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CAPACIDAD FITORREMEDIADORA DEL BUCHÓN DE AGUA (Limnobium Laevigatum) MEDIANTE LA EVALUACIÓN DE LA ADSORCIÓN DEL CROMO TRIVALENTE

ANGIE NATALIA HERNÁNDEZ MEJÍA SONIA ANDREA RINCÓN RIVERA

PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERAS AGROINDUSTRIALES

ASESOR: ING GLORIA GONZÁLEZ BLAIR

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL BOGOTÁ 2014

Nota de aceptaci贸n

_______________________ _______________________ _______________________

_______________________ Presidente del jurado

________________________ Jurado

_________________________ Jurado

Bogot谩 D.C, 27 de Junio de 2014

A Dios, por todo lo maravilloso que me ha dado. A mis padres, porque gracias a su dedicación y entrega hoy puedo alcanzar una meta más. A mi hermano, por ser un ejemplo de fortaleza y coraje, por enseñarme que aunque hay cosas difíciles, lo importante es no decaer. A mi hermana por su apoyo, consejos y comprensión durante toda mi vida. A mi sobrino por llegar a nuestras vidas a llenarnos de alegrías. Natalia Hernández

A Dios, por darme sabiduría y constancia para alcanzar una meta más. A mis padres por su cariño, comprensión y cuidados sin los cuales no hubiera alcanzado esta meta. Por ser un símbolo diario de lucha, dedicación y esfuerzo. A mi hermano, por ser el motor de mi vida y llenarme cada día con una sonrisa. A mi tío Vicente: quien hoy no se encuentra presente pero tengo la certeza que desde donde este se siente orgulloso de mí. Sonia Andrea Rincón

AGRADECIMIENTO

Este trabajo es el resultado del esfuerzo y dedicación de nosotras como autoras y de nuestra directora de tesis, la ingeniera Gloria Helena González Blair, quien supo guiarnos en el proceso y aporto todo su tiempo y conocimiento para la culminación exitosa del presente trabajo. A todos los docentes que hicieron parte de nuestra formación académica quienes con sus valiosas enseñanzas fortalecieron nuestro desarrollo como profesionales. A toda aquellas personas que contribuyeron, en el desarrollo de las diferentes fases, para que este proyecto para que fuese posible.

CONTENIDO

RESUMEN ............................................................................................................. 26 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 17 2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 19 3. OBJETIVOS .................................................................................................... 21 3.1 Objetivo General ........................................................................................... 21 3.2 Objetivos Específicos ................................................................................... 21 4. REVISISIÓN BIBLIOGRÁFICA ....................................................................... 22 4.1 Curtiembre .................................................................................................... 22 4.2 Cromo III ....................................................................................................... 22 4.3 El proceso de las pieles ................................................................................ 24 4.4 Contenido de cromo III en aguas residuales ................................................ 26 4.4 Agentes químicos utilizados y carga contaminante aportada en la industria del cuero en el proceso de curtición ................................................................... 27 4.5 La adsorción ................................................................................................. 28 4.6 Buchón de Agua (Limnobium laevigatum) .................................................... 28 4.6.1. Descripción Botánica: ............................................................................ 29 4.6.2 Forma de Propagación: Por medio de semillas, rizomas, estolones, tubérculos o por fragmentación. ...................................................................... 29 4.6.3 Hábitat y Ecología: ................................................................................. 29 4.6.4 Origen y Distribución: ............................................................................ 29 4.7 Fitorremediación ........................................................................................... 31 4.7.1 Fitorremediación de contaminantes inorgánicos .................................... 32 5. MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................... 37 5.1 Materiales, equipos y reactivos .................................................................... 38 5.2 Adecuación del material vegetal y montaje experimental ............................. 39 5.2.1 Recolección del buchón de Agua ........................................................... 39 5.2.2 Características de las plantas recolectadas ........................................... 39 5.2.3 Proceso de adaptación de las plantas de Buchón de Agua .................. 41 5.2.3. Proceso de Adaptación I........................................................................ 41

5.2.3.2Proceso de Adaptación II ..................................................................... 42 5.2.4 Caracterización del material vegetal después del proceso de adaptación …………………………………………………………………………………43 5.2.5 Disposición de la planta en el medio ...................................................... 43 5.2.5.1 Adecuación del Agua........................................................................... 43 5.2.5.2 Montaje experimental .......................................................................... 43 5.2.5.3 Toma de muestras............................................................................... 44 5.3

Técnicas Analíticas ................................................................................... 44

5.3.1 Medición Volumen de la Raíz ................................................................. 44 5.3.2 Elaboración curva de calibración ............................................................ 44 5.3.2.1 Determinación de la longitud de Onda (λ) de máxima absorción ........ 45 5.3.2.2 Intervalo Óptimo de concentraciones .................................................. 45 5.3.2.3 Curva de Calibración ........................................................................... 47 5.3.2.4 Desarrollo del color.............................................................................. 47 5.3.2.5 Lectura de la absorbancia ................................................................... 48 5.3.3 Medición de cromo en muestras problema ............................................. 48 5.3.3. Oxidación de cromo (III) a cromo (VI) .................................................... 49 5.4

Diseño experimental ................................................................................ 49

5.5

Toma y Tratamiento de Datos .................................................................. 50

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................................ 52 6.1 Caracterización del material vegetal ............................................................. 52 6.1.1 Caracterización del material vegetal después del proceso de Adaptación …………………………………………………………………………………53 6.2 Curva de calibración de cromo III ................................................................. 55 6.3 Remoción de Cromo ..................................................................................... 56 6.3 Concentración de Cromo III en las muestras de agua .................................. 57 6.3.1 ANOVA: Análisis de varianza ................................................................. 60 6.3.2 ANOM: Análisis de medidas ................................................................... 63 6.4 Sedimentación de Cromo III ......................................................................... 64 6.5 Adsorción de cromo III por tratamiento ......................................................... 65 6.5.1 Adsorción de cromo III por día de análisis para cada tratamiento .......... 65 6.5.2 Adsorción de cromo III acumulada por tratamiento ................................ 67

7. CONCLUSIONES ............................................................................................ 71 8. RECOMENDACIONES ................................................................................... 72 9. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 73

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Concentración de cromo III (mg/L) en aguas residuales del proceso de curtido en Tenerías de San Benito......................................................................... 26 Tabla 2. Productos químicos utilizados en el proceso de curtición ........................ 27 Tabla 3. Caracterización de algunos vertimientos de la industria de curtiembres de Colombia ................................................................................................................ 27 Tabla 4. Clasificación taxonómica de la planta Limmonobium laevigatum ............ 28 Tabla 5. Materiales, equipos y reactivos ................................................................ 38 Tabla 6. Descripción de los tratamientos ............................................................... 50 Tabla 7. Caracterización del material vegetal antes del proceso de adaptación ... 52 Tabla 8. Caracterización del material vegetal después del proceso de adaptación 1 ............................................................................................................................... 53 Tabla 9. Caracterización del material vegetal después del proceso de adaptación 2 ............................................................................................................................... 53 Tabla 10. Tabla de convenciones .......................................................................... 56 Tabla 11. Lectura de Absorbancia de Cromo VI con λ = 540nm. ........................... 57 Tabla 12. Concentración de cromo III por tratamiento y muestra control .............. 57 Tabla 13. Ajuste de las curvas de concentración ................................................... 59 Tabla 14. Tasa de sedimentación de Cromo III en la muestra control ................... 64 Tabla 15. Tasa de adsorción de Cromo III por tratamiento .................................... 66 Tabla 16. Adsorción de cromo III acumulada por tratamiento ................................ 67 Tabla 17. Evolución tratamientos en la adsorción de cromo trivalente (III) ............ 70

LISTA DE GRAFICAS

Grafica 1. Determinación longitud de onda (λ) máxima ........................................ 45 Grafica 2. Curva de Ringbom................................................................................ 46 Grafica 3. Comparación del volumen de la raíz por proceso de adaptación ......... 55 Grafica 4. Curva de calibración de cromo III ......................................................... 55 Grafica 5. Concentración de Cromo III por tratamiento y muestra control ............ 58 Grafica 6. Remoción de Cromo presente estudio versus estudio realizado por la UNAP ..................................................................................................................... 62 Grafica 7. ANOM normal de dos factores ............................................................. 63 Grafica 8. Tasa de sedimentación de Cromo III en la muestra control ................. 65 Grafica 9. Tasa de adsorción de cromo III por tratamiento y muestra control ....... 66 Grafica 10. Tasa de adsorción de cromo acumulada por tratamiento ................... 68 Grafica 11. Porcentaje (%) de adsorción de cromo III por tratamiento ................. 69

LISTA DE DIAGRAMAS

Diagrama 1. Proceso de Obtención del cuero ....................................................... 24 Diagrama 2. Líneas más comunes en el tratamiento de lodos .............................. 35 Diagrama 3. Descripción del proceso metodológico .............................................. 37 Diagrama 4. Representación gráfica del montaje experimental ............................. 50

LISTA DE IMAGENES

Imagen 1. Lugar de recolección del material vegetal ............................................. 39 Imagen 2. Proceso de Adaptación I ....................................................................... 42 Imagen 3. Proceso de Adaptación II ...................................................................... 42 Imagen 4. Rangos de calibración........................................................................... 48 Imagen 5. Comparación del sistema radicular después de los procesos de adaptación ............................................................................................................. 54

GLOSARIO

ADSORCIÓN: Separación de líquidos, gases, coloides o materia suspendida en un medio por adherencia a la superficie o a los poros de un sólido. (LEYVA, 2009) CROMO TRIVALENTE: El cromo trivalente o Cr (III), es el estado de oxidación más estable del cromo, que juega un papel central en varias industrias, que van desde el curtido del cuero y los textiles hasta la cerámica y la fotografía. Un gran número de compuestos de Cr (III) se producen de forma natural y toman parte en procesos biológicos importantes. El término "trivalente" se refiere a la carga +3 del cromo contenido en estos compuestos. (ALBERT, 2000) CURTICIÓN: La curtición es un proceso que pretende estabilizar las propiedades de la piel del animal sin que sufra cambios naturales de descomposición y putrefacción. (CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGIAS SOSTENIBLES, 2003) ESPECTOFOTOMERÍA: La espectrofotometría UV-visible es una técnica analítica que permite determinar la concentración de un compuesto en solución. Se basa en que las moléculas absorben las radiaciones electromagnéticas y a su vez que la cantidad de luz absorbida depende de forma lineal de la concentración. (UNIVERSIDAD NACIONAL DE CATAMARCA, 2010) ESTOLÓN: brote lateral, normalmente delgado, que nace en la base del tallo de algunas plantas herbáceas y que crece horizontalmente con respecto al nivel del suelo, de manera epigea (surge perpendicular al suelo) o subterránea. Tienen entrenudos largos y cortos alternados que generan raíces adventicias. (UNIVERIDAD DE LA REPUBLICA, 2012) FITOEXTRACCIÓN: Consiste en la absorción de metales contaminantes mediante las raíces de las plantas y su acumulación en tallos y hojas. (BENITEZ, 2008)

