de nitrógeno utilizada, siendo más alta con NH4+ y
NO3- en comparación con urea y efluente de digestor de metano; además, esta
afecta la distribución de fósforo en la planta. Estos hallazgos resaltan la necesidad
de considerar la fuente de nitrógeno para optimizar la eliminación de nutrientes
contaminantes del agua.
En la última década, estudios como el realizado por Jafari (2010) discutió los
beneficios de su uso y como Pontedería crassipes puede ayudar a reducir la carga
de nutrientes en el agua, ya que utiliza nitrógeno y fósforo para su crecimiento, lo
que puede ayudar a prevenir la eutrofización en cuerpos de agua.
Por otro lado, investigaciones como la realizada por Hurtado (2010) proponen y
aplican una metodología en el tratamiento de P. crassipes con diferentes
concentraciones de cromo. Donde se prepararon acuarios con capacidad para 25
litros y se llenaron con agua corriente y se agregó dicromato de potasio en varias
concentraciones para obtener tratamientos con 30, 60 y 90 ppm de cromo. Cada
concentración tuvo cinco repeticiones y se incluyó un control. Se evaluó el
crecimiento de la planta en los tratamientos poniendo 11 plantas sanas en cada
acuario con los tratamientos de cromo. Luego de ocho días se tomó una muestra
de material vegetal para realizar un análisis químico y determinar la cantidad de
cromo absorbido por las plantas, y se observó que tenían una capacidad
acumulativa de cromo. El estudio encontró que las plantas toleraban
concentraciones de hasta 2000 mg de cromo sin mostrar síntomas visibles de
toxicidad.
Si bien, aunque la gestión y control biológico de P. crassipes se ha dado utilizando
gorgojos y carpas forrajeras; Guevara (2015) recomienda limitar su uso a
humedales artificiales para evitar su propagación en ecosistemas naturales;
puesto que, se enfatiza la necesidad de investigar más a fondo los aspectos
técnicos y los métodos adecuados para su aplicación en la fitorremediación de
manera responsable y con un impacto mínimo en los ecosistemas
Por otro lado, Domínguez (2016) aplico el buchón de agua como fito-extractor de
mercurio en un estudio en una mina de Antioquia, en la cual; se llevaron a cabo
tres visitas mensuales y se midieron varios parámetros fisicoquímicos tanto in-situ
como ex-situ siguiendo normas específicas. Se compararon muestras patrón y
problema para evaluar el impacto ambiental y eficacia, pero no los factores que
influyen de la fitorremediación con P. crassipes en el humedal. Se usó grava como
sustrato y P. crassipes como planta. Hubo tres periodos de adaptación con agua
potable y residual. El humedal se operó por 7 meses, tomando muestras a
intervalos y comparando con estándares ambientales colombiano. Aunque no se
logró obtener un agua residual que cumpliera con los límites máximos permisibles
para el mercurio en efluentes industriales del sector minería según la normatividad
colombiana, se puede afirmar que se lograron disminuciones considerablesde los
parámetros analizados y superiores con otros resultados publicados en la
literatura.
Contextualizando esta investigación en Colombia, más específicamente en la
capital; en un estudio más reciente sobre la aplicación de P. crassipes a la
fitorremediación Malagon (2022), al igual que en estudios anteriores; concluyo que
la mayor biomasa resulta en una mayor remoción de materia orgánica.
Aproximadamente 19,53 mg O2 L-1/g por unidad de Buchón para el día 31; el
modelo de crecimiento mostro un crecimiento inicial exponencial que se
estabilizaba a medida que los recursos se agotan (capacidad máxima de carga K).
La curva sigmoidea se desplazó más rápido para el grupo experimental (30 días)
que para el grupo de control (165 días), debido al estrés y la competencia
intraespecífica.
