Para optar el Título Profesional de Ingeniero Ambiental Huancayo, 2023 FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de Ingeniería Ambiental Tesis Natalia Alejandra Maco Cano Influencia del jacinto de agua (Eichhornia crassipes) en la concentración de metales de aguas superficiales del río Coralaque, Moquegua 2021 Eichhornia crassipes Esta obra está bajo una Licencia "Creative Commons Atribución 4.0 Internacional" . 20% INDICE DE SIMILITUD 14% FUENTES DE INTERNET 13% PUBLICACIONES 6% TRABAJOS DEL ESTUDIANTE 1 <1% 2 <1% 3 <1% 4 <1% 5 <1% 6 <1% 7 <1% 8 <1% INFLUENCIA DEL JACINTO DE AGUA (Eichhornia Crassipes) EN LA CONCENTRACIÓN DE METALES DE AGUAS SUPERFICIALES DEL RÍO CORALAQUE, MOQUEGUA 2021. 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"Contesting detrimental dams: a case study from southern Brazil", International Journal of River Basin Management, 2016 Publicación ii AGRADECIMIENTO A mi madre, por estar a mi lado brindándome su apoyo y sus consejos para hacer de mí una mejor persona y una buena profesional; a mi hermano por ser el promotor de mis sueños, gracias por cada día, por confiar en mi capacidad para enfrentar la adversidad y ser mi motivo de empuje; a mis tíos Fernán y Rossana, por sus palabras y confianza; a Luis, por ser mi compañero de viaje y brindarme su apoyo en la realización del proyecto; a toda mi familia, por estar presente no solo en esta etapa tan importante de mi vida, sino en todo momento ofreciéndome lo mejor y buscando lo mejor para mi persona; A mi asesor de tesis Pablo Espinoza por su apoyo constante, predisposición y guía. Esta investigación también ha sido realizada gracias al apoyo del alcalde del Distrito de Chojata Prescelio Mamani y al gran apoyo de parte de los pobladores del centro poblado de Pachas, que nos apoyaron contándonos su problemática y brindándonos datos amablemente. iii DEDICATORIA A mi mamá Lourdes Cano y mi Hermano David Maco, porque sin ellos no lo habría logrado siendo el empuje y aliento que necesito para cada paso que doy, además sepan que mis ogros también son suyos. A mis abuelos Percy Cano y Mary Oviedo que, aunque ya no se encuentren presentes físicamente conmigo, me han dejado una gran sabiduría y me han enseñado a ser quien soy hoy, por sus consejos y gran amor que me brindaron en mi vida, sé que desde el cielo me están viendo y acompañándome siempre estando presentes en mi corazón con sus recuerdos en cada momento importante de mi vida. iv ÍNDICE AGRADECIMIENTO ....................................................................................................................... ii DEDICATORIA ..............................................................................................................................iii RESUMEN ....................................................................................................................................... x ABSTRACT ..................................................................................................................................... xi INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 1 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ................................................................... 3 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ................................................................................. 3 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ....................................................................................... 4 1.2.1 Problema general .................................................................................................................. 4 1.2.2 Problemas específicos........................................................................................................... 5 1.3 OBJETIVOS .............................................................................................................................. 5 1.3.1 Objetivo general ................................................................................................................... 5 1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................................................ 5 1.4 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ...................................................................................... 5 1.4.1 Económica ............................................................................................................................ 6 1.4.2 Ambiental ............................................................................................................................. 6 1.4.3 Social .................................................................................................................................... 6 1.5 LIMITACIONES DE LA PRESENTE INVESTIGACIÓN ...................................................... 6 1.6 HIPÓTESIS Y DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES ........................................................... 7 1.6.1 Operacionalización de Variables .......................................................................................... 7 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 9 2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................ 9 2.1.1 Antecedentes internacionales ................................................................................................ 9 2.1.2 Antecedentes nacionales ..................................................................................................... 11 2.2 BASES TEÓRICAS ................................................................................................................ 13 2.2.1 Tratamiento Natural (Fitorremediación). ............................................................................ 13 2.2.2 Formas de vida de las hidrófitas ......................................................................................... 