FITORREMEDIACIÓN: Descontaminación de los suelos, depuración de las aguas residuales o limpieza del aire interior, usando plantas vasculares, algas (ficorremediación) u hongos (micorremediación), y por extensión ecosistemas que contienen estas plantas. Así pues, se trata de eliminar o controlar las diversas contaminaciones. (MARTELO Y BORRERO, 2012) METALES PESADOS: son aquellos cuya densidad es por lo menos cinco veces mayor que la del agua (INNOVITA, 2009) PLANTA PERENNE: son aquellas que viven durante varias temporadas. Todas ellas presentan una serie de recursos que les permiten sobrevivir con mucha facilidad durante años. (FERNANDEZ, 2010) RIZOMAS: Es un tallo horizontal que crece subterráneamente o a lo largo de la superficie del terreno. Es el eje principal de la planta y emite raíces y brotes herbáceos de sus nudos. (FERNANDEZ, 2010) TEJIDO AERENQUIMATOSO: es un tejido vegetal parenquimático con grandes espacios intercelulares llenos de aire, presentando sus células constituyentes por finas membranas no suberificadas; en unos casos es un tejido primario y en otros, producto del felógeno o de un meristema parecido. Es propio de plantas acuáticas sumergidas o de las palustres que se desarrollan en medios pobres en oxígeno. (FERNANDEZ, 2010)

RESUMEN

El presente estudio se desarrolló para establecer las condiciones operativas que favorezcan la tasa de adsorción de cromo en un tratamiento de fitoremediación utilizando buchón de agua (Limnobium Laevigatum) como filtro biológico, dado que se quiere plantear una solución para recuperar el cromo, el cual representa uno de los problemas más graves para la industria del cuero, ya que es un metal altamente peligroso y el vertimiento de aguas residuales contaminadas con este elemento puede alterar seriamente el equilibrio biológico causando efectos tóxicos tanto en plantas como en animales y en seres humanos. El estudio consistió en la evaluación de cinco experimentos; una muestra testigo y cuatro tratamientos en los que se evaluaron dos variables independientes: el tipo de adaptación de la macrófita y la densidad foliar de buchón de agua; cada tratamiento con tres repeticiones para un total de 12 muestras experimentales. La medición de la adsorción de Cr se realizó mediante espectrofotometría visible los días 1, 3, 5, 8,10 y 18. De acuerdo con los resultados obtenidos, se determinó que aproximadamente un 70% del cromo se sedimento. Sin embargo, sí se presentó adsorción de cromo por parte de las macrófitas en todos los tratamientos, por lo cual se realizó un ANOVA balanceado con un nivel de confianza del 95%, en el cual se determinó que el único factor que influye en la tasa de adsorción del buchón es el proceso de adaptación de las plantas, para este caso el proceso de adaptación más eficiente resultó ser el de agua reposada con fertilizante, este resultado se respalda con estudios bibliográficos previos, dado que la adsorción de metales pesados en el buchón es responsabilidad únicamente de las raíces de la planta, las cuales presentaron un mayor volumen en las muestras que estuvieron en contacto con el fertilizante. Aunque la densidad foliar favorece el desarrollo de las plantas debido a que

aumentan su capacidad fotosintética, se establece que las hojas del buchón no influyen de forma significativa en el proceso de fitorremediación. Durante todos los días de experimentación existió adsorción de cromo, sin embargo la mayor tasa de remoción se presentó durante los primeros 8 días, por lo cual se podría replantear la duración del experimento. Además, para posteriores estudios se recomienda tener control sobre variables tales como: la temperatura y luminosidad de las plantas, además de tener un sistema de agitación para disminuir la cantidad de cromo sedimentado y favorecer la adsorción. PALABRAS CLAVE Adsorción, cromo, fitorremediación, filtro biológico, proceso de adaptación, densidad foliar, fertilizante, raíz.

ABSTRACT

The present study was developed to establish operating conditions that favor the adsorption rate of chromium treatment phytoremediation using water hyacinth (Limnobium laevigatum) as a biological filter, because you want to propose a solution for recovering chromium, which represents one of the most serious problems for the leather industry, as it is a highly dangerous metal and dumping of wastewater contaminated with this element can seriously disturb the biological balance causing toxic effects in both plants and animals and in humans. The study consisted of five experiments evaluating; a white and four treatments in which two independent variables were evaluated: type of adaptation macrophyte density and leaf water hyacinth; each treatment with three replicates for a total of 12 experimental samples. The measurement of the adsorption of Cr was performed by visible spectrophotometry at days 1, 3, 5, 8, 10 and 18. According to the results, it was determined that approximately 70% of the chromium deposit. Yet another adsorption of chromium is provided by the macrophytes in all treatments, whereby an ANOVA balanced with a confidence level of 95%, which was determined was made that the only factor that influences the rate adsorption buch贸n is the adaptation of the plants, in this case the process more efficient adaptation proved the of quiet water with fertilizer, this result is supported with previous literature studies, since the adsorption of heavy metals in the buch贸n It is the sole responsibility of the roots of the plant, which had a higher volume in the samples that were in contact with the fertilizer. Although foliar density promotes plant growth because they increase their photosynthetic capacity, provides that no hyacinth leaves significantly influence the process of phytoremediation. During daily experimental adsorption chromium existed, however the highest rate of removal was presented during the first 8 days, which could redefine the duration of the experiment. Moreover, further studies are recommended to have control over

such variables as temperature and luminosity of the plants, also have a system of agitation to decrease the amount of sedimented chromium favor adsorption. KEYWORDS Adsorption, chromium, phytoremediation, biological filter adaptation process, leaf density, fertilizer, root

1. INTRODUCCIÓN

La industria de cueros en Colombia lleva ya casi un siglo y representa la base para el desarrollo de centenares de familias de los estratos dos y tres que han dedicado toda su vida a dicha actividad, la cual se concibe como un oficio artesanal, donde su enseñanza pasa de generación en generación, desarrollando en su mayoría microempresas netamente familiares, con un grado de mecanización deficiente que no cuentan con proyectos de gestión ambiental o sistemas de tratamiento de aguas residuales. Esta industria ha sido considerada por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) como una de las cinco más negativas para el medio ambiente. Lo anterior, debido a la considerable demanda de agua que implica, al uso excesivo de agentes químicos durante todas las etapas del proceso y la gran cantidad de residuos sólidos, especialmente carnazas y lixiviados que genera. Estos desechos no cuentan con un manejo adecuado, sino que por el contrario tienen su fin en los principales afluentes del país, maximizando los problemas de contaminación. El esfuerzo de los gobiernos en reducir la disposición de estas aguas residuales ha sido enorme, estableciendo una normatividad estricta. En algunos lugares ya se cuenta con plantas de tratamiento; sin embargo, estas presentan un gran consumo de productos químicos como insumos para los procesos de floculación, coagulación y eliminación de agentes contaminantes. Por lo anterior, se desarrolló la presente investigación a partir del siguiente cuestionamiento ¿Cuáles son las condiciones operativas que favorecen la tasa de remoción y acumulación de cromo en un tratamiento de fitorremediación para agua de curtido utilizando buchón de agua (Limnobium laevigatum) como filtro biológico? Es oportuno mencionar que se decidió trabajar con esta especie dado que esta planta ha demostrado ser una de las macrófitas más eficientes en la

remediación de aguas con contenidos de nutrientes, materia orgánica y metales pesados tales como arsénico, zinc, cobre, plomo, cromo, mercurio entre otros. Lo anterior expone una alternativa viable de fitorremediación, la cual aprovecha los beneficios de una planta clasificada como un obstáculo ambiental, por su reproducción exponencial, y su alta capacidad adaptativa. El proyecto buscó abarcar dos problemáticas ambientales: la creación de un sistema de biorremedación de aguas residuales para las curtiembres, a partir del uso del Buchón de agua y de esta manera desarrollar un sistema funcional para comunidades de escasos recursos mejorando sus sistemas de producción.

2. JUSTIFICACIÓN Gracias a la localización y fertilidad de las tierras colombianas se generan las condiciones que permiten el desarrollo de diversas actividades relacionadas con el sector agropecuario contribuyendo así con la economía de la nación. Uno de los recursos naturales más afectados por dichas acciones es el agua. Allí se vierten altas cargas contaminantes, tanto de origen orgánico como inorgánico presentando riesgos para los diferentes ecosistemas que allí se encuentran (CHAVEZ, 2010). La industria de curtiembres perteneciente al sector pecuario, representa grandes riesgos ambientales, por el vertimiento de carga contaminante física, química y orgánica a los diferentes cuerpos de agua. Entre ellos se encuentra el cromo (Cr) el cual es considerado un metal pesado y una sustancia tóxica. Frecuentemente se acumula en ambientes acuáticos, por lo que existe el riesgo de que dicho elemento nocivo ingrese a la cadena alimenticia. Se estima que mensualmente se vierte al rio Bogotá 15 toneladas de cromo (BAUTISTA, 2004). El principal problema de las curtiembres, es el proceso de curtido, donde el 80% de las industrias lo realizan con sales de cromo y solo un 20% con taninos vegetales. El curtido al cromo proporciona mejores características al cuero, mayor resistencia, mayor durabilidad, mejor estabilidad de la piel y evita la putrefacción con el agua. Dicho proceso ha sido ampliamente criticado debido a que el cromo es un metal altamente peligroso y el vertimiento de aguas residuales contaminadas con este elemento puede alterar seriamente el equilibrio biológico causando efectos tóxicos tanto en plantas como en animales, por ser absorbido por las membranas biológicas. Recientes investigaciones establecen que el cromo tiene poder mutagénico, generando en los seres humanos problemas en la piel, daños en el sistema nervioso periférico, fibrosis pulmonar, hepática y diversas formas de cáncer, entre muchas otras enfermedades. (GIL et al., 2007).