JUSTIFICACIÓN
Esta investigación posee una justificación de tipo práctica debido a que, los
estudios relacionados con el buchón de agua (Pontederia crassipes) se han
enfocado en su erradicación por su capacidad invasiva y daños ambientales que
produce. Recientemente se les ha dado una nueva perspectiva a sus
características y potencial como especie fitorremediadora en el manejo de aguas
residuales; demostrando que la biomasa resultante de su rápida reproducción y
las grandes colonias que forma, puede ser aprovechada. Aunque se han realizado
estudios sobre el uso de esta planta como Fito-extractor de materia orgánica,
metales pesados y mercurio, empleando la metodología de posicionamiento
ex-situ de sus colonias, con resultados positivos en embalses artificiales; aún no
se han estudiado a profundidad los factores bióticos o abióticos que influyen en la
eficiencia de este método entre otros. El presente estudio se realiza con la
intención de investigar la influencia de estos factores y su contribución a la
optimización del rendimiento y costo económico de dicha metodología, mejorando
la calidad del agua, beneficiando a las comunidades que dependen de esta y
convirtiéndose en una práctica sostenible que pueda ser usada como método
establecido en planes de manejo ambiental y plantas de tratamiento como medida
de restauración inicial.
OBJETIVO GENERAL
- Evaluar la eficiencia del buchón de agua Pontederia crassipes en la
extracción de materia orgánica usando el método de posicionamiento ex-situ en
ecosistemas acuáticos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Identificar los factores bióticos y abióticos y su influencia en la extracción de
materia orgánica del buchón de agua en ecosistemas acuáticos.
- Determinar cómo varía la eficiencia del buchón de agua en la extracción de
materia orgánica en función de las condiciones ambientales, como temperatura,
pH y luminosidad, en ecosistemas acuáticos.
- Establecer la relación entre la densidad poblacional del buchón de agua
Pontedería crassipes y su eficiencia de extracción.
- Estimar las concentraciones de nutrientes esenciales que afectan la
eficiencia del buchón de agua en la extracción de materia orgánica.
- Comparar la eficiencia de la extracción de materia orgánica entre colonias
adultas y jóvenes de buchón de agua.
HIPÓTESIS
La presente hipótesis es de tipo, relaciones de causalidad ya que propone como
hipótesis nula que; factores como las condiciones ambientales, la edad de la
colonia de buchón de agua, la concentración de nutrientes en el agua y su
densidad poblacional (variables independientes) influyen en la eficiencia del
buchón de agua (variable dependiente), lo que a su vez afecta la cantidad y
velocidad de extracción de materia orgánica. Estos factores reducen la
aplicabilidad de la metodología de posicionamiento ex-situ como método de
recuperación en ecosistemas acuáticos naturales. Como hipótesis alterna se tiene
que estos factores bióticos
MARCO TEÓRICO
Características de pontederia crassipes
En cuanto a las características de esta especie, Valderrama (2005) mencionó, que
es una planta acuática macrófita flotante de la familia de las Pontederiáceas; que
flotan sostenidas por rizomas esponjosos con las raíces libres; alcanzan hasta un
metro de altura, tiene hojas en rosetas ascendentes a extendidas, y su fruto es
una cápsula que libera aproximadamente 12000 semillas; poseen Pecíolos cortos
y bulbosos. Sus flores son azules a celestes y florecen una vez al año. Además, la
biomasa de P. crassipes puede duplicarse en pocas semanas a través de
reproducción vegetativa, lo que genera la aparición de abundantes colonias
flotadoras. En un estudio realizado por León (2009) en ecuador, se especificó
como, esta planta posee una raíz que alberga una comunidad activa de
microorganismos que descomponen sustancias contaminantes del agua; en
humedales que tengan la profundidad adecuada para garantizar un contacto
completo entre las raíces y el agua residual. En este proceso, los contaminantes
son extraídos por las raíces de la planta y llevados y liberados como gases a
través de las hojas y el sistema superior de la planta. Esta se origina en el curso
de agua de la cuenca del Amazonas, en América del Sur.
La principal característica morfológica es que son consideradas malas hierbas,
que pueden obstruir en poco tiempo una vía fluvial o lacustre (Much Santos,
2008).Poseen un sistema de raíces, que pueden tener microorganismos asociados
a ellas que favorece la acción depuradora de las plantas acuáticas. (Hidalgo et al,
2005). Habita en cuerpos de agua dulce localizados a latitudes de 40°N y 45°S. La
alta salinidad y temperaturas menores de 0°C afectan su crecimiento. Sin
embargo, cuerpos de agua eutrofizados con niveles altos de nitrógeno, fósforo,
potasio o contaminadas con metales pesados no limitan su crecimiento. (Robles,
2009).
