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Vol. 2 No. 5 (2021): South Florida Journal of Development, Miami, p.6669-6681 v. 2, n. 5, oct./dec. 2021 
 
Estudios sobre la fitorremediación basada en alga wakame (undaria pinnatifida) en 
la rizoextracción para remover metales pesados de la zona ribereña de la cuenca del 
río grande-palpa 
 
Phytoremediation studies based on wakame algae (undaria pinnatifida) in the 
extraction of curls for the removal of heavy metals from the riparian zone of the 
Grande-Palpa river basin 
 
DOI: 10.46932/sfjdv2n5-026 
 
Received in: Jun 1st, 2021 
Accepted in: Sep 30th, 2021 
 
Misael A. Bendezú Bendezú 
Ingeniero Químico, Docente Asociado, FIAS, Ica, Perú 
Universidad Nacional San Luis Gonzaga de Ica, Urb. Las Dunas H-15, Ica, Perú, 11001 
E-mail: aquiles.bendezu@unica.edu.pe 
 
Cynthia V. Bendezú Hernández 
Mag. en Ingeniería Química, Docente Contratado, FIQyP, Ica, Perú 
Universidad Nacional San Luis Gonzaga de Ica, Urb. Las Dunas H-15, Ica, Perú, 11001 
E-mail: bendezucynthia@gmail.com 
 
William Y. Villanueva Pérez 
Bach. Ingeniero Ambiental y Sanitaria, IQF del Perú S.A., Ica, Perú 
Universidad Nacional San Luis Gonzaga de Ica, Panamericana Sur Km. 305, Ica, Perú, 11001 
E-mail: fia.william.villanueva@gmail.com 
 
Elcy N. Valenzuela Cucho 
Bach. Ingeniero Ambiental y Sanitaria, ANA, Ica, Perú 
Universidad Nacional San Luis Gonzaga de Ica, Panamericana Sur Km. 305, Ica, Perú, 11001 
E-mail: noeliaelcy28@gmail.com 
 
 
ABSTRACT 
In the present study, the algae Undaria pinnatífida has been investigated as a biological adsorbent for the 
elimination of pollutants from surface waters, specifically heavy metals. Operational parameters were 
optimized in batch phytoremediation experiments. Adsorption equilibrium isotherm models were also 
investigated and adsorption kinetics were evaluated. Maximum adsorption capacities were observed at 
0.008 mg / L at 0.064 mg / L of Cd and for the second sample the adsorption capacity was calculated at 
0.007 mg / L at 0.055 mg / L of Cd both in a time of 24 hours, together With removal efficiencies, they 
reached 72% and 92.7% for the remediation of the Rio Grande water, respectively. These results are 
important in the development of zero-cost, algal-based pollutant removal technology in water treatment. 
 
Keywords: algae, Wastewater, treatment, phytoremediation, kinetics 
 
RESUMEN 
En el presente estudio, se ha investigado la algas Undaria pinnatífida, como adsorbente biológico para la 
eliminación de contaminantes de aguas superficiales, específicamente metales pesados. Los parámetros 
mailto:aquiles.bendezu@unica.edu.pe
mailto:bendezucynthia@gmail.com
mailto:fia.william.villanueva@gmail.com
mailto:noeliaelcy28@gmail.com
 
 
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operativos se optimizaron en experimentos de fitorremediación por lotes. También se investigaron los 
modelos de isoterma de equilibrio de adsorción y se evaluó la cinética de adsorción. Se observaron 
capacidades máximas de adsorción en 0.008 mg/L a 0.064 mg / L de Cd y para la segunda muestra la 
capacidad de adsorción se calculó en 0.007 mg/L a 0.055 mg / L de Cd ambas en un tiempo de 24 horas, 
junto con las eficiencias de remoción se alcanzaron al 72% y 92.7% para la remediación del agua del río 
grande, respectivamente. Estos resultados son importantes en el desarrollo de tecnología de eliminación 
de contaminantes de costo cero basada en algas en el tratamiento de aguas. 
 