Por esta razón se planteó realizar un tratamiento mediante filtro biológico que permita recuperar parte de la carga tóxica de dicho contaminante y mejorar las condiciones de las descargas finales. La actividad de curtido corresponde a la de mayor impacto dentro de la industria del cuero, dado para obtener un kilogramo de piel tratada se requieren de 50 a 80 litros de agua, además de que estos efluentes salen con elevadas concentraciones de DBO Y DQO (UNIVERSIDAD NACIONAL, 2008). A nivel mundial se están realizando estudios en fitorremediación que permitan mejorar las condiciones de los medios impactados tales como el suelo, el agua y el aire. Dichos estudios van encaminados a la remoción de contaminantes orgánicos e inorgánicos, en los cuales se han presentado ventajas de costos reducidos, alta probabilidad de aceptación, permiten el reciclaje de recursos y son tecnologías sustentables (VASQUEZ, 2004). La remoción de cromo con Buchón de agua (Limnobium laevigatum) aportará conocimiento en el manejo de intervalos de tiempo en los cuales la planta presentará la dinámica necesaria para la remoción de cromo, aportando beneficios a las industrias de curtiembres en los procesos de curtido. Actualmente se evalúa a dinámica que presenta la remoción de contaminantes haciendo énfasis en los metales pesados, utilizando diferentes plantas bioacumuladoras. En cuanto al cromo se ha logrado determinar la variación que presenta la acumulación en diferentes partes de la planta utilizando como mecanismo el flujo constante del agua en los medios de biofiltración. Para esto se ha medido la cantidad de sustancia tanto en el tallo como en las hojas del buchón pero aún falta dinamizar y evaluar dichos procesos a gran escala para llegar a determinar la eficiencia de remoción (ALVAREZ Y MALDONADO 2004). Se sabe por estudios previos realizados con éxito que el buchón de agua soporta un lapso de remoción entre 4 y 20 días. Luego de este la planta muere, motivo que lleva la investigación a evaluar el proceso de absorción del medio saturado para así

determinar los intervalos de tiempo en los cuales la planta magnifica la acumulación de cromo (ALVAREZ Y MALDONADO 2004).

3. OBJETIVOS 3.1 Objetivo General Establecer la capacidad fitorremediadora del buchón de agua (Limnobium laevigatum) mediante la evaluación de la adsorción del cromo trivalente en aguas de curtiembre de cuero bovino. 3.2 Objetivos Específicos  Comprobar el volumen de crecimiento de las plantas de Buchón de agua en dos procesos de adaptación, lo cual garantiza la homogeneidad del fitorremediador.  Evaluar las condiciones operativas en relación a densidad de la planta, proceso de adaptación y tiempo; para la depuración de cromo III en agua de curtido.

4. REVISISIÓN BIBLIOGRÁFICA

Toda actividad humana lleva consigo el uso del recurso agua el cual después de haber sido utilizado debe ser sometido a diferentes tratamientos en dependencia de sus cargas contaminantes para así cerrar su ciclo. Durante muchos años se ha trabajado exhaustivamente la mejor manera de tratar las aguas residuales minimizando el impacto de otros recursos y los costos económicos que dichos procesos conllevan. (BAUTISTA, 2004) 4.1 Curtiembre Una curtiembre es conocida como curtiduría o tenería y es el lugar donde se realiza el curtido, proceso que convierte las pieles animales en cuero. La industria del cuero en Colombia, se concentra principalmente en Cundinamarca (28%), Bogotá (52%) y Nariño (9%). Tienen mayor participación las microempresas (77%) seguidas por las pequeñas empresas (19%), las medianas (3%) y las grandes (1%). La mayoría de la producción en Colombia es artesanal y familiar, posee bajos niveles de tecnificación, lo cual se ve reflejando en procesos obsoletos que generan altos niveles de contaminación; situación que preocupa a las diferentes autoridades ambientales (ALZATE Y ARANGO, 2004). 4.2 Cromo III Uno de los problemas presentes en la industria de curtiembres es la contaminación desencadenada por el uso de cromo el cual permite dar flexibilidad y suavidad a las pieles. El cromo utilizado en esta industria es Cromo III o cromo trivalente, el cual es un

oligoelemento indispensable en los procesos bioquímicos del cuerpo

humano, participa en el metabolismo de la glucosa, el colesterol, las proteínas y los ácidos grasos. A grandes concentraciones es tóxico, sin embargo el cromo

hexavalente (Cr VI) es 30 veces más tóxico y ha sido clasificado como cancerígeno y mutagénico para los humanos (CUBEROS, 2009).

El problema radica en las condiciones del proceso, las cuales promueven la oxidación de Cr (III) a Cr (VI). Usualmente en los cuerpos de agua, el cromo trivalente se encuentra como hidróxido insoluble dado el pH natural en este medio, sin embargo, cuando se introducen desechos industriales como los de las curtiembres, el pH se modifica y es típico encontrar una concentración elevada de cromo hexavalente, por encima de los valores permitidos, 0,1 mg/L de Cr (VI) y 0,5 mg/L de Cr (III). (CUBEROS 2009).

Dicho inconveniente no es nuevo, lleva en discusión varias décadas por parte de la Secretaria de Ambiente y las Corporaciones Autónomas Regionales (CAR), valorando el sostenimiento económico de un amplio sector de la población (ganaderos, productores, proveedores de químicos, comerciantes, diseñadores etc.) y los altos niveles de contaminación ocasionados. Como plan de contingencia, se han implementado capacitaciones y sensibilizaciones a los productores acerca de los problemas ocasionados y cómo disminuir el impacto, sin embargo, esto no ha sido suficiente y día a día los niveles de contaminación de ríos como el Tunjuelito y Bogotá son superiores, lo cual resulta preocupante, por ser estos las principales fuentes hídricas para la Sabana de Bogotá. Varios estudios de entidades como la CAR demuestran la presencia de gran cantidad de elementos trazas, sustancias orgánicas e inorgánicas potencialmente tóxicas en estos ríos. (MIRANDA et al., 2008)

4.3 El proceso de las pieles Proceso de cuero A continuación seDiagrama presenta el1.diagrama de Obtención proceso dedel una industria de curtido. PILES VERDES

PROCESO PIELES

PIELES SALADAS INMERSIÓN EN SALMUERA

RIBERA: Preparación para iniciar el proceso

REMOJO: Rehidratación de las pieles en tambores rotativos de 6 a 24 horas

Se hace necesario mezclar el efluente con efluentes de otras etapas para mantener la estabilidad del pH

Se generan subproductos ricos engrasas y colágeno

Pelambre: Hinchar epidermis, sustracción de pelo y saponificación de grasas

Descarne: Remoción de tejidos y grasa para facilitar la penetración eficiente del agente curtiente

-Alto pH -Elevado DBO -Presencia Materia orgánica -Sal -Elevado DBO -Presencia Materia orgánica -DQO levado - Solidos suspendidos -Sulfuros -70% Materia Orgánica -Elevado DBO -Presencia Materia orgánica -Solidos suspendidos -pH ácido

DIVIDIDO: Separación del flor de la piel

DESENCALADO Y PURGA: Preparación De la piel para la curtición

PIQUELADO: Acidulación de pieles evita el hinchamiento y contribuye a la24fijación de cromo

-Cal -Sulfuro de Sodio

VEGETAL CURTIDO: Genera resistencia química, física y microbiológica a la pieles

PRENSADO: Retirar humedad y estirar partes arrugadas.

REBAJADO: Espesor uniforme en el cuero

RECURTIDO: Facilita el prensado

BLANQUEADO: Eliminación de ácidos libres que causas quebramiento

TEÑIDO: Adicionar color al cuero

ENGRASE: Impregnación con grasas animales para evitar cuarteamiento.

SECADO: Fijación de componentes anteriormente adicionados.

LIJADO: Corrección de defectos eventuales por el procesamiento

ESTIRAMIENTO: Recuperar área perdida en procesos húmedos

FUENTE: Elaboración propia con base en (RIVERA, 2010)

MINERAL -Sulfuro de SINTÉTICO -

4.4 Contenido de cromo III en aguas residuales La mayoría de las aguas residuales de la industria del cuero no cuentan con suficiente tratamiento y por lo tanto salen con concentraciones de cromo trivalente de 2.000 a 8.000 mg/L, de acuerdo a un estudio realizado por la Universidad de Manizales en el año 2013, en el que se determinó el contenido de cromo para cinco industrias del sector de San Benito, cada uno con tres muestras de estudio. El método para la determinación de cromo fue espectrofotometría de absorción atómica con llama y dichos resultados se muestran a continuación: Tabla 1. Concentración de cromo III (mg/L) en aguas residuales del proceso de curtido en Tenerías de San Benito MUESTRA

INDUSTRIA CURTIDORA I

III

2520

3140

1960

8115

5430

2770

3790

2830

7540

3980

2340

4020

2260

8250

4390

PROMEDIOS

2543

3650

2200

7968

4600

Como se puede observar en la tabla número 1, el contenido de cromo en estas industrias presenta gran variabilidad en los resultados entre curtiembres y dentro de cada una; lo que se explica debido a que algunas curtiembres utilizan gran exceso de cromo por no tener el proceso de curtido estandarizado; además la mayoría de éstas no tiene un laboratorio de análisis químico (ORTIZ, 2013) Actualmente, la mayoría de las industrias del sector de San Benito están sobrepasando en gran medida la cantidad de cromo permisible para vertimiento de aguas residuales el cual es de 1.0 mg/L de acuerdo a la resolución 1074 de 1997 del Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente (DAMA), lo cual conlleva a que se afecte de forma significativa la vida acuática del río Tunjuelito,

que recibe cada día aproximadamente unos 200 Kg de cromo proveniente de esas industrias (ORTIZ, 2013). 4.4 Agentes químicos utilizados y carga contaminante aportada en la industria del cuero en el proceso de curtición A continuación se muestran los diferentes productos químicos utilizados en el procesamiento de las pieles, (Tabla 1) y la caracterización de los vertimientos de algunas de estas industrias (Tabla 2).

Tabla 2. Productos químicos utilizados en el proceso de curtición Parámetros Concentración Carga Sólidos totales 1216 mg/l 1980.0 kg/d 68% inorgánicos 32% Orgánicos Demanda Química de oxígeno (DQO) 3110 mg/l 3904.0 kg/d Demanda Bioquímica de oxígeno (DBO5) 1900 mg/l 2385.0 Kg/d DQO/DBO5 = 1.63 Nitrógeno total 239.0 Kg/d Grasas 1183 mg/l 1446.6 kg/d Sulfuros 4-67 mg/l Cromo total 101.2 kg/d Cromo hexavalente Cr+6 0.13 kg/d 3 Caudal 770 m /d Fuente: Centro de promoción de tecnologías sostenibles, 2003

Tabla 3. Caracterización de algunos vertimientos de la industria de curtiembres de Colombia CAUDAL m3/d

DBO5 kg/d

SS kg/d

Grasas y aceites kg/d

Antioqueña de curtidos 630 457.39 590.94 CURTIEMBRES DE 1987 3.505.07 8.039.40 ITAGUI S.A CURTIEMBRES 19.60 34.40 140.7 36.50 COLCURTIDOS 770 2.385.00 1.980.00 1446.6 Fuente: Centro de promoción de tecnologías sostenibles, 2003