15 2.2.2.1 Hidrófitas fijas en el sustrato. ................................................................................... 15 2.2.2.2 Flotantes libres ......................................................................................................... 18 2.2.3 Funciones de las hidrófitas en los mecanismos de remoción .............................................. 19 2.2.4 Efectos de las plantas flotantes libre en sistemas de tratamiento ........................................ 20 v 2.2.5 Ventajas y desventajas del tratamiento de agua con hidrófita ............................................. 21 2.2.6 Eichhornia crassipes ........................................................................................................... 22 2.2.6.1 Aplicación en tratamiento de aguas residuales. ........................................................ 24 2.2.6.2 Remoción de metales pesados en el tratamiento de aguas residuales. ...................... 25 2.2.7 Contaminación del agua. .................................................................................................... 25 2.2.8 Vías principales de entrada de los metales al medio acuático. ............................................ 26 2.2.9 Fuentes potenciales de contaminación del Río Coralaque .................................................. 27 2.2.10 Metales pesados .................................................................................................................. 29 2.2.11 Toxicidad de los metales .................................................................................................... 31 2.2.12 Normas legales ................................................................................................................... 32 CAPÍTULO III METODOLOGÍA .............................................................................................. 36 3.1 MÉTODO, TIPO Y ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN .................................................. 36 3.1.1 Método de investigación ..................................................................................................... 36 3.1.2 Alcance de la investigación ................................................................................................ 36 3.1.3 Nivel de la investigación .................................................................................................... 36 3.1.4 Diseño de la investigación .................................................................................................. 37 3.2 MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................ 37 3.2.1 Ubicación ........................................................................................................................... 37 3.2.2 Población y muestra ........................................................................................................... 39 3.2.2.1 Población .................................................................................................................. 39 3.2.2.2 Muestra..................................................................................................................... 39 3.2.2.3 Técnica de recolección de datos ............................................................................... 41 3.2.2.4 Diagrama de flujo del proyecto ................................................................................ 43 3.2.2.5 Instrumentos de recolección de datos ....................................................................... 44 3.2.2.6 Instrumentos de recolección de datos ....................................................................... 44 3.2.3 Metodología. ...................................................................................................................... 45 3.2.3.1 Etiquetado y preservación de las muestras ............................................................... 63 3.2.3.2 Transporte de muestras. ............................................................................................ 63 3.2.3.3 Cadena de Custodia .................................................................................................. 64 3.2.3.4 Laboratorio ............................................................................................................... 64 CAPÍTULO IV RESULTADOS Y DISCUSIONES ................................................................... 65 4.1 PRESENTACIÓN DE RESULTADO..................................................................................... 65 4.1.1 Resultados de la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque. ....... 65 vi 4.1.2 Determinación de concentración de metales después de la aplicación del Jacinto de agua. 66 4.1.3 Cambios físicos analizados en la aplicación del Jacinto de Agua ....................................... 75 4.1.4 Contrastación de hipótesis .................................................................................................. 79 4.1.4.1 Pruebas de normalidad ............................................................................................. 79 4.1.4.2 Prueba para una muestra ........................................................................................... 80 4.2 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS .................................................................................. 82 CAPÍTULO V CONCLUSIONES ............................................................................................... 85 RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 87 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................ 88 ANEXOS ........................................................................................................................................ 98 vii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Operacionalización de Variables. .................................................................................. 