Fitorremediación
El término fitorremediación se refiere a una tecnología sustentable que se basa en
el uso de plantas para reducir la concentración, o peligrosidad de contaminantes
orgánicos e inorgánicos de suelos, sedimentos, agua, y aire; a partir de procesos
bioquímicos realizados por plantas y microorganismos asociados a su sistema
radicular conduciendo a la reducción, mineralización, degradación, volatilización y
estabilización de estos. (López et al. 2004). Esta planta además, desempeña un
rol importante para la comunidad de fitoplancton, zooplancton y los peces en los
ecosistemas de agua dulce al proporcionar complejidad del hábitat debido a sus
raíces, refugio y zonas de alimentación (Nguyen et al., 2015)
En cuanto a P. crassipes, según la definición anterior; sus características y
necesidades de nutrientes la hacen una planta propicia como agente
fitorremediador; por lo cual se han desarrollado estudios como el propuesto por
Poma (2014), donde se determinó que una dosis óptima de nutrientes y un pH de
5 favorecieron la viabilidad de la planta y la solubilidad de los metales. Los
resultados mostraron porcentajes de absorción del 16,56% para Cd y del 15,6%
para Hg después de 7 días. Estos hallazgos demuestran el potencial del buchón
de agua como agente fitorremediador para la extracción de contaminantes
metálicos del agua y compuestos peligrosos para la salud como el mercurio.
Fitoextracción
En un estudio realizado por Domínguez (2016) se usó el buchón de agua como
Fito-extractor de mercurio en una mina de Antioquia; se llevaron a cabo tres visitas
mensuales y se midieron varios parámetros fisicoquímicos tanto in-situ como
ex-situ siguiendo normas específicas. Se usó grava como sustrato y P. crassipes
como planta. Hubo tres periodos de adaptación con agua potable y residual, el
humedal se operó por 7 meses tomando muestras y comparando con estándares
ambientales. Aunque no se logró obtener un agua residual que cumpliera con los
límites máximos permisibles para el mercurio, se puede afirmar que se lograron
disminuciones considerables de los parámetros analizados y superiores con otros
resultados publicados en la literatura; al igual que ejemplifica su capacidad
adaptativa al mostrar cómo al aumentar la concentración del metal esta no solo no
presenta signos de toxicidad, sino que absorbe mayor cantidad del compuesto.
Gomez (2010) realizóun estudio sobre el tratamiento de aguas residuales,
comparando la efectividad entre el buchón y la lenteja de agua en la fitoextraccion.
Para esto, se instalaron dos reactores para cada planta, donde se recibieron las
aguas residuales. El buchón de agua, obtuvo un mejor desempeño en la
eliminación de sólidos disueltos totales en comparación con la lenteja de agua;
esto debido a que su sistema radicular es más denso. En términos de la DBO5, se
observó una mejora del 20% en la eliminación de contaminantes por parte del
buchón de agua en comparación con la lenteja de agua.
En un estudio realizado por Gomez (2020), donde se evaluó el efecto del proceso
de fitorremediación con P. crassipes en agua cianurada mediante cromatografía de
gases; Se extrajo el aceite esencial de la planta utilizando hidrodestilación asistida
por microondas y se analizó mediante cromatografía de gases acoplada a
espectrometría de masas. Estas técnicas son esenciales para identificar y
cuantificar los componentes volátiles en mezclas complejas, como los aceites
esenciales de plantas.
Ley de Frick
La ley de Frick representa el proceso de quimio absorción de metales pesados en
la celulosa vegetal (Javanbakht, 2019). El ajuste y calibración de los sistemas de
tratamiento continuo podrían acoplarse en función de las cargas contaminantes y
del caudal, simulando el desempeño para diseñar procesos ideales, utilizando
modelos matemáticos. El modelo de difusión de Fick (Kf) se ha utilizado con éxito
para calibrar la carga de entrada y cumplir con los estándares de descarga, siendo
el principal parámetro para modelar y definir los diseños de sistemas de
tratamiento. Las capacidades de adsorción de biomasa se modelan con la
constante (Ks), sirve para el ajuste y calibración del lecho adsorbente junto con la
densidad de partículas (Suzaki, 2017).