Palabras clave: algas, aguas residuales, tratamiento, fitorremediación, cinética 
 
 
1 INTRODUCCIÓN 
El aumento del contenido de metales diversos una de las principales fuentes que contribuyen son 
las actividades industriales, los cuales bajo su forma iónica se descargan a mares y ríos, que en su mayoría 
se deben a los volúmenes grandes de efluentes altamente contaminantes con metales tóxicos como el Cu, 
Cd, Cr, Pb, Zn (Aderval, L., Costa, A., da Costa, A., Henriques, C., 2010) 
Por tal motivo se ha buscado una serie de métodos con el fin de llevar a cabo la remoción de 
metales pesados de aguas contaminadas. Se han incluido métodos fisicoquímicos, entre los más 
destacados tenemos: osmosis inversa, electrodeposición, filtración, resina de intercambio iónico, 
adsorción, etc (Fagundes-Klen, Ferri, M., Martins, T., Tavares, C. Silva, E., 2007). 
Las algas crecen fácilmente en aguas estancadas y ríos sin nutrientes adicionales y pueden ser 
capaces de eliminar HM de las aguas. (hataee et al. 2013; Dilek et al., 1999) Además, el objetivo principal 
del uso de algas verdes filamentosas es una forma rentable de uso para la sorción de metales pesados. 
Los materiales biológicos tienen una propiedad de biosorción permitiendo la acumulación de los 
metales pesados que se encuentran en las muestras sometidas a estudio. 
En la actualidad este proceso de gran innovación se lleva acabo utilizando biomateriales, como 
algas marinas, hongos, residuos que provienen de procesos biológicos, etc., los importante que tienen un 
bajo costo y en la naturaleza abundan. En las últimas investigaciones se ha demostrado que las algas 
marinas poseen una capacidad de adsorción excelente son eficaces y se puede encontrar en grandes 
cantidades en el mar (Martin, J. y Bastida, R., 2008) 
 
2 OBJETIVOS 
Determinación el tiempo de residencia y cantidad de alga wakame en la rizoextracción 
Contribuir a la identificación y caracterización de tecnologías de fácil implementación en regiones 
rurales de escaso desarrollo socioeconómico, que permita mantener y mejorar la calidad del agua para 
consumo humano. 
 
 
 
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3 METODOLOGÍA 
La metodología abarca el procedimiento de muestreo para el análisis fisicoquímico, la descripción 
de las muestras consideradas y los métodos analíticos estándar para determinar los parámetros de interés. 
 
Tabla 1 Puntos de Muestreo 
Puntos de Muestreo Descripción Coordenadas UTM 
RGran1 Frente al C.P. Pampa Blanca 491798.86 m E 8434187.96 m S 
RGran2 Frente al C.P. Gramado 491270.36 m E 8430875.41 m S 
RGran3 Frente al C.P. El Palmar 488457.10 m E 8425204.07 m S 
 
Las condiciones de cada una de las variables (Concentración inicial, temperatura y PH), tienen 
efecto en la respuesta (remoción de metales del efluente de Rio Grande), algunas tendrán un efecto más 
pronunciado que otras. Además, estas variables interactúan entre sí, es decir, se desarrolla entre ellas una 
dependencia que modifica su efecto individual. Un aporte tan importante como el de evaluar el efecto de 
cada variable de modo que la respuesta proporcione las mejores condiciones. 
 
3.1 CINÉTICA DE ABSORCIÓN 
Para calcular la cantidad del metal adsorbido y las constantes cinéticas se empleó la ecuación del 
balance de masa y la ecuación Langergren linealizado, respectivamente. 
 
 
 
Donde 𝐶𝑖 − 𝐶𝑒 concentraciones al inicio y al alcanzarse el equilibrio respectivamente. 
 
 
 
Donde 𝑞𝑒 capacidad de absorción de la biomasa en equilibrio (mg/g), 𝑚 masa de bioadsorbente utilizado (g). 
 
Para llevar a cabo la evaluación de la capacidad efectiva de adsorción de la Undaria pinnatífida a 
la biomasa bajo las condiciones prácticas, se utilizaron muestras de los puntos de monitoreo 1372RGran1 
y 1372RGran2 al que se determinó la concentración de los metas a evaluar por Espectrometría de 
Absorción Atómica (EEA). Para cada punto de monitoreo se tomaron 5 Litros de muestra, se deposita en 
un recipiente con una capacidad de 10 Litros y se pusieron en contacto con diferentes cantidades de alga 
(6, 12, 18, 24, 30, y 36 unidades) durante 24 horas en agitadores a 120 rpm y 25 °C de temperatura 
manteniendo el 𝑝𝐻 = 6.5 original de la muestra. Posteriormente terminada las fases de las pruebas se 
 