7 Tabla 2. Procesos de fitorremediación. ..................................................................................... 14 Tabla 3. Funciones de las plantas en sistemas de tratamiento con macrófitas ........................... 21 Tabla 4. Potenciales fuentes de generación de contaminantes................................................... 28 Tabla 5. Estándares de calidad ambiental de aguas superficiales destinadas a agua potable ..... 33 Tabla 6. Estándares de calidad ambiental de riego de vegetales y bebida de animales ............. 34 Tabla 7. Estándares de calidad ambiental de conservación del ambiente acuático .................... 35 Tabla 8. Identificación de estaciones de muestreo de agua. ...................................................... 49 Tabla 9. Plan de muestreo de agua tratada antes, durante y después de su tratamiento. ............ 61 Tabla 10. Plan de restauración de volumen de agua a los tratamientos. ...................................... 62 Tabla 11. Concentración de metales de las muestras in situ, selección de metales con altas concentraciones. .......................................................................................................... 66 Tabla 12. Valores de temperatura durante la realización del experimento. ................................. 75 Tabla 13. Valores de CE durante la realización del experimento. ............................................... 76 Tabla 14. Valores de pH obtenidos durante la realización del experimento. ............................... 77 Tabla 15. Valores de Sólidos totales obtenidos durante la realización del experimento. ............. 78 Tabla 16. Prueba de normalidad utilizando a Shapiro – Wilk ..................................................... 79 Tabla 17. Prueba para una muestra con valor 0 ........................................................................... 80 viii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Schoenoplectus corymbosus es una juncia resistente. ................................................. 15 Figura 2. Nymphaea alba. .......................................................................................................... 16 Figura 3. Patamogeton natans (Hierba de estanque flotante). ..................................................... 16 Figura 4. Egeria. ......................................................................................................................... 17 Figura 5. Isoetes chubutiana. ...................................................................................................... 17 Figura 6. Podostemaceae. ........................................................................................................... 18 Figura 7. Hábitat de los distintos tipos de plantas hidrófitas. ..................................................... 18 Figura 8. Ejemplos de formas de vida. A) Sumergidas; B) Flotantes enraizadas; C) Flotantes libres; D) Emergentes.................................................................................................. 19 Figura 9. A) Morfología de la macrófita Eichhornia crassipes; B) Eichhornia crassipes; C) Formaciones de Eichhornia crassipes rellenando un brazo del río Guadiana a su paso por Mérida (Badajoz) en el año 2005. ......................................................................... 23 Figura 10. Ciclo biogeoquímico general de los metales pesados. ................................................. 27 Figura 11. Mapa situacional de la contaminación del Río Coralaque y Tambo. ........................... 38 Figura 12. Inicio hacia el punto de muestreo. ............................................................................... 39 Figura 13. Punto de muestreo y extracción de agua para el experimento. .................................... 39 Figura 14. Diagrama de flujo del proyecto de tesis. ..................................................................... 43 Figura 15. Área de acondicionamiento de los macrófitos. ............................................................ 45 Figura 16. Recipientes acomodados en el área del experimento. .................................................. 45 Figura 17. Ubicación del área donde se realiza el experimento. ................................................... 46 Figura 18. Reunión con los pobladores del Centro Poblado de Santiago de Pachas. .................... 47 Figura 19. Aplicación de las encuestas a los pobladores. ............................................................. 47 Figura 20. Identificación del entorno donde se realizará el monitoreo (aguas color anaranjada lechosa). ...................................................................................................................... 48 Figura 21. Sedimentos en las orillas del rio, color naranja con ausencia de vegetación. .............. 48 Figura 22. Formato de rotulado y etiquetado de cada muestra de agua a enviar. .......................... 49 Figura 23. Extracción de la muestra para la medición de parámetros de campo. .......................... 50 Figura 24. Primer enjuague del recipiente de vidrio. .................................................................... 50 Figura 25. Medición de parámetros con el equipo 3 en 1. ............................................................ 50 Figura 26. Medición de pH con tiras reactivas (agua ácida). ........................................................ 51 Figura 27. Toma de la primera muestra de agua (RCORA01)...................................................... 51 Figura 28. Dosificación de ácido nítrico NHO3. .......................................................................... 52 Figura 29. Recolección del agua para realizar el experimento. .................................................... 52 Figura 30. Empaquetado de galoneras para su transporte. ............................................................ 53 Figura 31. Traslado de las galoneras al área de experimento........................................................ 