Degradación de materia orgánica
En Colombia, Londoño (2009), describió la demanda biológica de oxígeno (DBO5),
como un parámetro que indica la cantidad de oxígeno consumido por ciertas
poblaciones microbianas presentes en el sistema radicular de varias plantas
acuáticas inhibiendo sus procesos fotosintéticos, al degradar la materia orgánica.
Esta puede ser, restos de plantas y animales, exudados de raíces y productos del
metabolismo de ciertos organismos; de una muestra líquida.
Rodríguez (2010) realizó un estudio comparativo de tratamiento de aguas
residuales domésticas usando buchón de agua y Lemna minor o lenteja de agua,
una planta acuática flotante. En el estudio, la eliminación de contaminantes del
agua residual se vio influenciada por la variabilidad de la DBO5 en el agua de
entrada, con picos máximos y mínimos. El buchón demostró una mejor adaptación
en la eliminación de materia orgánica en el humedal; la cámara pre-sedimentadora
contribuye a eliminar la DBO particulada por sedimentación y filtración, gracias a la
influencia de la grava y las raíces de las plantas. La conversión del sustrato en los
humedales se da de forma aerobia en las raíces de las plantas y se ve afectada
por la temperatura del agua en el sistema.
Sin embargo, a pesar de los anteriores hallazgos, en un estudio realizado por
Delgado (2020) en Arequipa, Perú; se concluyó que, el tratamiento de las aguas
residuales con Buchón de agua no fue muy eficiente en la depuración de materia
orgánica, pero para metales y para aniones es un buen depurador; y se
recomienda que para optimizar el tratamiento de aguas residuales industriales se
apliquen métodos electroquímicos.
Condiciones propicias sugeridas de factores abióticos
En un estudio realizado por Paredes (2015) sobre la optimización de
fitorremediación de mercurio con P. crassipes empleando humedales de flujo
continuo. Entre los factore abióticos importantes para la eficiencia de la absorción
de esta especie sobre los contaminates; este obtuvo como dosis óptima 150ppm
de nitrato de potasio, sabiendo que son las raíces las que ejercen el efecto
fitodepurador, ya que a esta concentración las plantas alcanzaron un mayor
tamaño de sus raíces. De igual forma, se cree que su mecanismo de acción es a
través de la formación de complejos entre el metal con los aminoácidos dentro de
la célula, previa adsorción de los metales a través de las raíces (Metcalf, 1995).
Según Romero (1994), Para asegurar una eficiencia adecuada se debe promover
una profundidad apropiada de penetración de las raíces de la planta que asegure
un contacto completo del agua residual con el Jacinto. Una laguna de jacintos que
trate un efluente secundario permite obtener concentraciones de nitrógeno y
fósforo menores a 5 mg/L.
Por otro lado, en una investigación realizada por Malagón (2022) se encontró que
en la unidad de muestreo in situ, se observó competencia intra e
interespecífica por espacio y oferta de luz fotosintéticamente activa. Y
algunos otros recursos necesarios para el crecimiento, señalando que el
aumento de la biomasa está siendo condicionado por múltiples factores. Lo
anterior refuerza la idea de estudiar a fondo estos factores y su relación con la
eficiencia de la extracción ya que esto podría conducir a una optimización de esta
aplicación que se le ha dado a esta especie.
De igual forma, Gomez (2020) encontró que la degradación del cianuro depende
de la temperatura (20-40 °C) y el pH (óptimo 6-9), ya que P. crassipes elimina el
cianuro en efluentes mineros, siendo tóxico a concentraciones de 5-50 mg de
CN/L. A concentraciones de 5.8 y 10 mg/L, el cianuro se eliminó en 23-32 horas.
Eichhornia crassipes mostró capacidad para metabolizar el cianuro.