4.5 La adsorción La adsorción es la acumulación preferencial de una sustancia en una fase líquida o gaseosa sobre la superficie de un sólido. Dichos procesos son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones industriales y en la purificación de agua potable o tratamiento de aguas residuales (LEYVA 2008). 4.6 Buchón de Agua (Limnobium laevigatum) El buchón de agua es una planta considerada como maleza a nivel mundial el cual tiene una gran capacidad de reproducción, motivo que lo ha llevado a invadir ecosistemas causando gran desequilibrio ambiental. La cobertura de lagos y lagunas por este tipo de plantas reduce la concentración de oxígeno disuelto en el agua debido a la reducción de interacción de esta con la atmósfera, pero aun así, las plantas han demostrado capacidad para depurar cargas contaminantes de aguas residuales (BENITEZ, 2008). Para obtener éxito en los sistemas de filtración acuáticos se deben tener en cuenta diferentes factores que influyen en el comportamiento de la planta. Los cuales pueden ser: temperatura, pH, radiación solar y salinidad del agua. Tanto el peso como el tamaño de las plantas variaran a medida que estas condiciones se modifican (BENITEZ, 2008). A continuación se presenta una breve descripción botánica de la planta Tabla 4. Clasificación taxonómica de la planta Limmonobium laevigatum REINO

Plantae

DIVISION

Magnoliophyta

CLASE

Liliopsida (monocotiledóneas)

ORDEN

Hydrocharitales

FAMILIA

Hydrocharitaceae

GENERO

Limmonobium

ESPECIE

Limmonobium laevigatum

NOMBRE COMÚN

Buchón cucharita

Fuente: (SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE, 2007)

4.6.1. Descripción Botánica: Sus hojas se asemejan a una cuchara, de ahí su nombre vulgar. Las plantas tienen una altura de 1 a 5 cm y un ancho 5 a 10 cm. Es una hierba acuática perenne, libre-flotante, emergente o varada sobre el lodo. Los tallos son cortos, fuertemente estoloníferos, con rosetones de hojas pecioladas. Las hojas son flotantes extendidas, láminas casi circulares, con un capa gruesa de tejido aerenquimatoso en el envés (SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE, 2007). 4.6.2 Forma de Propagación: Por medio de semillas, rizomas, estolones, tubérculos o por fragmentación. 4.6.3 Hábitat y Ecología: Su utilidad radica en que vitaliza las aguas motivo por el cual donde ella crece se desarrollan muy bien los pececillos nativos de los ríos y quebradas del altiplano tales como las aguapuchas y los capitanes. Crecen en un rango de temperatura 18 °C a 28 °C y en pH de 5 a 8 y una dureza 1 a 5. 4.6.4 Origen y Distribución: Lugar de origen del Buchón o Cucharita es América. Es una especie muy frecuente en los humedales bogotanos y en todo tipo de chambas, estanques y canales de tierra fría. (SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE, 2007).

La temperatura óptima para el crecimiento de la planta se encuentra entre los 28 a 30°C,temperaturas mayores inhiben el crecimiento de las mismas, los contenidos de sílice, potasio, nitrógeno y proteína deben estar al orden de 50, 30,15 y 5%, respectivamente (BENITEZ et al., 2011).

Durante la etapa de crecimiento las macrófitas logran absorber e incorporar elementos tóxicos dentro de su propia estructura. Lo cual funciona como sustrato para los microorganismos que promueven la asimilación de estos a través de transformaciones químicas (BENITEZ et al., 2011).

En la fotosíntesis, las macrófitas flotantes emplean el oxígeno y dióxido de carbono disponible en la atmosfera. Estas plantas tienen una alta afinidad por adsorción y complejación con materia orgánica y pueden ser acumulados en los humedales. También existen transformaciones microbianas y asimilación por la planta mediante la raíz, la cual atrapa y fija entre sus tejidos concentraciones de metal hasta 100 mil veces superiores a las del agua que las rodea (BENITEZ et al., 2011).

En cuanto a los procesos que tienen lugar para la depuración de contaminantes dentro de la planta se pueden encontrar los siguientes (GUPTA, 2012). 

Filtración y sedimentación de sólidos



Incorporación de nutrientes en la planta y posterior cosechado



Degradación de materia orgánica por una serie de microorganismos facultativos asociados a las raíces de las plantas; y en los detritos de los fondos de las lagunas.

Se ha demostrado que el sistema de raíces asociado con microorganismos favorece la acción de bioacumulación de metales, permitiendo retener cadmio, cromo y arsénico en tejidos mediante acomplejamiento de aminoácidos presentes en la célula con el metal pesado. Además de esto las raíces producen diferentes sólidos que se encargan de precipitar los metales (VASQUEZ, 2004). Estudios realizados por Unicauca demuestran que entre mayor concentración de metales se encuentren presentes en el medio la acumulación en los tejidos es más elevada, pero este efecto potenciador se mantiene durante un tiempo aproximado de 24 horas debido que a medida que incrementa la exposición de la planta con el medio esta disminuye la cantidad retenida de la sustancia tóxica en el tejido. Este fenómeno se explica por los niveles de estrés que se generan en la planta pasadas las 36 horas lo cual conlleva a que los metales retenidos empiecen a ser liberados de nuevo al medio (BENITEZ et al., 2011).

Las primeras exploraciones con macrófitas flotantes en el tratamiento de aguas residuales se llevaron a cabo en la década de los 70´s por la NASA como sistema potencial para el tratamiento de aguas residuales en viajes espaciales. Este tipo de estudios se incorporan en Colombia hacia el año 1996 con un estudio que determino la efectividad de Eichhornia crassipes en la depuración de aguas residuales en zonas cálidas del valle Sinú. Los resultados obtenidos reflejan una remoción altamente significativa en términos de las variables analizadas (MARTELO Y BORRERO, 2012).

Para el 2002, en la Universidad del Valle (Cali, Colombia), a escala laboratorio evaluó la remoción de hierro en diferentes concentraciones por medio de la Lemna spp. arrojando como resultado que a mayores concentraciones la remoción disminuye, debido, posiblemente a procesos de saturación en la planta. (MARTELO Y BORRERO, 2012).

A nivel mundial, se han implementado humedales controlados para le depuración de aguas residuales con buchón de agua. En Taiwán dichos humedales han reportado resultados significativos obteniendo que por cada hectárea de buchón sembrado se removió: 0,2 kg de Cd, 5,4 kg de Pb, 21,6 kg de Cu, 26,2 kg de Zn, y 13,5 kg de Ni (SHAO Y WEN 2004). 4.7 Fitorremediación La fitorremediación ha sido definida como el uso de plantas para eliminar o acumular contaminantes peligrosos para el medio ambiente. Esta definición afecta a todas las plantas que con procesos químicos, biológicos y físicos ayudan a la biorecuperación de sustratos contaminados (CSIC, 2007).

4.7.1 Fitorremediación de contaminantes inorgánicos Los compuestos inorgánicos contaminantes (metales, metaloides y radionucleidos) no pueden ser degradados a formas más simples, por lo tanto las estrategias de fitorremediación para estos contaminantes están basadas en la estabilización (inmovilización/adsorción), la acumulación (extracción) y, en algunos casos, la volatilización de elementos como el mercurio o el selenio (TEJEDA, 2010).

Existen diversos tipos de fitorremediación entre los que se encuentran: la Fitoextracción, degradación, filtración, volatilización, estabilización, restauración y estimulación; dependiendo del mecanismo de remoción del contaminante en la planta, del medio en el que se realice y de las partes que se encuentren involucradas, entre otras. (TEJEDA, 2010).

Para el caso de remoción de metales pesados, los mecanismos más utilizados son la Fito-extracción o Fito-filtración en la que se utilizan plantas acumuladoras o híperacumuladoras que son capaces de tolerar y acumular los elementos que absorben, adsorben y colectan en las partes acumulables que por lo general son las hojas, tallos o raíces. Luego del proceso de fitorremediación, dichas plantas en su mayoría se cosechan y se incineran, las cenizas se almacenan en lugares acondicionados para ello o son transformadas para recuperar los metales acumulados, a lo cual se le llama fitominería. (TEJEDA, 2010).

A partir de los residuos sólidos que contienen cromo y son incinerados se obtiene una ceniza con un 50% de óxido de cromo. Este oxido tiene una naturaleza muy similar a las materias primas utilizadas para la industria productora de cromato sódico, el cual es el precursor de la mayoría de compuestos de cromo, incluyendo el licor de cromo usado en la curtición (CASTELLS, 2012).

Los lodos de cromo se pueden reutilizar en plantas de reducción de dicromato para la producción de sulfato de cromo. Si se realiza una hidrolisis alcalina, se obtiene por una parte hidrolizado proteico y por otras sales metálicas. Según las condiciones de la hidrolisis se obtienen diferentes tipos de hidrolizados de colágeno que se pueden utilizar como fertilizantes. Por otro lado, con las sales metálicas, se pueden obtener pigmentos para pinturas, pero antes hay que incinerar y tratar sus cenizas (CASTELLS, 2012).

Otro mecanismo comúnmente utilizado en el tratamiento de metales pesados corresponde a la Fito-estabilización, la cual involucra la retención de estos elementos como formas químicas estables en el ambiente de la raíz, reduciendo de esta forma su captación y toxicidad. La desventaja de este método es que sólo se previene la movilidad del contaminante, más no disminuye su concentración en el ambiente, ya que el metal se convierte en una forma química menos riesgosa para el mismo (TEJEDA, 2010).

En otros casos, los lodos obtenidos a partir del material de desecho vegetal utilizado como filtro biológico para el tratamiento de aguas residuales, es sometido a diferentes tratamientos para lograr los siguientes fines:

1. Reducción de volumen: pueden obtenerse por un simple espesamiento (con el que la sequedad del producto podrá alcanzar en algunos casos el 10 o muy excepcionalmente, el 20%, sin que, por ello, pueda manejarse con pala), deshidratación por drenaje natural, escurrido mecánico, secado térmico, o también y como continuación de una deshidratación, por una incineración (OROPEZA, 2006).

2. Reducción del poder de fermentación o estabilización: Consiste en reducir su actividad biológica (tendencia a la putrefacción) y su contenido de microorganismos causantes de enfermedades. La estabilización puede

obtenerse mediante procesos tales como: digestión anaerobia o aerobia, estabilización química, pasteurización, cocción, etc. (OROPEZA, 2006).

A continuación se hace una breve descripción de los dos tipos de estabilización más usados para el tratamiento de lodos: 

Digestión anaerobia: Comprende dos fases, en la primera se forman ácidos volátiles y en la segunda las bacterias anaerobias producen gas metano a partir de dichos ácidos, todo esto en ausencia de oxígeno molecular (O2) (OROPEZA, 2006).



Digestión aerobia: Proceso de aireación prolongada (dotando al sistema de O2) para provocar el desarrollo de microorganismos aerobios hasta sobrepasar el periodo de síntesis de las células y llevar a cabo su propia auto-oxidación, reduciendo así el material celular (OROPEZA, 2006).En el diagrama n° 2 se muestran las líneas de tratamiento más usuales para el tratamiento de dichos lodos.