53 file:///D:/ZU/LEAR/Tesis_Natalia_Alejandra_Maco_Cano_al_17.04.2023.docx%23_Toc132654800 ix Figura 32. Abrir y remover las aguas de los galones. ................................................................... 54 Figura 33. Enjuague de los cuatro recipientes con el agua de las galoneras. ................................ 54 Figura 34. Medición y llenado de los recipientes. ........................................................................ 55 Figura 35. Culminación de la alimentación de los cuatro recipientes. .......................................... 55 Figura 36. Hidrófitas seleccionadas de acuerdo con su peso. ....................................................... 56 Figura 37. Grupos de 50 gramos de hidrófitas Eichhornia crassipes. ........................................... 56 Figura 38. Procedimiento de lavado de las macrófitas Eichhornia crassipes. ............................... 57 Figura 39. Introducción de las macrófitas Eichhornia crassipes. .................................................. 57 Figura 40. Resultado final del prototipo de tratamiento de agua natural. ..................................... 57 Figura 41. Lavado de materiales con agua destilada. ................................................................... 58 Figura 42. Etiquetado de envases para el envío de las muestras. .................................................. 58 Figura 43. Muestra extraída para la medición de parámetros de laboratorio. ............................... 59 Figura 44. Medición de pH con tiras reactivas en laboratorio. ..................................................... 59 Figura 45. Medición de CE y TDS en laboratorio. ....................................................................... 60 Figura 46. Lavado del envase para evitar la contaminación de la muestra. .................................. 60 Figura 47. Toma de muestras para ser enviadas al laboratorio. .................................................... 60 Figura 48. Disminución del volumen de agua y muerte progresiva de la planta. .......................... 61 Figura 49. Decoloración de las raíces de macrófitas. ................................................................... 62 Figura 50. Medición de la restauración de agua al tratamiento. ................................................... 62 Figura 51. Procedimiento de la preservación de las muestras con HNO3 .................................... 63 Figura 52. Procedimiento del empaquetado de las muestras para el transporte. ........................... 64 Figura 53. Concentración de arsénico después de la aplicación del Jacinto de Agua. .................. 67 Figura 54. Concentración de boro después de la aplicación del Jacinto de Agua. ........................ 68 Figura 55. Concentración de cobre después de la aplicación del Jacinto de Agua........................ 68 Figura 56. Concentración de hierro después de la aplicación del Jacinto de Agua. ...................... 69 Figura 57. Concentración de litio después de la aplicación del Jacinto de Agua. ......................... 70 Figura 58. Concentración del manganeso después de la aplicación del Jacinto de Agua.............. 71 Figura 59. Concentración de níquel después de la aplicación del Jacinto de Agua. ..................... 72 Figura 60. Concentración del fósforo después de la aplicación del Jacinto de Agua. ................... 73 Figura 61. Concentración de zinc después de la aplicación del Jacinto de Agua. ......................... 74 Figura 62. Valores de temperatura durante la realización del experimento. ................................. 75 Figura 63. Valores de CE durante la realización del experimento. ............................................... 76 Figura 64. Valores de pH durante la realización del experimento. ............................................... 77 Figura 65. Valores de Sólidos Totales durante la realización del experimento. ............................ 78 x RESUMEN La planta acuática Eichhornia crassipes es una especie que crece en humedales generalmente contaminados, formándose a raíz de su propia adaptación que beneficia a los ríos, generando su propio tratamiento natural en los ecosistemas acuáticos. En este caso se busca solucionar la problemática que se encuentra en el río Coralaque que han sido impactadas por la minera Aruntani SAC. en proceso de cierre. Esta nueva alternativa natural favorece a la salud de la población, economía y agricultura. Esta evaluación nos servirá para el posterior diseño de construcción de un biofiltro biológico con Eichhornia crassipes para el tratamiento de agua natural el cual es innovador, rentable y eficiente. El objetivo fue evaluar la influencia del Jacinto de agua (Eichhornia crassipes) en la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque. El método general de la investigación es aplicado, además es una investigación de estudio experimental con fundamento científico, tiene un diseño experimental con pre y post prueba, donde permite incluir dos o más variables dependientes e independientes. Se utilizó cuatro recipientes con 16 litros de agua cada uno, en los cuales tres de ellos llevan 50 g. de Eichhornia crassipes y el último no tiene ningún tratamiento, realizando un monitoreo a los 7, 17, 27, 37 y 74 días para analizar la concentración de los metales objetos de estudio, los cuales fueron enviados a un laboratorio certificado CERTIMIN, obteniéndose los siguientes resultados: para Arsénico (0.0513 mg/L), Boro (7.433 mg/L), Cobre (0.2545 mg/L), Hierro (4.64 mg/L), Litio (3.6757 mg/L), Manganeso (1.72451 mg/L), Níquel (0.0868 mg/L), Fósforo (1.8795 mg/L) y Zinc (0.506 mg/L), dichos resultados fueron comparados con los de la ECA para aguas según el D.S. N° 004-2017-MINAM. Concluyéndose que el porcentaje de remoción de los metales es de Arsénico (75.31 %), Boro (63.19 %), Cobre (90.18 %), Hierro (68.25 %), Litio (83.79 %), Manganeso (98.43 %), Níquel (97.31 %), Fósforo (56.19 %) y Zinc (94.40), Aluminio (67.41 %), Calcio (35.35 %), Magnesio (26 %), Sodio (47.9 %), y Estroncio (61.41 %). Palabras clave: autodepuración, macrófitas flotantes, biobiltro, drenajes ácidos mineros, metales, remoción, muestreo de agua, ECA, Río Coralaque. xi ABSTRACT The aquatic plant Eichhornia crassipes is a species that grows in generally polluted wetlands, forming as a result of its own adaptation that benefits rivers, generating its own natural treatment in aquatic ecosystems. In this case, it seeks to solve the problems found in the Coralaque river that have been impacted by the Aruntani SAC mining company. in the process of closing. This new natural alternative favors the health of the population, economy and agriculture. This evaluation will serve us for the subsequent construction design of a biological biofilter with Eichhornia crassipes for the treatment of natural water, which is innovative, profitable and efficient. The objective was to evaluate the influence of the water hyacinth (Eichhornia crassipes) on the concentration of metals in surface waters of the Coralaque River. The general method of the investigation is applied, it is also an experimental study investigation with scientific foundation, it has an experimental design with pre and post test, where it allows to include two or more dependent and independent variables. Four containers with 16 liters of water each were used, in which three of them carry 50 g. of Eichhornia crassipes and in the last one it does not have any treatment, monitoring at 7, 17, 27, 37 and 74 days to analyze the concentration of the metals under study, which were sent to a CERTIMIN certified laboratory, obtaining the following results: for Arsenic (0.0513 mg/L), Boron (7.433 mg/L), Copper (0.2545 mg/L), Iron (4.64 mg/L), Lithium (3.6757 mg/L ), Manganese (1.72451 mg/L), Nickel (0.0868 mg/L), Phosphorus (1.8795 mg/L) and Zinc (0.506 mg/L), these results were compared with those of the ECA for waters according to the DS No. 004-2017-MINAM. Concluding that the percentage of removal of metals is Arsenic (75.31%), Boron (63.19%), Copper (90.18%), Iron (68.25%), Lithium (83.79%), Manganese (98.43%), Nickel (97.31 %), Phosphorus (56.19%) and Zinc (94.40%), Aluminum (67.41%), Calcium (35.35%), Magnesium (26%), Sodium (47.9%), and Strontium (61.41%). Keywords: self-purification, floating macrophytes, biofilter, acid mining drainage, metals, removal, water sampling, ECA, Coralaque River. INTRODUCCIÓN En la actualidad, la contaminación que se encuentra presente en los recursos hídricos por la irresponsabilidad en la práctica de la actividad minera, es una problemática que se viene presentando en todos los cursos de agua superficial que se encuentran dentro del ámbito de influencia de las minas en operación, cierre o en abandono, tanto a escala distrital, provincial y regional; problemática que ha traído consecuencias del deterioro de la calidad de las aguas y las especies hidrológicas en las zonas donde estas se encuentran presentes. Debe considerarse que la depuración de los efluentes de agua contaminada por los metales pesados, es muy compleja por los elevados costos que existen en los tratamientos de agua que se emplean. Esta contaminación genera en la población y las especies de los ríos contaminados, desastrosas consecuencias. Las circunstancias actuales nos obligan a buscar sistemas eficientes y tecnológicos, los cuales sirvan como una alternativa para poder tratar los efluentes vertidos, por ejemplo, por la minería Aruntani SAC., en circunstancias de cierre, que contamina nuestro recurso hídrico en Coralaque a través de las filtraciones de Drenajes Ácidos Mineros (DAM); por lo cual, el sistema de depuración mediante macrófitas, sería una solución eficaz para la depuración de contaminantes de los efluentes mineros que son los causantes de muchas enfermedades de la población, a corto o largo plazo, y pérdida de recursos como: la economía, agricultura y ecosistemas acuáticos. El tratamiento de aguas contaminadas por metales con hidrófitas se genera de forma natural, lo cual es muy beneficioso porque el costo es mínimo, en particular para la población de Pachas, distrito de Chojata, provincia de General Sánchez Cerro en la ciudad de Moquegua, que tiene una población mínima y sus recursos con los que cuentan son limitados. Existen diferentes variables biotecnológicas como son los sistemas artificiales y los naturales, estos métodos funcionan entre ellos correctamente para la biorremediación de lugares contaminados. Esta Biorremediación, consiste en el uso de macrófitas para la construcción de un biofiltro biológico para el tratamiento de aguas con el fin de remediar in situ las aguas contaminadas, eliminando lo contaminantes del ambiente o haciéndolo inocuos. Estas macrófitas existen en algunos ríos y son aptas para su adaptación en bajas temperaturas, cumplen con la depuración en cuerpos de agua, generando un cambio de manera natural, mejora sus condiciones para mantener un sistema equilibrado sin afectar los hábitats de las especies que se desarrollan en el ámbito de estudio y la salud de la población, que se ve afectada al hacer el uso de estos cuerpos de agua contaminados. Basado en esta problemática el presente trabajo de investigación “INFLUENCIA DEL JACINTO DE AGUA (Eichhornia Crassipes) EN LA CONCENTRACIÓN DE METALES DE AGUAS SUPERFICIALES DEL RÍO CORALAQUE, MOQUEGUA 2021” tiene como problema 2 de investigación: ¿Cuál es la influencia del Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes) en la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021? El presente trabajo se divide en 5 capítulos. El capítulo I contiene el planteamiento del estudio, en el cual se da a conocer el problema, objetivos, justificación, limitación, hipótesis y variables de investigación. En el capítulo II, encontraremos los antecedentes de investigaciones