Estanques artificiales
Aunque el uso del buchón de agua para filtrar aguas residuales ha sido
ampliamente estudiado; no es una práctica que se dé comúnmente. La creación
de estanques artificiales como metodología, aunque es la que más suele usarse
cuando se habla de fitorremediación con buchón de agua, aún debe probarse a
escalas mayores. Fernández (2005) describió ciertos factores importantes para la
formación de estos estanques en Madrid; como lo son, el uso de grava en el fondo
como sustrato de enraizamiento de las plantas y un flujo de agua que puede ser
superficial, sub-superficial o el flujo que se usa para plantas flotantes como el
buchón de agua.
En cuanto a los sistemas con especies flotantes, Núñez (2013) describió como
estos suelen ser humedales artificiales de menos de 2 metros de profundidad,
donde el flujo de agua residual ya ha sido anteriormente tratado para luego circular
a través de las especies flotantes de buchón de agua, que previamente crecen en
el embalse de forma natural. Estos sistemas suelen usarse para sedimentación de
sólidos, tratamiento como fertilizante para especies vegetales que serán
sembradas y depuración de contaminantes a través de las raíces.
METODOLOGÍA
ÁREA DE ESTUDIO
Figura 1. Embalse la playa, Tuta (Boyacá). E1. Estación zona rivereña. E2.
Estación zona media. E3. Estación represa salida de aguas. Tomado de:
(Rodríguez et al, 2014).
El embalse La Playa es una formación artificial construida en 1996 con la finalidad
de regular las crecientes e inundaciones del cauce, se ubica políticamente en los
municipios de Combita y Tuta en el departamento de Boyacá, veredas Río de
piedras, Resguardo, Agua Blanca-Tuta, y Combita, en el centro-oriente de
Colombia, hace parte de la cuenca alta del río Chicamocha sobre el río Jordán. Se
encuentra a una altitud de 2588 m.s.n.m y un área de 1.28 km2 aproximadamente;
presenta una precipitación anual promedio de 1205 mm, con un régimen de lluvias
bimodal con dos épocas húmedas (marzo-mayo; septiembre-octubre) y dos
épocas secas (junio-agosto; diciembre-marzo). Las aguas de este estanque
usualmente se usaban como reservorio para ganadería y agricultura; pero debido
a que también reciben drenaje y residuos provenientes de la desembocadura del
rio chulo, lo cual a lo largo de los años han convertido esta zona en un foco de
invasiones, malos olores, proliferación de zancudos y especies invasoras como el
buchón de agua el cual al día de hoy ha invadido lamayor parte del are
comprendida por el embalse debido a su veloz reproducción y difícil erradicación.
Fase de campo
La presente investigación es de tipo aplicada con enfoque cuantitativo con un
estudio de tipo longitudinal. El muestreo se realizará de forma aleatoria en el
embalse la playa debido a que actualmente presenta una problemática de
contaminación que ha propiciado la propagación de la especie invasora buchón de
agua; macrofita objeto de estudio de esta investigación. Con ayuda de canoas y
recipientes plásticos se obtendrá la biomasa, recolectando una población de 50
especímenes pertenecientes a alguna colonia joven (sin frutos) y 50 especímenes
pertenecientes a alguna colonia adulta (con frutos) de esta macrofita se deben
tomar plantas de todo el humedal para asegurar la aleatorización. De igual forma,
se tomarán muestras de agua del embalse al azar de 1 metro cubico para
estandarizar, estas al igual que las macrofitas recolectadas se preservarán en un
envase plástico portable con agua proveniente del embalse hasta su traslado al
laboratorio de la universidad.
Luego, se usará la metodología aplicada por Sayago (2021), para el tratamiento
de la biomasa de las 80 plantas tomadas de todas las zonas del humedal, como
control se tomarán 10 plantas jóvenes y 10 plantas adultas de estas dos muestras,
y serán adaptadas en tanques con agua del embalse como control del
experimento para así medir los parámetros presentes en su medio normal y medir
su eficiencia de extracción como individuo vivo. Luego, todas las demás plantas
restantes de estas colonias serán limpiadas con agua destilada separando la raíz
del tallo y las hojas, conservando todas las partes de la planta. Luego se secarán
a 70 °C durante 48 h para eliminar la humedad y se triturarán la biomasa
pulverizada será tamizada.