 
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retira el biosorbente (alga wakame), junto con una muestra de 500 ml para determinar las cantidades de 
metales removidos usando el espectrofotómetro de absorción atómica (EEA). 
Con la finalidad de hacer la evaluación del mecanismo cinético del proceso de bioadsorción de los 
metales por la biomasa de Undaria pinnatífida, fueron aplicados a los datos experimentales los modelos 
para reacciones de pseudo-primer y pseudo-segundo orden (Díaz Puig, A., Guilarte Gainza, A., Chaviano 
Beitra, A., & Pérez Silva, R., 2017). Para El modelo de pseudo-primer orden fue utilizada la ecuación 
dada por (Langergren, 1898 tomada de sao y col. 2014) (Díaz Puig, A., Guilarte Gainza, A., Chaviano 
Beitra, A., & Pérez Silva, R., 2017) 
 
 
 
Donde: 𝑞𝑒 𝑦 𝑞𝑡 cantidad de metal que es absorbido en equilibrio y en un tiempo t respectivamente, 𝑘1 (
1
𝑚𝑖𝑚
) constante de la 
razón de adsorción y se ha calculado utilizando la pendiente de la recta obtenida de los datos experimentales ajustados 
adecuadamente, se han representado en el gráfico de log (𝑞𝑒 − 𝑞𝑡) vs t. 
 
La ecuación de pseudo-segundo orden para las condiciones limites cuando t y 𝑞𝑡 tienden a 0, ha 
sido representada por (Ho y McKay, 1999) (Díaz Puig, A., Guilarte Gainza, A., Chaviano Beitra, A., & 
Pérez Silva, R., 2017) y puede representarse como: 
 
 
 
Donde 𝑘2 (g/mg*s) es la constante de razón de adsorción de pseudo-segundo orden que se calculó a partir del intercepto de la 
recta de mejor ajuste a los datos experimentales, los que fueron representados en un gráfico de 𝑞 vs 𝑡. 
 
La evaluación de la capacidad de adsorción de los metales de la muestra de la biomasa de Undaria 
pinnatífida muestra los resultados experimentales que se obtuvieron por medio de los ensayos de 
adsorción con solución de las muestras como adsorbente de metales a 𝑝𝐻 = 6.5. 
En este diseño, cada factor se estudió a sólo dos niveles y sus experimentos contemplan todas las 
combinaciones de cada nivel de un factor con todos los niveles de los otros factores. Los niveles 
representan los valores que pueden tomar las variables o factores. Para el presente trabajo de investigación 
sé empleo un software, MINITAB 17. 
El número total de experimentos a llevarse a cabo viene por la relación: 
 
 
 
Donde: m: representa los niveles; n: representa a las variables independientes. 
 
 
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3.2 CARACTERIZACIÓN Y CULTIVO DE LA ALGA UNDARIA PINNATÍFIDA 
Manipulación del material biológico “Undaria Pinnatífida” (ver figura 1), se cultiva y recolecta en 
el laboratorio de la FIAS de la Universidad Nacional San Luis Gonzaga, durante los meses de agosto y 
octubre, con una tasa de crecimiento media de 1 a 2 cm por día. Una vez adultas las algas están listas para 
las pruebas. 
Figura 1 Undaria pinnatífida 
 
 
3.3 PROCEDIMIENTO 
Para llevar a cabo el análisis de Pb y Cd, se tomaron 12 muestras, estas se sometieron a un 
tratamiento durante los tiempos establecidos en un bioreactor plano; posteriormente fueron enviadas para 
ser analizadas, se envió una muestra para determinar la cantidad inicial de Pb y Cd presente en las 
muestras, para contrastar con los datos de los resultados de los tratamientos al cabo de los días de 
experimentos. 
El cálculo del tiempo de residencia se basa en la siguiente ecuación: 𝑡 =
𝑉
𝑊
 
Donde W es la entrada por hora de alga wakame y V es el valor del volumen de la muestra (Gophen, 2019). 
 