internacionales y nacionales, cabe recalcar que la presente investigación no cuenta con antecedentes locales, puesto que es la primera que se lleva a cabo en el lugar. Así mismo se encuentran las bases teóricas que son el soporte de la investigación y la definición de términos. En el capítulo III, se encuentra la metodología, donde se detalla el método, alcance y diseño de la investigación. Además, se indica los materiales y métodos aplicados en campo para el desarrollo de la investigación. En el capítulo IV, observaremos los resultados y discusión de la investigación, donde se presenta los resultados del monitoreo y análisis de la información. También la comprobación de hipótesis aplicada a los resultados obtenidos. Por último, la discusión de los resultados contrastados con los antecedentes de investigación del presente trabajo. Finalmente, en el capítulo V se tiene las conclusiones, en las cuales se determinó que se reduce significativamente la concentración de metales (aluminio, arsénico, boro, calcio, cobre, hierro, magnesio, sodio, estroncio, fósforo y zinc), y no reduce significativamente la concentración de metales (litio, manganeso y níquel), el cual supera los valores establecidos por el ECA de agua según la normativa vigente. CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1. 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Desde los años 90, la contaminación se ha visto afectada en la mayoría de los ríos de América Latina, África y Asia; y se espera que en las próximas décadas la calidad de agua se deteriore aún más, logrando así aumentar las diversas amenazas para la salud del ser humano y el medio ambiente, siendo los más afectados los países con bajo desarrollo económico con un índice de crecimiento demográfico mayor y la falta de sistemas de gestión de aguas y supervisión de relaves mineros (UNESCO, 2019). Los relaves mineros son una problemática que se viene dando a nivel mundial, que ha causado impactos ambientales como es la destrucción de suelos, contaminación de aguas, extinción de especies, ya que después de realizar la actividad minera, los desechos son arrojados al ambiente sin ser tratados ni supervisados, generando malestar en los pobladores aledaños, zona donde se desarrolla la actividad minera. Se han realizado diversos estudios y se ha apreciado que el uso de tierras para la actividad minera entre los años 1976 y 2000, fue de 37.000 km2; que viene siendo un 0.2 % de la superficie terrestre estos causan impactos negativos dejando terrenos perturbados por la actividad minera y su recuperación es creciente (Fernandes y Furtado, 2012). Este hecho conlleva un gran número de problemas, tanto en la vida de las plantas ya que estos metales se depositan en el suelo, que han sido transportados por los mismos ríos, como por ejemplo la disminución de las hojas, putrefacción de raíces, o el amarillento de las hojas (clorosis) Azpilicueta, Peña y Gallego (2010), como en los humanos, donde los efectos pueden ser erupciones cutáneas, malestar de estómago y úlceras, problemas respiratorios, debilitamiento del sistema inmune, daño en los riñones e hígado, cáncer de pulmón y estómago, afecciones cardiacas, óseas, testiculares y el sistema nervioso central y periférico o la muerte (Suthersan, 2007), (Nava y Méndez, 2011). Estudios realizados en la Región de Moquegua, en la Provincia de General Sánchez Cerro, Distrito de Chojata, ubicada a unos 3628 m.s.n.m. y a 185 km. de Moquegua, con una población de 4 2 213 habitantes, se conoce que no tiene en su jurisdicción empresas mineras que perjudiquen en su entorno, pero se ha visto afectada por la contaminación de la unidad minera Tucuari, ubicada en el Distrito de Carumas, Provincia de Mariscal Nieto, perteneciente a la empresa Aruntani S.A.C. Esta hidrográficamente, se ubica en la parte alta del Río Tambo, en la unidad hidrográfica Coralaque, específicamente el DAM (Drenaje Ácido Minero), se encuentra cerca de las microcuencas Margaritani y Apostolini que son afectadas principalmente por las filtraciones acidas de la actividad de la unidad minera que se encuentra en proceso de cierre. Desde el año 2016 se vienen registrando una contaminación hídrica, cambios de color de agua verde, naranja intenso y amarillo, producto de los desechos mineros de la concesión Minera Florencia Tucuari; se realizaron estudios, los cuales muestran altas concentraciones en metales pesados (arsénico, boro, hierro aluminio), superando los límites máximos permisibles, afectando a los medios de vida (terrenos agrícolas, flora y fauna) y la salud de las poblaciones ribereñas de los ríos Coralaque y Tambo, siendo los principales afectados el centro poblado de Pachas; con el transcurrir de los años la situación de este recurso hídrico se ha agravado cada vez más, debido a las precipitaciones pluviales que son los que arrastran estos desechos mineros hacia el cauce de las quebradas (INDECI, 2021). Los monitoreos que han sido realizados por el OEFA y el ANA en diferentes puntos del Río Coralaque, determinaron que en dicho Río se tiene 12 parámetros que han superado los fijados por el DS N° 004-2017-MINAM. Debido a esta problemática para nosotros como investigadores, se ha tomado de suma importancia encontrar diversos métodos para la retención y extracción de dichos metales de las fuentes hídricas y, reducir la toxicidad en las mismas para garantizar la preservación de vidas humanas como de los ecosistemas, que son la principal necesidad del centro poblado de Pachas en el distrito de Chojata, ya que este líquido es vital para el desarrollo de las diferentes actividades humanas de centro poblado, la cual necesita un abastecimiento permanente. Dentro diversos métodos existentes para el control de este tipo de metales, encontramos un tratamiento eficiente y tecnológico, el cual pueda servir como alternativa para tratar los efluentes contaminados, tratamiento de aguas contaminadas mediante macrófitas, es una solución eficaz para la depuración de contaminantes de los efluentes mineros causante de daños a los pobladores, economía, agricultura y ecosistemas acuáticos. 