Fase de laboratorio
Medición de nutrientes
Para la medición de nutrientes se realizarán pruebas de espectrofotometría de
absorción atómica monitorizando los cambios en la absorbancia de nutrientes y
bioelementos presentes en el agua como; el nitrógeno, cadmio, magnesio, hierro
(540 nm), amoniaco, calcio (llama de aire/gas natural a 1.500°C y detección de la
absorbancia a 423 nm), fosforo (azul de molibdeno, que posee un máximo de
absorción de 690 nm), sodio y potasio (llama de aire y propano a 1925°C, emisión
a 589 nm para sodio y 768 nm para potasio); y para la medición de cromo, todos
los procedimientos para su determinación, para agua y sustratos, se realizaran
implementando APHA (Procedimiento de la Asociación Americana de Salud
Pública), para pruebas estándar (métodos estándar para el examen de agua y
aguas residuales). Se medirán los nutrientes presentes en todas las muestras de
agua antes de introducir las plantas completas y las plantas trituradas al agua.
Medición de pH
Para la medición de pH, esta se realizará antes de introducir las plantas y biomasa
triturada y después de introducir las plantas y biomasa triturada a las muestras de
agua una vez a la semana durante seis meses con ayuda de un pHmetro.
Medición de temperatura e intensidad de luz
Para la medición de la temperatura, esta se realizará con ayuda de un termómetro
se realizará antes de introducir las plantas y biomasa triturada y después de
introducir las plantas y biomasa triturada a las muestras de agua una vez a la
semana durante seis meses. Para la medición de la intensidad de luz esta se
realizará al igual que la metodología para el pH mencionada anteriormente, pero
usando un fotómetro.
Tratamiento de P. crassipes y evaluación de factores
Unidad Experimental: La unidad experimental serán los 100 individuos del
buchón de agua.
Factores: en total son 15 factores, que serán aplicados a las muestras los cuales
será; Temperatura, pH, Cadmio, Sodio, Potasio, Magnesio, Nitrógeno, Hierro,
Amoníaco, Calcio, Fósforo, Cromo, DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno)
intensidad de luz, y edad de la planta
Niveles: Cada factor tendrá 2 niveles: alto y bajo. Los niveles específicos
dependerán del rango de variación de cada factor.
Variable de Respuesta: La variable de respuesta es la "cantidad de materia
orgánica extraída por el buchón de agua al cabo de una semana".
Diseño Experimental: Diseño factorial 2^15 (o diseño fraccional si el número de
experimentos es demasiado grande): Debido a la cantidad de factores (15), se
puede utilizar un diseño factorial completo. Esto permitirá estudiar los efectos
principales y de interacción de los factores.
Muestreo y Bloqueo: Dividiré los 100 individuos de buchón de agua en grupos
más pequeños, denominados bloques, que son representativos de las condiciones
iniciales. Dentro de cada bloque, aplicare las combinaciones de los factores.
Replicación: Realizare al menos tres réplicas de cada combinación de factores
dentro de cada bloque. Esto proporcionará una replicación adecuada para cada
condición y reducirá la variabilidad no deseada.
Variables de control: Mantén constantes aquellas variables que no son factores
de interés, como la concentración de otros contaminantes o las características del
hábitat donde se encuentra el buchón de agua.
Medición de la eutrofización
En los tratamientos se evaluarán los cambios semanales durante seis meses y
para la medición del DBO5 que será la medición utilizada para evaluar la
eutrofización, se medirá el contenido de clorofila de algas en la columna de agua.
De igual forma también se medirá la eficiencia de extracción de materia orgánica
usado por Lecca & Lizama (2014), con la demanda biológica de oxígeno (DBO5),
la cual se mide transcurridos cinco días de reacción; introduciendo un volumen
definido de la muestra líquida en un recipiente oscuro con un agitador magnético,
se introducen algunas lentejas de carbonato de sodio, se sella con un sensor
piezoeléctrico y se introduce el recipiente en una estufa refrigerada a 20°C.