Diagrama 2. Líneas más comunes en el tratamiento de lodos

FUENTE: (OROPEZA, 2006)

Como se puede apreciar en la figura anterior uno de los principales usos de dichos lodos es la elaboración de fertilizante o abono orgánico para uso agrícola. No obstante, dicho uso ha sido bastante cuestionado por el hecho de que trazas de metales pesados pueden quedar en los frutos cuyo fin es el consumo humano, por lo cual muchos recomiendan que este material sea utilizado como abono para la jardinería o tratamiento en suelos de bosques con propósitos forestales, debido a que se reconoce el contenido de macro y micronutrientes que dicho material puede aportar a la estructura del suelo si es bien tratado. (OROPEZA, 2006).

Cabe resaltar que para el caso de material proveniente del tratamiento de aguas residuales de curtiembres el permiso para la utilización de lodos en fines agrícolas, es otorgado por la CAR (Corporación Autónoma Regional), en relación con el acuerdo N° 8 de 2004, en el cual se establecen los límites máximos permitidos para dichos fines.

5. MATERIALES Y MÉTODOS Diagrama 3. Descripción del proceso metodológico

Recolección manual 60 plántulas Río Susagua /Zipaquirá

RECOLECCIÓN BUCHÓN DE AGUA

Análisis descriptivo

CARACTERIZACIÓN INICIAL DEL MATERIAL VEGETAL

Medición volumen de las raíces

PROCESO DE ADAPTACIÓN DEL BUCHÓN DE AGUA

CARACTERIZACIÓN DEL BUCHÓN DE AGUA DESPUÉS DEL PROCESO DE ADAPTACIÓN

MONTAJE EXPERIMENTAL

REMOCIÓN DE BUCHÓN

PROCESO I

Agua del embalse y Agua destilada (1:4)

PROCESO II

Agua de grifo reposada con una solución fertilizante

Análisis descriptivo Medición volumen de las raíces

VARIABLES Densidad foliar. 3-5, 6-8 Proceso de adaptación I y II.

-I3-5 -II3-5

-I6-8 -II6-8

REPETICIÓN ES 3 Repeticiones por cada tratamiento

Tiempos de remoción: 1, 3, 8, 10, 18 días Muestra de agua después de la remoción de buchón

TRATAMIENTO DE DATOS

TRATAMIENTO S

Interpolación de los datos en la curva de calibración patrón

Oxidación de cromo III a cromo VI Análisis de varianza ANOVA

Cuantificación de cromo por espectrofotometría Análisis de medidas ANOM

El presente estudio se realizó en la Fundación Universitaria Agraria de Colombia, ubicada en la ciudad de Bogotá a 2600 msnm durante un periodo aproximado de ocho meses. Esta investigación fue de naturaleza observativa, descriptiva, experimental y bibliográfica.

A continuación se muestran de forma detallada las actividades, procedimientos y técnicas que se llevaron a cabo para el desarrollo de esta investigación: 5.1 Materiales, equipos y reactivos A continuación se muestran los materiales, equipos y reactivos necesarios para la ejecución de este proyecto. Tabla 5. Materiales, equipos y reactivos DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

Buchón de agua (Limnobium Laevigatum)

60 Plántulas

Agua residual del proceso de curtido

Recipiente plástico de 2 m de diámetro por MATERIALES

EQUIPOS

REACTIVOS

0,45 m de altura

Recipiente plástico capacidad 1L

Fertilizante para cultivos hidropónicos

300 ml

Agua destilada

20 L

Espectrofotómetro thermogenesis UV

PHmetro

Difenilcarbazida

3 gr

Ácido nítrico concentrado (HNO3)

150 ml

Permanganato de potasio al 4% (KMNO4)

20 ml

Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4)

60 ml

Acetona

50 ml

5.2 Adecuación del material vegetal y montaje experimental 5.2.1 Recolección del buchón de Agua La macrófita utilizada como filtro biológico fue el Buchón de Agua (Limnobium Laevigatum), colectada manualmente del Rio Susagua en el municipio de Zipaquirá en el departamento de Cundinamarca. La selección de las muestras se realizó de acuerdo a las características que se muestran a continuación hasta completar una población de 60 plántulas las cuáles se transportaron en cubetas plásticas con agua del mismo lugar origen. Imagen 1. Lugar de recolección del material vegetal

5.2.2 Características de las plantas recolectadas  Análisis descriptivo El material vegetal recolectado se encontraba en la fase de crecimiento vegetativo y cada plántula contaba con una cantidad de entre 3 a 6 hojas; se tuvo en cuenta la cantidad de hojas como variable, dado que la variación de área foliar cambia la capacidad fotosintética de la planta, y esto puede influir en la capacidad de adsorción de esta. Además, ninguna planta colectada podía tener un tamaño superior a los 12 centímetros. Lo anterior se estableció, debido a que en esta fase del crecimiento la planta aún no había 39

removido una cantidad significativa de posibles contaminantes presentes en su entorno.

Adicional a lo anterior las plantas fueron colectadas de un área en la cual la exposición a la luz solar era mínima, lo cual contribuye a que la tasa de transpiración y absorción de nutrientes del medio circundante sea reducida. (CARRIÓN et al., 2009).

Se verifico que las plantas recolectadas no presentaran signos fisiológicos de marchitez, tallos quebrados, clorosis, e insectos que pudieran afectar el desarrollo de la planta durante el proceso de adaptación.

Determinación del tamaño de la muestra

Se colectaron 60 plántulas con las características descritas anteriormente, de esta población se tomó una muestra para realizar la caracterización del material. El tamaño de la muestra fue determinado con base en la ecuación que se muestra a continuación ya que se trata de una población finita:

Ecuación 1. Determinación del tamaño de una muestra para una población finita

Se estableció trabajar con un nivel de confianza del 95% y un error muestral del 5%. Por lo que:

N = 60 plántulas. Que corresponde al tamaño de la población k= 1,96. Dado que es una constante que depende el nivel de confianza e= 0,5

Ya que el valor de p y q son desconocidos, se opta por la opción más segura es decir suponer que p=q=0.5. Ya que p=proporción de individuos que poseen en la población la característica de estudio y q=proporción de individuos que no poseen esa característica.

De acuerdo con lo anterior el tamaño de la muestra corresponde a 3.66 individuos, por lo cual se caracterizaron cuatro plántulas seleccionadas de forma aleatoria. De cada individuo se realizó un análisis descriptivo, en el que se indicó el número de hojas; además, se mencionó si alguna de las hojas presentaba algún tipo de defecto como: amarillamiento, palidez, manchas, podredumbre, marchitez o puntas o bordes secos.

Además se midió el volumen de las raíces de las plántulas tal como se describe en el numeral 3.3.1

5.2.3 Proceso de adaptación de las plantas de Buchón de Agua En un tiempo no mayor a 24 horas después de la recolección, las plantas de Buchón iniciaron su proceso de adaptación. El cual para efectos de este experimento correspondió a una variable, por lo cual se realizó de dos formas como se muestra a continuación:

5.2.3.1

Proceso de Adaptación I

Se tomó un recipiente plástico de 2 m de perímetro por 0,45 m de altura, se llenó hasta su capacidad máxima con agua de laguna de donde se extrajo la planta y agua destilada en una relación (1:4). Posteriormente se introdujeron 30 plántulas escogidas de forma aleatoria. (ALVAREZ Y MALDONADO, 2004)

Imagen 2. Proceso de Adaptación I

5.2.3.2

Proceso de Adaptación II

Se tomó un recipiente plástico de 2 m de diámetro por 0.45 m de altura. Se llenó con 18 litros de agua reposada de 3 días y se adicionaron 300 ml de solución Hortiorganic, la cual corresponde a un fertilizante para cultivos hidropónicos. Posteriormente se introdujeron 30 plántulas escogidas de forma aleatoria. (BENITEZ et al., 2011) Imagen 3. Proceso de Adaptación II

NOTA: Cada uno de los procesos de adaptación tuvo una duración de 20 días, acorde con los resultados reportados por CARRION 2012, luego las plantas fueron extraídas del medio, repartidas y distribuidas al azar en los diferentes tratamientos. 5.2.4 Caracterización del material vegetal después del proceso de adaptación Luego de la fase de adaptación de la planta, se tomaron de forma aleatoria cuatro individuos de cada proceso y se realizó la caracterización del material vegetal de cada proceso de acuerdo a lo indicado en el numeral 3.2.3. 5.2.5 Disposición de la planta en el medio 5.2.5.1 Adecuación del Agua La muestra de agua de curtiembre fue diluida con agua destilada hasta logar una concentración de 1250 ppb de Cr. A cada una de las 12 cubetas plásticas destinadas para el estudio se agregó 1 L de la muestra de agua preparada y dos individuos del material vegetal, en relación al tratamiento de adaptación y densidad foliar que se requeria para cada tratamiento. 5.2.5.2 Montaje experimental

Veinticuatro horas después de puestas las plantas, estas fueron removidas de las cubetas y se introdujo una nueva planta, es decir, que no se hubiesen utilizado en el tratamiento.

El total de las plantas fue retirado nuevamente los días: tres, ocho, diez y dieciocho del experimento,

conservando siempre las mismas condiciones con el fin de

establecer la relación entre las plantas y su capacidad de remoción de cromo. Los tiempos del experimento fueron determinados con base en los resultados obtenidos por (VASQUEZ, 2004) quien evidencio que las primeras 24 horas son cruciales en el proceso de remoción.

Teniendo en cuenta que la carga contaminante del presente estudio es superior al de referencia se fija una remoción adicional a los tres días. Terminado el lapso estimado de intoxicación a las plantas, el cual es de 8 días se hace una tercera remoción. La siguiente remoción se efectúa a los diez días, donde se corroboró una mayor adaptación de las plantas al efluente; el último cambio de plantas se efectuó el día 18 que de acuerdo al documento referencia es el tiempo justo para garantizar una remediación considerable del efluente en cuestión.

5.2.5.3 Toma de muestras Al momento de realizar las remociones de material de cada uno de los tratamientos, se tomó una muestra de agua de 17 ml. Las tres muestras de agua que se obtuvieron de cada tratamiento fueron mezcladas, para obtener una sola muestra por cada tratamiento. Dichas muestras fueron evaluadas mediante espectrofotometría visible acorde con el protocolo descrito en el numeral 3.3.2 5.3 Técnicas Analíticas 5.3.1 Medición Volumen de la Raíz La medición del volumen de la raíz para la caracterización del buchón, se realizó de la siguiente manera: 1. Se agregó una cantidad conocida de agua destilada a una probeta 2. Se sumergieron completamente las raíces de la planta a evaluar en el agua 3. Se tomó la medición del volumen final en la probeta 4. Por diferencia de volúmenes (Vf- Vi), se determinó el volumen de las raíces de la planta. 5.3.2 Elaboración curva de calibración Para la presente investigación, la cuantificación de cromo en las muestras de agua se realizó mediante espectrofotometría visible, por lo cual se elaboró la curva de

calibración patrón para establecer concentraciones de cromo (III) en aguas residuales de acuerdo al siguiente protocolo (HERREÑO, 2012). Este método se fundamenta en la oxidación de Cr III a VI, el cual es cuantificable espectrofotométricamente al reaccionar con difenilcarbazida. 5.3.2.1 Determinación de la longitud de Onda (λ) de máxima absorción De acuerdo al protocolo se establece que la lectura de la absorbancia debe realizarse a una longitud de onda de 540nm, valor que se corroboro con el barrido espectrofotométrico que se presenta en la Grafica 1. Grafica 1. Determinación longitud de onda (λ) máxima

BARRIDO LONGITUD DE ONDA 0,6

ABSORBANCIA

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 400

420

440

460

480

500

520

540

560

580

600

620

5.3.2.2 Intervalo Óptimo de concentraciones: Se debe trabajar, en lo posible, con concentraciones que permitan que se cumpla la ley de Lambert Beer, con el fin de obtener una curva de calibración que tenga una relación lineal.