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.2.1 Problema general ¿Cuál es la influencia del Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes) en la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021? 5 1.2.2 Problemas específicos • ¿Cuál es la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021, antes de la aplicación del Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes)? • ¿Cuál es la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021, después de la aplicación del Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes)? • ¿Cuáles son los cambios morfológicos cualitativos en el Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes) en función de la exposición de los metales de las aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021? 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo general Evaluar la influencia del Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes) en la concentración de metales en agua superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021. 1.3.2 Objetivos específicos • Determinar la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021, antes de la aplicación del Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes). • Determinar la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021, después de la aplicación del Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes). • Analizar cambios físicos durante la aplicación del Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes) en función de la exposición de los metales en las aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021. 1.4 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA El presente estudio se justifica debido a la contaminación por los metales pesados que se identificó en el agua del Río Coralaque ya que el agua es uno de los recursos más ricos e indispensables que poseen los seres humanos. Con esta investigación, se busca evaluar dos diferentes especies de hidrófitas que cumplan con un tratamiento de agua natural, el cual permita mejorar la calidad del agua para el bienestar de la salud de la población y el ecosistema acuático (trucha, camarón, etc.), lo que tendrá como consecuencias la mejoría del desarrollo de vida de la población. 6 1.4.1 Económica Este estudio es viable y de costo mínimo, porque es un tratamiento de agua contaminada natural, por medio de una especie de macrófitas antes mencionadas, las cuales tratará a todos los metales pesados del Río Coralaque, a través de un tratamiento natural de agua. 1.4.2 Ambiental La remoción de metales pesados del agua con la especie de macrófita que se estudia en el presente proyecto, beneficiarán la calidad del recurso hídrico del Río Coralaque y aportará como investigación en el tema ambiental, lo cual tiene como beneficio la mejoría del desarrollo de vida de la población, manteniendo un sistema acuático ambientalmente saludable, el cual permitirá el adecuado desarrollo de los ecosistemas que se devuelven en el área de influencia de la investigación y desarrollo económico para los pobladores de la zona. 1.4.3 Social Beneficiará a la salud de la población, la mejora de la calidad de la vegetación de la población de la zona y favorecerá al desarrollo de los animales de la población en Pachas, distrito de Chojata principalmente y los centros poblados que son perjudicados por estas quebradas de Margaritani y Apostolini. 1.5 LIMITACIONES DE LA PRESENTE INVESTIGACIÓN La importancia del proyecto de investigación, es conocer la influencia de la Eichhornia Crassipes en la concentración de metales pesados en aguas superficiales del Río Coralaque, de modo que, en un intervalo de tiempo, se hizo un estudio antes y durante la aplicación de la especie acuática, donde nos advierte la absorción de metales pesados. Una de las principales limitaciones que tuvo el presente trabajo, debido a la coyuntura actual por el COVID-19, es que no se disponía de movilidad con las medidas de bioseguridad para que nos lleve a dicho distrito, se tuvo que esperar a que se habiliten para poder contar con disponibilidad de hospedaje y movilidad. También, debido que el distrito de Chojata queda a 6 horas de Moquegua, la movilidad del volumen de agua que se va a utilizar en el experimento es difícil de transportar. El costo económico para analizar y obtener los resultados por un laboratorio certificado, en los parámetros químicos en el agua del Río Coralaque, y analizar las diferentes muestras. Se tuvo que esperar alrededor de un mes para que el Jacinto que hemos comprado, se adaptara a las condiciones ambientales en donde se realiza el estudio, ya que son plantas muy delicadas al cambio y se podían morir por un mal manejo. 7 1.6 HIPÓTESIS Y DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Ho: El Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes) no reduce significativamente la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021. Ha: El Jacinto de agua (Eichhornia Crassipes) reduce significativamente la concentración de metales en aguas superficiales del Río Coralaque, Moquegua 2021. 