Medición del tiempo de exposición del flujo de agua al tratamiento
Para la medición del caudal se hará un muestreo cada 100 ml con un caudal de
20ml/min, en donde para observar el tiempo de exposición este se empezará a
medir cada día desde que se introduce la planta y comienza el biotratamiento.
Medición de tratamiento continuo y eficiencia del buchón de agua en la
extracción de materia orgánica
Para el tratamiento continuo en distintos tanques del agua recolectada
determinando mediante modelación matemática la constante de difusión de Fick
(Kf), con base en esta constante de Fick se establecerá el rendimiento del
biotratamiento y la intrapartícula. constante de difusión (Ks). Evaluando la cantidad
de materia orgánica inicial y comparándola con la cantidad de materia orgánica
final en términos de tiempo y concentración en ml en el agua o según la unidad del
factor a evaluar.
Análisis estadístico
Realizar análisis de varianza (ANOVA) y análisis de regresión múltiple para
identificar la importancia de los factores y sus interacciones en la cantidad de
materia orgánica extraída por el buchón.
REFERENCIAS
Delgado Onofre, G. F. (2020). Evaluación del biotratamiento de fluidos residuales
de la empresa laboratorio portugal SRL mediante la “Eichornia
Crassipes”(buchón de agua) para la remoción de elementos ecotóxicos
(cromo, arsénico y cadmio) y materia orgánica.
Domínguez, M. C., Gómez, S., & Ardila, A. N. (2016). Fitorremediación de
mercurio presente en aguas residuales provenientes de la industria minera.
UGCiencia, 22(1), 227-237.
Fernández, J., Beascoechea, E., Muñoz, J., & Curt, M. (2005). Manual de
Fitodepuración. Filtros de Macrófitas en Flotación. Madrid: Universidad
Politécnica de Madrid.
Guevara Granja, M. F., & Ramírez Cando, L. J. (2015). P. crassipes , su
invasividad y potencial fitorremediador.
Gómez, E., López, F., Garavito, L., & Rodríguez, J. P. (2010). Estudio de
comparación del tratamiento de aguas residuales domésticas utilizando
lentejas y buchón de agua en BUCHÓN DE AGUA (Eichhornia crassipes)
32 humedales artificiales. Tecnología y ciencias del agua, 1(1), 59-68.
http://www.scielo.org.mx/pdf/tca/v1n1/v1n1a5.pdfGómez Gutierrez, C., & Guarín Álvarez, S. L. (2020). Evaluar el efecto del proceso
de fitorremediación con eichornia crassipes en un agua cianurada mediante
cromatografía de gases.
Hurtado, A., Torres, C., & Peña, E. J. (2010). Identificación de procesos de
bioacumulación de cromo en la laguna de Sonso. Ingeniería de Recursos
Naturales y del Ambiente, (9), 69-75.
Jafari, N. (2010). Utilización ecológica y socioeconómica del jacinto de agua
(Eichhornia crassipes Mart Solms). Revista de Ciencias Aplicadas y Gestión
Ambiental, 14(2), 43-49.
Javanbakht, V., Ghoreishi, SM y Javanbakht, M. Modelado matemático de la
http://www.scielo.org.mx/pdf/tca/v1n1/v1n1a5.pdf
cinética de adsorción por lotes de iones de plomo en zeolita natural
modificada a partir de medios acuosos. Teor. Encontró. Química. Ing. 53 (6),
1057–1066 (2019).
Lecca, E. R., & Lizama, E. C. R. (2014). Caracterización de las aguas residuales y
la demanda bioquímica de oxígeno. Industrial data, 17(1), 71-80.
León, M. y Lucero, A. (2009). “Estudio de Eichhornia crassipes, Lermma gibba y
Azolla filiculoides en el tratamiento biologico de aguas residuales
domesticas en sistemas comunitarios y unifamiliares del Canton Cotacachi.
Ibarra”, Ecuador. Universidad Técnica del Norte, p. 29-37. Ecuador.
Londoño, L. y Marín, C. (2009). “Evaluación de la eficiencia de remoción de
materia orgánica en humedales artificiales de flujo horizontal sub superficial
alimentados con agua residual sintética”.Universidad Tecnológica de
Pereira. Pereira, Colombia
López, R. A. N., Vong, Y. M., Borges, R. O., & Olguín, E. J. (2004).