Para obtener el intervalo óptimo de concentraciones primero se construye la curva de Ringbom, que consiste en construir una gráfica de absorbancia (100- %T) vs log Concentración. Los datos se obtienen preparando una serie de soluciones patrón 45

del analito, que cubran una variación de por lo menos dos órdenes de magnitud de concentración de este y se miden las transmitancias correspondientes a la longitud de onda analítica escogida. Para la mayoría de los sistemas la curva de Ringbom corresponde a una curva en forma de S. La parte lineal de esta gráfica permite obtener el intervalo de concentraciones óptimo o el intervalo que presentara una relación lineal entre absorbancia y concentración. En esta gráfica, los cruces de la parte recta (la intermedia), con la parte baja y con la parte alta, púeden servir para determinar un valor para los límites de detección mínimo y máximo, respectivamente.

Grafica 2. Curva de Ringbom

CURVA DE RINGBOM 1,2

1-T

0,8

0,6

0,4

0,2

0 -2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

Log C

0,5

1,5

5.3.2.3 Curva de Calibración De acuerdo con la siguiente ecuación:

A = abc Ecuación 2. Ecuación de Lambert Beer

Dónde: A= Absorbancia a = Coeficiente de absortividad b = Ancho de celda (1 cm) c= Concentración ppb

Conociendo los valores de A, b y c; se despejo el valor de a, el cual es constante. Teniendo este valor, se despejo la fórmula para conocer cuáles deben ser las concentraciones teóricas a los cuales la absorbancia toma los siguientes valores: 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1. La cantidad de analito requerida para la preparación de cada muestra de acuerdo a los cálculos anteriores debió ser llevada a un balón aforado de 100ml. A cada muestra, se: 1. Adicionó 2 gotas de H2SO4 0,2N y cinco gotas de H3PO4 concentrado 2. Ajustó el pH a 1 ± 0,3 con pHmetro 3. Llevo al aforo con agua desionizada

5.3.2.4 Desarrollo del color

A cada muestra, se adicionó 2 ml de solución 1,5 - difenilcarbazida en acetona Se mezcló y se dejó reposar durante 5 a 10min para el total desarrollo del color

Se llevó una porción a la celda de absorción y se medió la absorbancia a 540nm en cubetas de 1 cm 5.3.2.5 Lectura de la absorbancia Se preparó el espectrofotómetro GENESYS 10 UV/Vis para las lecturas: se conectó el instrumento, encendió y se dejó calentar durante 15 minutos, se seleccionó la longitud de onda (540 nm), se ajustó el cero (transmitancia), se insertó el blanco (agua destilada), se ajustó el 100% de transmitancia, se retiró el blanco y se insertó la muestra de concentración conocida (coloreada), para realizar la lectura de absorbancia. El blanco fue utilizado solo al inicio del proceso a fin de calibrar el espectrofotómetro.

Imagen 4. Rangos de calibración

Para construir la curva de calibración: se graficó en Excel, la absorbancia en función de la concentración de las soluciones de cromo (III), se generó la línea de tendencia con su correspondiente ecuación de regresión y coeficiente de correlación. 5.3.3 Medición de cromo en muestras problema La cuantificación de cromo en cada uno de los tratamientos se realizó por medio de espectrofotometría visible, de acuerdo a la curva de calibración para cromo VI, por lo cual fue necesario oxidar las muestras problemas como se describe a continuación:

5.3.3.1

Oxidación de cromo (III) a cromo (VI)

Se tomó 50 ml de muestra y se le adicionó 5ml de HNO3. Luego, se llevó a ebullición hasta un volumen de10 ml. Se enfrió y se le adicionaron 2,5ml de HNO3 y 2,5ml de H2SO4 concentrado Se llevó a ebullición y se enfrió nuevamente. Posteriormente se adicionaron 10ml de agua destilada y 2 gotas de KMNO4 al 4%, hasta que persistió el color rosado Se llevó a ebullir por 5 min. Manteniendo el volumen constante, se enfrió y llevó a un volumen de 50ml con agua destilada. (CORNARE, 2011) Se tomó una pequeña porción de la muestra, para llevarla a la celda de absorción y medir la absorbancia a 540nm en cubetas de 1cm.

5.4 Diseño experimental Para el presente estudio, se tuvieron en cuenta 2 variables independientes: el tipo de adaptación de la macrófita y la densidad foliar de buchón de agua; dando como resultado un total de cuatro tratamientos, cada uno con tres repeticiones para un total de 12 muestras experimentales. Los factores de analizados corresponden al proceso de adaptación de la planta y la densidad foliar de los individuos, cada factor cuenta con dos niveles lo cual implica un diseño factorial 22.

Tabla 6. Descripción de los tratamientos Proceso de

Densidad foliar del Buchón

Adaptación

(Número de hojas)

I3-5

3-5

I6-8

6-8

II3-5

3-5

II6-8

6-8

TRATAMIENTO

Diagrama 4. Representación gráfica del montaje experimental AGUA DE CURTIEMBRE Número de hojas Buchón

Proceso de Adaptación del Buchón

3-5

6-8

II IIi

Tiempo de remoción de cromo

II H

1, 3, 8, 10, 18 días

5.5 Toma y Tratamiento de Datos Los datos obtenidos del análisis espectrofotométrico de cada uno de los tratamientos por cada uno de los periodos de tiempo evaluados fueron interpolados en la curva patrón de determinación de cromo, previamente elaborada a fin de conocer su concentración.

Los datos obtenidos para cada día de estudio, fueron analizados en el programa estadístico Minitab 15, mediante un análisis de varianza (ANOVA) con un nivel de

confianza del 95% y anĂĄlisis de medidas (AMON) con un Îą (nivel de significancia) de 0,5.

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

6.1 Caracterización del material vegetal A continuación se presentan los resultados obtenidos en el proceso de caracterización del material vegetal. La población obtenida fue de 60 plántulas, y la caracterización fue realizada a cuatro plantas elegidas completamente al azar, esta muestra se determinó acorde con la ecuación número 1. Determinación del tamaño de una muestra para una población finita

Tabla 7. Caracterización del material vegetal antes del proceso de adaptación Caracterización del material vegetal antes del proceso de adaptación INDIVIDUO

VOLUMEN RAIZ (ml)

NUMERO DE HOJAS

2,00

4,00

1,50

3,00

2,00

3,00

4,00

DESVIACIÓN

0,63

0,58

PROMEDIO

2,13

3,50

LIMITE INFERIOR

1,50

2,92

LIMITE SUPERIOR

2,75

4,08

ESTADO

Ninguna de las plántulas presentaba signos fisiológicos de marchitez, tallos quebrados, clorosis, e insectos

Después del proceso de adaptación de las plántulas, se obtuvo una población de 45 individuos para el tratamiento de adaptación 1 (50% agua de laguna y 50% agua destilada) y 52 individuos para el tratamiento de adaptación 2 (Agua reposada y fertilizante. De estas plántulas también se tomaron cuatro individuos por tratamiento para ser analizado, se decide tomar estas muestras para tener concordancia con la cantidad de plántulas analizadas antes de los proceso de adaptación.

6.1.1 Caracterización del material vegetal después del proceso de Adaptación A continuación se presentan los resultados obtenidos en la caracterización del material vegetal después de ser sometido a los procesos de adaptación I (Tabla 8) y II (tabla 9).

Tabla 8. Caracterización del material vegetal después del proceso de adaptación 1 Caracterización del material vegetal del proceso de adaptación n° 1

VOLUMEN RAIZ (ml) 4,00

NUMERO DE HOJAS 5,00

3,00

4,00

3,00

5,00

DESVIACIÓN

0,96

PROMEDIO

3,75

4,25

LIMITE INFERIOR

2,79

3,29

LIMITE SUPERIOR

4,71

5,21

INDIVIDUO

ESTADO Ninguna de las plántulas presentaba signos fisiológicos de marchitez, tallos quebrados, clorosis, e insectos

Tabla 9. Caracterización del material vegetal después del proceso de adaptación 2 Caracterización del material vegetal del proceso de adaptación n° 2 INDIVIDUO 1,00

VOLUMEN RAIZ (ml) 6,00

NUMERO DE HOJAS 8,00

2,00

6,00

7,00

3,00

7,00

8,00

4,00

6,00

DESVIACIÓN

1,26

0,96

PROMEDIO

5,75

7,25

LIMITE INFERIOR

4,49

6,29

LIMITE SUPERIOR

7,01

8,21

ESTADO Ninguna de las plántulas presentaba signos fisiológicos de marchitez, tallos quebrados, clorosis, e insectos

Como se puede observar en las tablas número 8, 9 y en la imagen 5, el proceso de adaptación n° 2 presentó un volumen de raíces promedio de 5,75 ml respecto al

proceso de adaptación n°1 el cual fue de 3,75 ml en promedio. Es decir, el proceso de adaptación n° 2 obtuvo un 53,3% de crecimiento vegetativo mayor. (Grafica 3). Lo anterior puede deberse a que en el segundo tratamiento se tiene a disposición de la planta la gran mayoría de los macro y micronutrientes que se necesitan para su desarrollo. Según los resultados obtenidos por (GARCÍA 2012) la fertilización de las plantas contribuye al desarrollo de órganos y tejidos para las raíces este proceso es de vital importancia dado que es el órgano de entrada de nutrientes y por ende un crecimiento deficiente de las mismas generara retardos y deficiencias en procesos Bioquímicos. Es por esta razón que en la presente investigación se pudo evidenciar que la adición de fertilizante al medio de adaptación favoreció el crecimiento de las raíces. No obstante, se puede establecer que las condiciones de ambos medios eran favorables para el desarrollo de las plántulas en cuanto a concentración de cromo, pH e iluminación, dado que en ningún momento durante el experimento la especie Limnobium Laevigatum presentó signos de fitotoxicidad en ninguno de sus órganos. Imagen 5. Comparación del sistema radicular después de los procesos de adaptación Plántula después de del proceso de adaptación I

Plántula después del proceso de adaptación II

Grafica 3. Comparación del volumen de la raíz por proceso de adaptación

Volumen de la raíz por tratamiento de adaptación 7

Volumen (ml)

6 5 4 3 2 1 0 INICIAL

TRATAMIENTO I

INICIAL

TRATAMIENTO II

6.2 Curva de calibración de cromo III Con los resultados de las lecturas de absorbancia de las 10 muestras patrón se elaboró la siguiente curva de calibración para la determinación de Cromo III. Grafica 4. Curva de calibración de cromo III

Curva de calibración de Cromo III

y = 0,3691x - 0,0046 R² = 0,9983

1,400

Absorbancia 450nm

1,200

1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 0,000 -0,200

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

Concentración (mg/L)

3,000

3,500

4,000

Como se puede observar, la gráfica obtenida presenta una tendencia lineal que es representada por la ecuación y = 0,3691x – 0,0046. Lo cual implica que en la medida que aumenta la concentración de cromo mayor será la lectura de la absorbancia. Con base en la gráfica anterior se pudo determinar la concentración de cromo para las muestras problema, ya que conociendo la lectura de la absorbancia, este valor se puede interpolar para conocer la concentración de cromo III.