 
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 
4.1 PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS EN LOS PUNTOS DE MUESTREO 
De la tabla se puede observar que los metales pesados en los diversos puntos de muestreo están por encima 
de los ECAs del D.S.004-2017 como el Cu, Cd, Pb, Zn, para la presente investigación se utilizado muestra del 
punto Gran1 (Pampa Blanca) en la evaluación de la rizoextracción con el alga wakame del Cd y el punto Gran3 (El 
Palmar) del Pb con la misma alga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabla 2 Parámetros fisicoquímicos en los puntos de muestreo 
PARAMETROS ECA CAT.3 D.S.004-2017 RGran1 RGran2-
A 
RGran3 
Riego de 
vegetales y 
bebida de 
animales 
CAT.4 
conserv. De 
amb. 
Acuático E2 
rio de la 
costa y 
sierra 
Temperatura ºC Δ3 13.10 14.80 16.80 
pH 6.5 - 8.5 8.32 8.57 8.61 
Conductividad (µS/cm) 2500 (riego) 
5000 (bebida) 
 
 
1790 1565 1560 
STD (mg/L) 386 274 271 
% NaCl 0.4 0.3 0.3 
Turbidez 10 7 6 
Fosfato (mg/L) 1 (riego) 0.038 0.021 0.070 
Nitrato (mg/L) 10 (riego) 
50 (bebida) 
 
 
0.738 0.65 0.311 
Nitrito (mg/L) 1 0.021 0.003 0.038 
Al (mg/L) 5 2.22 1.36 1.80 
Cu (mg/L) 0.2 (riego) 
0.5 (bebida) 
 
0.1 
0.48 0.178 0.132 
Fe (mg/L) 5 2.197 2.150 1.965 
Cd (mg/L) 0.01 (riego) 
0.05 (bebida) 
0.00025 
 
0.064 0.038 0.051 
Pb (mg/L) 0.05 0.0025 0.042 0.033 0.055 
Zn (mg/L) 2 (riego) 
24 (bebida) 
0.12 
 
2.16 1.135 1.006 
Fuente: Propia/ (SINIA Sistema Nacional de Información Ambiental, 2017) 
 
4.2 VARIABLES DE LAS MUESTRAS: 
En la Tabla 3 muestra los valores de la muestra las variables 1372RGran1 – Pampa Blanca, el 
cual constituye los parámetros de comparación entre los valores de la tabla 4 variables de la muestra 
1372RGran1 – El Palmar. Se seleccionó el pH =6.5 por antecedentes con esta alga que demuestran que a 
partir de ese pH como inicial es óptimo para su desarrollo. Aunque los valores reportados para la adsorción 
de metales, corresponden a la capacidad de las algas de convertirse en un bioadsorbente atractivo para la 
recuperación de la calidad de las aguas de la cuenca de Rio Grande a partir a aguas contaminadas por 
metales (Mori, M., Maldonado, G., Eyras,, C., Bernadelli, M., Viera, E., 2013). 
 
Tabla 3. Valores de las variables de la muestra 1372RGran1 – Pampa Blanca 
PRUEBA N° 
WAKAME 
T 
(HORAS) 
PH T° AGITACIÓN VOLUMEN LT 
1 10 4 6.5 25 120 rpm 5000 
2 16 8 6.5 25 120 rpm 5000 
3 22 12 6.5 25 120 rpm 5000 
4 28 16 6.5 25 120 rpm 5000 
5 34 20 6.5 25 120 rpm 5000 
6 40 24 6.5 25 120 rpm 5000 
Fuente: Propia 
 
 
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Tabla 4. Valores de las variables de la muestra 1372RGran3 – El Palmar 
PRUEBA N° 
WAKAME 
T 
(HORAS) 
PH T° AGITACIÓN VOLUMEN LT 
1 10 4 6.5 25 120 rpm 5000 
2 16 8 6.5 25 120 rpm 5000 
3 22 12 6.5 25 120 rpm 5000 
4 28 16 6.5 25 120 rpm 5000 
5 34 20 6.5 25 120 rpm 5000 
6 40 24 6.5 25 120 rpm 5000 
Fuente: Propia 
 
4.3 VALORES DE LA CINÉTICA DE ADSORCIÓN: 
La tabla 5 y 6 nos ayudan a determinar las capacidades de adsorción a graficar y poder determinar 
la cinética de adsorción. 
 