Fitorremediación: fundamentos y aplicaciones. Revista Ciencia, 69-83.
Malagón, a. J. S., mendivelso, j. A. L., rodríguez, l. J. C., & cortés, p. A. C. (2022).
Determinación de la capacidad de absorción de materia organica con
buchón de agua (P. crassipes ) mediante la modelación logística de verhulst
para el sector el espino-río bogotá ptap tibitoc. Acta biológica colombiana,
27(3), 386-393.
Metcal, L.; Eddy, H.1995. Ingeniería de aguas residuales .Tratamiento, vertido y
reutilización.3ra edición, España, Me Graw-Hill/interamericana de España
S.A.1485 p.
Much Santos. (2008). Evaluación de la distribución de metales pesados en las
plantas acuáticas Jacinto de agua (Eichhornia crassipes) yTul (Thypa spp)
utilizadas en la planta de tratamiento de aguas residuales la cerra, villa
canales por medio de fluorescencia de rayos X.
Mulcahy, D. L. (1975). The reproductive biology of Eichhornia crassipes
(Pontederiaceae). Bulletin of the Torrey Botanical Club, 102(1), 18-21.
Nguyen et al. (2015). Habitat suitability of the invasive water hyacinth and its
relation to water quality and macroinvertebrate diversity in a tropical
reservoir. Limnologica, 67-74.
doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.limno.2015.03.006
http://dx.doi.org/10.1016/j.limno.2015.03.006
Núñez Morales, E. (2019). Evaluación de la eficiencia del sistema de
fitorremediación mediante las especies palustre y flotante, Zantedeschia
aethiopica y Eichhornia crassipes en el tratamiento de aguas residuales
domésticas en la zona de la región natural Quechua-Cajamarca.
Poma Llantoy, Víctor Raúl, & Valderrama Negrón, Ana C.. (2014). Study of
physicochemical parameters for cadmium (ii) and mercury (ii)
phytoremediation using the specie Eichhornia Crassipes (water hyacinth).
Revista de la Sociedad Química del Perú, 80(3), 164-173. Recuperado en
18 de octubre de 2023, de
http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1810-634X2014
000300003&lng=es&tlng=en.
Reddy, K. R., & Tucker, J. C. (1983). Productivity and Nutrient Uptake of Water
Hyacinth,Eichhornia crassipes I. Effect of Nitrogen Source. Economic
Botany, 37(2), 237-247.
Robles, P. P. (2009). Jacinto de agua. Mayaguez
Rodríguez-Miranda, J. P., Gómez, E., Garavito, L., & López, F. (2010). Estudio de
comparación del tratamiento de aguas residuales domésticas utilizando
lentejas y buchón de agua en humedales artificiales. Tecnología y ciencias
del agua, 1(1), 59-68.
Rodríguez-Zambrano, A. P., & Aranguren-Riaño, N. J. (2014). Comunidad
planctónica de un embalse con alta tensión ambiental: La Playa, cuenca
alta del río Chicamocha (Tuta, Boyacá), Colombia. Biota Colombiana, 15(2).
Romero, J.A. 1994.Lagunas de estabilización de aguas residuales. Colombia,
Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. 300p.
Sayago, UFC Diseño y desarrollo de un biotratamiento de E. crassipes para la
descontaminación de aguas con Cromo (VI). Representante científico 11 ,
9326 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-88261-0
Suzaki, PYR y cols. Biosorción de sistemas binarios de metales pesados:
modelado matemático fenomenológico. Química. Ing. J. 313 , 364–373
(2017).
Valderrama L.T. (2005). “Evaluación del Efecto del tratamiento con plantas
acuáticas en la remoción de indicadores de contaminación Fecal en aguas
Residuales domésticas". Tesis de pregrado, Unidad de Saneamiento y
Biotecnología Ambiental – Universidad Javeriana. Bogotá – Colombia
http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1810-634X2014000300003&lng=es&tlng=en
http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1810-634X2014000300003&lng=es&tlng=en
https://doi.org/10.1038/s41598-021-88261-0