6.3 Remoción de Cromo Para determinar la concentración de Cromo presente se realizó la lectura de la absorbancia mediante espectrofotometría visible, de las diferentes muestras de agua por tratamiento. Se estudiaron 4 tratamientos (ya que se evaluaron 2 factores) con tres repeticiones cada uno y una muestra control; obteniéndose un total de 30 lecturas debido a que el estudio se realizó en 18 días con muestras tomadas los días 1, 3, 5, 8, 10 y 18 las cuales pueden ser observadas en la Tabla 12. A continuación se muestra la tabla de convenciones utilizada para definir cada una de las variables implicadas en los tratamientos Tabla 10. Tabla de convenciones CONVENCIÓN I II 3-5 6-8

DESCRIPCIÓN Proceso de Adaptación 1 (50% Agua de laguna y 50% agua destilada) Proceso de Adaptación 2 (Agua reposada y fertilizante para cultivos hidropónicos) Densidad foliar entre 3 y 5 hojas Densidad foliar entre 3 y 5 hojas

Tabla 11. Lectura de Absorbancia de Cromo VI con λ = 540nm. LECTURA DE ABSORBANCIA A 540 nm DIA

1 3 5 8 10 18

TRATAMIENTO MUESTRA CONTROL

I3-5

I6-8

II3-5

II6-8

0,428 0,3 0,231 0,157 0,143 0,135

0,254 0,198 0,184 0,134 0,11 0,107

0,269 0,205 0,178 0,132 0,108 0,106

0,218 0,133 0,126 0,101 0,089 0,085

0,203 0,129 0,124 0,097 0,084 0,073

La tabla anterior muestra las lecturas de absorbancia de para cada uno de los tratamientos, la cual en todos los casos disminuye con el paso de los días, esto implica que también decrece la concentración de cromo en las muestras de agua. Cabe anotar que los tratamientos con igual proceso de adaptación presentaron comportamientos similares. 6.3 Concentración de Cromo III en las muestras de agua La concentración de Cromo IIII (µg/L) en las diferentes muestras de agua, fue determinada con base en la ecuación Y=0,3691X + 0,0046, obtenida de la curva de calibración Con un coeficiente de correlación de 0.9983. Estos resultados se muestran a continuación: Tabla 12. Concentración de cromo III por tratamiento y muestra control CONCENTRACIÓN DE CROMO III POR TRATAMIENTO Y MUESTRA CONTROL DIA TRATAMIENTO MUESTRA I3-5 I6-8 II3-5 II6-8 CONTROL 0 1250,00 1250,00 1250,00 1250,00 1250,00 1 1172,04 700,62 741,26 603,09 562,45 3 825,25 548,90 567,87 372,80 361,96 5 638,31 510,97 494,72 353,83 348,42 8 437,82 375,51 370,09 286,10 275,26 10 399,89 310,48 305,07 253,59 240,04 18 378,22 302,36 299,65 242,75 210,24

En la tabla número 12 se puede observar como los diferentes tratamientos presentaron una reducción significativa de la concentración de Cr+3 y se evidencia que las plántulas que fueron sometidas a un proceso de adaptación con fertilizante presentaron una mejor dinámica en la remoción, lo cual se sustenta en que la fertilización contribuyó al desarrollo de las raíces de la planta y este órgano posee cargas negativas en sus células, debido en gran medida a la presencia de grupos carboxilo del ácido péptico. Las cargas negativas de las células rizodermis interaccionan con las cargas positivas del Cr+3 presentes en el agua, recientemente se ha demostrado que parte del flujo de metales pesados pueden quedar retenido en la pared celular por la estructura de lignina y celulosa (TORRES et al, 2010). Estas condiciones propias de la planta permiten el flujo masivo e intercambio catiónico por parte de la planta y el medio circundante. A partir de los datos obtenidos en la tabla número 12 se elaboró la gráfica 5, en la cual se muestran las curvas de concentración de cromo III en función del tiempo por tratamiento y muestra control Grafica 5. Concentración de Cromo III por tratamiento y muestra control

Concentración Cromo III por tratamiento y Muestra control 1400,00

Concentración (ug/L)

1200,00 1000,00 Blanco

800,00

I3-5 600,00

I6-8

400,00

II3-5

200,00

II6-8

0,00 0

10 Dia

Como se mencionó anteriormente y se evidencia en la gráfica 5 se presentó una reducción de Cromo trivalente en los diferentes tratamientos, con lo cual se evidencia que la planta Limnobium Laevigatum cumple con las condiciones para ser caracterizada como una planta biorremediadora. Los resultados aquí obtenidos pueden ser contrarrestados con los reportados por La universidad Nacional de la amazonia peruana donde se demostró que esta planta en condiciones óptimas de temperatura y pH presento un comportamiento favorable en la adsorción de Cromo. En la siguiente tabla se muestran las ecuaciones y valores de R2 que más se ajustan por muestra control y por tratamiento. Como se puede evidenciar para todos los casos la línea de tendencia más representativa es la polinómica. Tabla 13. Ajuste de las curvas de concentración

Ajuste de las curvas de concentración por tratamiento y Muestra control TRATAMIENTO

TENDENCIA

ECUACIÓN

MUESTRA

Polinómica

y = 5.299x2 – 143.58x + 1255.9

0.9888

Polinómica

y = 4.821x2 – 124.89x + 1013.9

0.8207

– 129.78x + 1034.8

0.8561

CONTROL I3-5 I6-8

Polinómica

II3-5

Polinómica

II6-8

Polinómica

5.02x2

y = 5.5492x2 – 136.38x + 942.44

0.7348

– 134.23x + 924.63

0.7158

5.3851x2

Con base en la concentración de cromo III en las muestras de agua por cada uno de los tratamiento se realizó un análisis estadístico que incluyo un ANOVA con un nivel de confianza del 95% y un AMON. Los cuales se muestran a continuación:

6.3.1 ANOVA: Análisis de varianza Se realizó un ANOVA balanceado para determinar la relación existente entre el proceso de adaptación de las plantas, la densidad foliar de estas y los días de experimentación. Lo anterior a fin de comprobar o rechazar las siguientes hipótesis nulas: H Tratamiento 0 = No existe relación entre el tratamiento de adaptación de las plantas y la concentración de Cromo III en las muestras de agua H

Densidad Foliar 0

= No existe relación entre la densidad foliar del buchón y la

concentración de Cromo III en las muestras de agua H

Días 0

= No existe relación entre el tiempo de experimentación y la concentración

de Cromo III en las muestras de agua ANOVA: Concentración cromo vs. Proceso adaptación. Densidad foliar. Día Factor Proceso adaptación Densidad foliar Día

Tipo fijo fijo fijo

Niveles 2 2 6

Valores 1. 2 1. 2 1. 3.

8. 10. 18

Análisis de varianza de Concentración cromo Fuente Proceso adaptación Densidad foliar Día Error Total S = 30,7654

GL 1 1 5 16 23

SC 83657 294 428344 15144 527440

R-cuad. = 97,13%

MC 83657 294 85669 947

F 88,38 0,31 90,51

P 0,000 0,585 0,000

R-cuad.(ajustado) = 95,87%

Se obtuvo un valor p=0.000 para el proceso de adaptación, lo cual indica que hay suficiente evidencia de que no todas las medias son iguales cuando alfa se establece en 0.05; con lo cual se rechaza la hipótesis nula (H Tratamiento 0 = el proceso de adaptación de las plantas NO influye en la concentración de Cromo III en las muestras de agua) y se plantea una hipótesis alterna de acuerdo a la Grafica 4.

Concentración de Cromo III por tratamiento y muestra control, en la cual se puede evidenciar que los tratamientos del Proceso de adaptación II

(Agua de grifo

reposada con una solución de fertilizante para cultivos hidropónicos) presentan una menor concentración de cromo en las muestras de agua, la cual indicaría que el proceso de adaptación II es el óptimo para favorecer la adsorción de Cromo III en las plantas de buchón. La misma situación ocurre para el factor de tiempo (Días), el cual presenta un valor p=0, que de acuerdo a las grafica 4. Concentración de Cromo III por tratamiento y muestra control, implica que existe una relación inversamente proporcional entre el tiempo de experimentación y la concentración de cromo III en los diferentes tratamientos. No obstante, para el factor de densidad foliar se obtuvo un p=0,585, mayor al nivel de significancia α=0,05, lo cual significa que no se rechaza la hipótesis nula, es decir no existe ninguna relación entre la densidad foliar de las plantas y su respectiva tasa de adsorción. Entonces, de acuerdo al ANOVA se acepta la hipótesis nula para el factor de densidad foliar y se plantea como hipótesis alterna que el proceso de adaptación II es el óptimo para favorecer la adsorción de Cromo. Esta hipótesis alterna se sustenta en el hecho de que la fertilización estimula el crecimiento de las raíces, las cuales constituyen el tejido de entrada principal de metales pesados en las plantas. Lo anterior, se explica ya que la raíz posee cargas negativas en sus células las cuales interaccionan con las cargas positivas del cromo presentes en el agua. (TORRES et al,

2010). Es decir, la mejor dinámica de remoción de Cromo III se obtuvo en las muestras de agua sometidas al proceso de adaptación II, especialmente en el tratamiento n°4 (II6-8), por lo cual este se tomó como referencia para ser comparado con un estudio previo realizado por la Universidad Nacional de La amazonia Peruana (UNAP) en el que en condiciones similares al presente estudio se determinó la tasa promedio de

remoción de cromo III. Dicha comparación puede ser observada en la siguiente gráfica

Grafica 6. Remoción de Cromo presente estudio versus estudio realizado por la UNAP

Como se puede evidenciar en la gráfica N° 6 en el estudio de la universidad UNAP se removieron 1260 ppb de Cromo III en un lapso de 7 días (PASTOR et al, 2009), dato que puede ser contrarrestado con el resultado obtenido en el tratamiento II6-8, el cual presento una tasa de remoción de Cromo III de 1040 ppb, en un periodo experimental de 18 días, aunque cabe anotar que la mayor tasa de remoción se presentó en los primeros ocho días de experimentación. Entonces, a pesar de que este estudio tuvo una mayor duración de tiempo, no presento una tasa de adsorción más elevada, lo cual puede deberse a que con el paso del tiempo también fue mayor la cantidad de cromo sedimentado y por lo tanto menor la cantidad de cromo disuelto en la muestras de agua y disponible para ser removido por las raíces de las plantas, las cuales en su gran mayoría no alcanzaban el fondo de los recipientes.