Tabla 5. Valores de la cinética de adsorción 1372RGran1 – Pampa Blanca 
Ci (Cd) 
mg/L 
Ce m=unidades de wakame qe (mg/L) t (horas) 
0.064 0.062 10 0.0002 4 
0.064 0.054 16 0.0006 8 
0.064 0.048 22 0.0007 12 
0.064 0.042 28 0.0008 16 
0.064 0.031 34 0.0010 20 
0.064 0.018 40 0.0012 24 
Fuente: Propia 
 
Tabla 6. Valores de la cinética de adsorción 1372RGran3 – El Palmar 
Ci (Pb) Ce m=unidades de wakame qe (mg/L) t (horas) 
0.055 0.034 10 0.0021 4 
0.055 0.022 16 0.0020625 8 
0.055 0.014 22 0.00186364 12 
0.055 0.009 28 0.00164286 16 
0.055 0.004 34 0.0015 20 
0.055 0.001 40 0.00135 24 
Fuente: Propia 
4.4 CINÉTICA DE ADSORCIÓN PARA LOS METALES A PH=6.5 
En la figura 2 (a) y (b) se observan las cinéticas de adsorción para los puntos de muestreo 
137RGran1 y 1372RGran2 respectivamente. La capacidad de adsorción se calculó en 0.008 mg/L a 0.064 
mg / L de Cd y para la segunda muestra la capacidad de adsorción se calculó en 0.007 mg/L a 0.055 mg / 
 
 
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L de Cd ambas en un tiempo de 24 horas. 
 
Figura 2: (a) Valores Cinética de adsorción para los metales a pH=6.5 para 137RGran1, (b) Valores Cinética de adsorción para 
los metales a pH=6.5 para 137RGran2 
 
 
4.5 ISOTERMAS DE ADSORCIÓN 
Por su parte, el valor de qe (mg/L) de la isoterma, muestra la facilidad con que los metales son 
adsorbidos desde la solución en la biomasa, como se muestra en el figura 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3 (a) Isoterma de adsorción para los metales por Undaria pinnatifida s.p (25 °C Y pH=6.5), (b) Isoterma de adsorción 
para los metales por Undaria pinnatifida s.p (25 °C Y pH=6.5) 
 
 
4.6 TIEMPO DE RESIDENCIA 
Mediante la fórmula detallada en la metodología se determina los tiempos de residencia en la fig 
4. 
 
Figura 4. Tiempo de residencia para los metales por Undaria pinnatifida s.p (25 °C Y pH=6.5) 
 
 
30
18,75
13,64
10,71
8,82 7,5
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50
Ti
em
p
o
 (m
in
)
Cantidad de alga Wakame (unidades)
TIEMPO DE RESIDENCIA
 
 
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4.7 DISCUSIÓN 
En el presente trabajo de investigación los parámetros como duración del tiempo de residencia se 
indicaron como factor clave, que es responsable de la dinámica del alga Undaria pinnatifida s.p en las 
muestras. 
 
5 CONCLUSIONES 
1. Los parámetros fisicoquímicos de las muestras del Rio Grande se encontraron que los metales 
pesados como el Cu, Cd, Pb, Zn superan a los ECAs del D.S. 004-2017. 
2. Las algas secas habrían permitido que adsorbieran metales pesados de las muestras. Debido a 
sus propiedades de bioadsorción y capacidad de adsorción rápida, la biomasa de alga podría ser un método 
potencial para limpiar las aguas superficiales de las muestras de la cuenca de Rio Grande. Las algas tiene 
la capacidad de adsorber metales pesados a un pH=6.5, en general el uso de biomasa de algas como 
captador de metales pesados puede compensar el costo de la contaminación en la calidad de agua. 
3. Los parámetros de la calidad del agua extraídos como duración del tiempo de residencia se 
indicaron como factor clave, que es responsable de la dinámica del alga Undaria pinnatifida s.p en las 
muestras. 
 
AGRADECIMIENTOS 
Además, los autores expresan su agradecimiento al número del Proyecto de apoyo a investigadores que 
forman parte del equipo de trabajo en esta investigación: Bach. VALENZUELA CUCHO, ELCY 
NOELIA y Bach. VILLANUEVA PEREZ, WILLIAM YHONNYFER. Asimismo, a la Facultad de 
Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la U.N.SLG y la E.A.P. de ingeniería Química por el préstamo de los 
laboratorios. 
 
 
 
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