6.3.2 ANOM: Análisis de medidas A continuación se presenta un ANOM (Análisis de medidas) de dos factores para mostrar los efectos de la interacción entre las dos variables independientes, los efectos principales para el proceso de adaptación y los efectos principales para la densidad foliar. Cada gráfica de ANOM tiene una línea central (línea verde), límites de decisión (líneas rojas) y los puntos representan los niveles de los factores. Grafica 7. ANOM normal de dos factores ANOM normal de dos factores de Concentración cromo Alfa = 0,05

Efectos de la interacción 63,3

Efecto

50 0

-50 Densidad foliar Proceso adaptación

-63,3 1 1

1 2

Efectos principales para Proceso adaptación Efectos principales para Densidad foliar 500 464,9

450

401,6

400 350

Media

500

401,6

400 350

338,2 1

464,9

450

338,2 1

Proceso adaptación

2 Densidad foliar

Como se puede observar, en la gráfica 7, los efectos de interacción se encuentran plenamente dentro de los límites de decisión, lo que significa que no hay evidencia de interacción entre las dos variables de estudio. Es decir, las dos variables no se asocian en ninguna medida y ninguna tiene efecto sobre la otra. Las dos gráficas de la parte inferior muestran las medias de los niveles de los dos factores, los cuales se encuentran dentro de los límites de decisión, lo que indica

que en ninguno de los casos existe evidencia significativa de que la media de dos niveles es diferente de la media principal en α = 0,05. Cabe anotar que aunque en ambos casos se encuentran dentro de los limites, el primer factor tiene una exactitud de medida menor, ya que el efecto principal es la diferencia entre la media y la línea central. 6.4 Sedimentación de Cromo III Para conocer el comportamiento del cromo en un tratamiento sin interacción de la planta con el medio fue necesario colocar una muestra control durante un tiempo igual al proceso de experimentación (18 días) y bajo las mismas condiciones (temperatura, humedad, etc.) que los tratamientos de estudio. Los resultados se muestran a continuación: Tabla 14. Tasa de sedimentación de Cromo III en la muestra control SEDIMENTACIÓN CROMO III (µg/L) DIA 1 3 5 8 10 18 TOTAL

POR DIA 77,96 346,79 186,94 200,49 37,93 21,67 871,78 69,743%

ACUMULADA 77,96 424,75 611,69 812,18 850,11 871,78

En la gráfica 8 se puede observar la evolución de la sedimentación en la muestra control a lo largo del proceso experimental.

Grafica 8. Tasa de sedimentación de Cromo III en la muestra control

Cromo III sedimentado

Tasa de sedimentación de Cromo III (mg/L) 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 0

Dia

Como se puede observar en la tabla n° 8, aproximadamente un 70 % de Cromo III se sedimentó durante el estudio. Esta variabilidad en la concentración de cromo en el efluente afecta el comportamiento de las macrófitas y del sistema en conjunto, ya que no existe un flujo constante de cromo hacia las plantas. Es posiblemente por esta razón que los porcentajes de remoción son altamente variables de entre los tiempos de medición. 6.5 Adsorción de cromo III por tratamiento 6.5.1 Adsorción de cromo III por día de análisis para cada tratamiento A continuación se muestra la tasa de adsorción de cromo III por día de análisis para cada tratamiento en relación al tiempo; la cual fue calculada a partir de la concentración de Cromo III en las muestras de agua menos la tasa de sedimentación por día del metal.

Tabla 15. Tasa de adsorción de Cromo III por tratamiento TASA DE ADSORCIÓN DE CROMO III POR TRATAMIENTO DIA

TRATAMIENTO I6-8 II3-5 430,78 568,95 257,38 452,45 143,59 284,48 67,73 151,72 94,83 146,30 78,57 135,46

I3-5 471,42 276,35 127,34 62,31 89,41 75,86

1 3 5 8 10 18

II6-8 609,59 463,29 289,89 162,56 159,85 167,98

A partir de los datos anteriores se elaboró la gráfica 9, en la cual se muestran las curvas de adsorción de cromo III para cada tratamiento en función del tiempo.

Grafica 9. Tasa de adsorción de cromo III por tratamiento y muestra control

Tasa de adsorción de cromo III por tratamiento muestra control 700,00 600,00 500,00 400,00

I3-5 I6-8

300,00

II3-5 200,00

II6-8

100,00 0,00 0

Dia

Como se puede observar en la gráfica 9 en todos los tratamientos se presentó adsorción de cromo y para todos se puede hablar de una misma tendencia, dado que la mayor cantidad de cromo es removida durante los primeros ocho días de experimentación lo cual se debe a que durante este lapso de tiempo la planta se satura con el ion Cr+3 resultados que pueden ser contrarrestados con los obtenidos por VASQUES, 2003 donde se replanteó la duración del tratamiento al analizar los tiempos en los cuales se presenta fitotoxicidad en el buchón expuesto a medios contaminados.

Luego del día 8 la tasa de Adsorción se incrementa debido a que una nueva planta fue colocada en el medio y alrededor del día 10 la adsorción se presenta de forma más constante debido a que la concentración de cromo que se encuentra en este momento ya es menor que la inicial, y una parte del cromo Inicial fue removido por el material vegetal que se intercambió en días anteriores.

6.5.2 Adsorción de cromo III acumulada por tratamiento A Continuación se muestra la tasa de adsorción acumulada por tratamiento para los 18 días de estudio. Tabla 16. Adsorción de cromo III acumulada por tratamiento DIA 0 1 3 5 8 10 18

I3-5 0,000 471,42 747,76 875,10 937,42 1026,82 1102,68

TRATAMIENTO I6-8 II3-5 0,000 0,000 430,78 568,95 688,16 1021,40 831,75 1305,88 899,49 1457,60 994,31 1603,90 1072,88 1739,37

II6-8 0,000 609,59 1072,88 1362,77 1525,33 1685,18 1853,16

En base a los datos anteriores se elaboró la gráfica 10. La cual muestra la tasa de adsorción de cromo acumulada por tratamiento para todo el periodo de experimentación. Grafica 10. Tasa de adsorción de cromo acumulada por tratamiento

ppb Cromo

Adsorción acumulada por tratamiento 2000,000 1800,000 1600,000 1400,000 1200,000 1000,000 800,000 600,000 400,000 200,000 0,000

I3-5 I6-8 II3-5 II6-8

Días

Como se puede observar en las gráfica 10 y 11, el porcentaje de remoción de cromo presento la mejor dinámica de adsorción con las condiciones operativas del tratamiento de adaptación número dos. Lo cual se contrasta con la información de la gráfica 4. Comparación del volumen de la raíz por proceso de adaptación, en el que se evidencia un mayor desarrollo radicular en las plantas del proceso de adaptación N° 2, lo cual a su vez favoreció la fitoextracción del medio contaminado.

Grafica 11. Porcentaje (%) de adsorción de cromo III por tratamiento

Porcentaje de Adsorcion de Cromo III por Tratamiento Porcentaje de Adsorción

30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0,00% I3-5

I6-8

II3-5

II6-8

Tratamiento

El mayor porcentaje de adsorción de Cromo III se presentó en el tratamiento II6-8,

el cual correspondió a un 27,56%, seguido del tratamiento II3-5 con un 23,81%. Las menores tasas se presentaron para los tratamientos I6-8 y I3-5 con 18,24% y 16,09% respectivamente. Aunque, la mayor parte del cromo III se sedimento, es importante mencionar que aproximadamente un 92% del cromo disuelto en el agua logro ser adsorbido por las macrófitas, lo cual hace suponer que al contar con un sistema de agitación se podría favorecer y aumentar la tasa de remoción de cromo. Adicional a lo anteriormente nombrado en el registro fotográfico que se presenta a continuación se puede visualizar como la planta no presenta síntomas de fitotoxicidad, con las concentraciones manejadas del contaminante y por ende se hace necesario en futuros trabajos modificar las concentraciones de metales del medio circundante y poder así determinar la capacidad fitorremediadora de la planta en condiciones de estrés elevadas.

Tabla 17. Evoluci贸n tratamientos en la adsorci贸n de cromo trivalente (III) TRATAMIENTO

INICIO (d铆a 0)

I3-5

I6-8

II3-5

II6-8

FIN (d铆a 18)

7. CONCLUSIONES

Limnobium Laevigatum es una especie promisoria para procesos de fitoremediación en sistemas de aguas residuales, dado que se corroboró la adsorción de forma eficiente de cromo III, dado que se obtuvo una remoción de 1040 ppb de Cr con las variables estudiadas. La concentración adsorbida del metal por parte de la planta no supera las concentraciones máximas permitidas de cromo por la Norma técnica Colombiana 5167, lo cual indica que la planta puede ser sometida a un proceso de compostaje para su disposición final, sin que esto altere las propiedades del suelo y la disposición de nutrientes en el producto final donde este compostaje sea utilizado. Las condiciones operativas que favorecieron la adsorción fueron: el proceso de adaptación de la macrófita con agua reposada y fertilizante para cultivos hidropónicos, dado que la fertilización favorece el desarrollo radicular de la planta el cual es el tejido de entrada de nutrientes y sus cargas negativas permiten la interacción con las partículas del medio circundante. Una de las características importantes para considerar una especie como biorremediadora es tener una tasa alta de crecimiento poblacional y una alta capacidad para extraer y acumular elementos contaminantes, propiedades que se pudieron corroborar en el presente estudio.

8. RECOMENDACIONES Establecer un sistema de agitaciรณn continuo en todos los tratamientos, para garantizar el flujo constante de cromo hacia las plantas y de esta manera asegurar un comportamiento equitativo de los individuos durante todo el periodo de experimentaciรณn. Tener control sobre variables como la temperatura y luminosidad de las macrรณfitas, ya que estos dos factores influyen de manera significativa en el metabolismo celular de la planta y por ende en su tasa de adsorciรณn. Se recomienda hacer un estudio detallado de la adsorciรณn de cromo por parte del tallo y las hojas para determinar la capacidad de la planta para bioacumular el Cromo en estos tejidos La eficiencia de Limnobium Laevigatum en el estudio realizado abre la posibilidad de estudiar su comportamiento con otros tipos de metales pesados los cuales pueden provenir de procesos productivos de diversas industrias.

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