1.6.1 Operacionalización de Variables Tabla 1. Operacionalización de Variables. Variable Definición conceptual Tipo de varia ble Dimensi ón Indicador Escala de Medici ón Unidad Técnica e instrumen to CANTID AD DE JACINTO DE AGUA (V.I.) Variable Independie nte El término fitorremediación hace referencia al uso de plantas y de su microbiota, asociada para reparar suelos o aguas subterráneas contaminadas Las técnicas de fitorremediación incluyen la utilización de enmiendas de suelo y técnicas agrónomas para trasladar, contener o convertir los contaminantes del medio en una forma que disminuya su disponibilidad química o biológica (Poma y Valderrama, 2014). C u an ti ta ti v a co n ti n u a Cantidad y masa del Jacinto de agua Técnicas de fitorremedi ación Potencial de retención de metales. Estado de adquisición . Tiempo de adaptación. R az ó n Unidades y gramos Técnica: Pesaje del Jacinto antes de ser introducid o al tratamiento . Observació n directa Instrumen tos: Balanza 8 CONCEN TRACIÓ N DE METALE S (V.D.) Variable Dependien te Las actividades humanas producen diferentes vertidos que incrementan la concentración de contaminantes acuáticos. Estos metales son en concentraciones menores beneficiosos, pero si supera lo permitido puede causar efectos adversos (Ramos y Salas, 2015). C u an ti ta ti v a co n ti n u a Análisis fisicoquími cos Cambios climatológi cos. Calibració n de equipos de medida. In te rv al o pH Temperat ura °C Técnicas: Protocolo de monitoreo de la calidad de agua – ANA. Instrumen tos: 3 en 1 TDS multifunci onal TDS EC PPM Tiras de PH Cadena de custodia Formatos de recolecció n de datos. Concentraci ón (masa/volu men) Metodolog ía utilizada para la extracción de muestras. Manejo de las muestras. Porcentaje de remoción de metales. R az ó n Mg/l Ppm Nota: Elaboración propia. CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2. 2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN 2.1.1 Antecedentes internacionales Según el estudio de Benitez (2008), se realizó un muestreo de 2 tipos de plantas acuáticas (macrófitas) Jacinto Acuático (Eichhornia Crassipes) y Tul (Thypa spp) de la laguna anaeróbica 3 y del sistema de biofiltros (canales de depuración respectivamente de la Planta de Tratamiento La Cerra de Villa Canales por el mal manejo sustentable. Los resultados muestran la presencia de elementos como calcio, vanadio, manganeso, hierro, níquel, cobre, zinc, arsénico, plomo, rubidio, potasio, cromo, estroncio y titanio, en diferentes fracciones de la planta y con cierta tendencia a presentar concentraciones importantes, afirmando que el sistema utilizado es una buena alternativa para tratar los efluentes de actividades industriales, siendo un proceso de bajo costo. En el proyecto de Jaramillo y Flores (2012), se utilizó una metodología que se basa en dos estudios, uno realizado en la Universidad Centro Occidental Lisandro Alvarado (Venezuela) y el otro en la Universidad Nacional de la Amazonía Peruana, se realizó un experimento con un área con techo, ventilación adecuada y entrada de rayos solares a condiciones ambientales, divididas en tres fases; una adaptación de nutrición y de intoxicación colocando 30 gr. de Lemna minor y Eichhornia crassipes en 12 recipientes. Los resultados nos indican que el tratamiento A (Lemna minor) es el mejor por el mayor porcentaje de absorción de mercurio, mediante la prueba Tukey. Según con el proceso investigativo se ha determinado una pérdida en la cantidad de mercurio de un 70.5 %. Según Parra (2017), consistió en la construcción de cinco estanques, los que se ubicaron en las comunidades de la zona de estudio con mayor concentración de contaminantes, se colocaron especies vegetales Eichhornia crassipes y Chrysopogon zizanioides, este experimento tuvo una duración de 6 meses con tres fases: aclimatación, nutrición e intoxicación; por lo tanto, se propuso determinar 4 metales pesados (Pb, Cr, Fe y Ni) para sus análisis. Como resultado los metales pesados fueron: Ni de 35.1 a 0.9 % y Fe de 32.6 a 6.1 % que han sido los más absorbidos, con distintos valores 10 de remoción, en cada mes, aumentando y disminuyendo, la mayor parte de remoción es en el quinto mes equivalente a 150 días con 76.3 a 24.5 %. Ramos, Rodríguez y Martínez (2007), evaluaron la calidad de agua obtenida de humedales artificiales y el efecto del agua tratada, se hizo un sistema de tres estanques con junco (Scirpus americanus), tule (Typha latifolia) y lirio acuático (Eichhornia crassipes), se hizo pasar por cada uno con una retención de 15 días; Todos los parámetros disminuyeron, excepto el ión nitrato (0.60 a 0.82 mg/l) y la conductividad eléctrica (34.4 a 66.4 (mS/cm). El pH disminuyó de 8.33 a 7.29, así como la DQO (416 a 120 mgO2/l), el ión calcio (6.6 a 0.54 mg/l), el ión cloruro (0.011 a 0.002 mg/l), el nitrito (0.234 a 0.040 mg/l), el amonio (1.451 a 0.0003 mg/l) y el fosfato (10.3 a 2.3 mg/l); Pb y Cd se mantuvieron por debajo del límite permisible. En ambos cultivos hubo inhibición radicular significativa: el sorgo creció 1.69 cm. con agua tratada, 3.0 y 2.11 cm. con agua destilada y no tratada, respectivamente. El artículo de Rodriguez et al. (2010), es un estudio de comparación del tratamiento de aguas residuales domésticas, utilizando sistemas naturales como humedales artificiales que presenta como resultado una remoción de materia orgánica (DBO5) de entre 70 % y 86 % al utilizar el buchón de agua, y de 58 % cuando se utiliza la lenteja de agua. La metodología aplicada es de humedales artificiales, se comporta hidráulicamente como un modelo de flujo pistón, con elementos característicos de la planta que se empleó el pH (>11), en el caso de la lenteja y un pH de un rango de 6 a 8.0 en el buchón de agua, favoreciendo la estabilización de la materia organiza dentro del sistema biológico. Según la investigación de Valderrama (1996), evaluó a escala piloto el efecto de dos macrófitas acuáticas Limnobium laevigatum y Eichhornia crassipes, para así poder mejorar la calidad del agua residual industrial. Nos dio como resultado la eficiencia en la estabilización y neutralización del pH, disminuyendo las concentraciones de coliformes totales, DBO, DQO y sólidos suspendidos totales. Los coliformes totales, 68 y 22 % con L laevigatum y E. crassipes respectivamente; DBO, 76 Y 53 %; DQO, 26 Y 18 %; sólidos suspendidos totales, 70 y 56 % con L laevigatum y E. crassipes respectivamente. L laevigatum produjo un incremento en la alcalinidad total con respecto al afluente y fue más eficiente en la remoción de coliformes fecales que E. crassípes. Para los otros parámetros evaluados: temperatura, conductividad, sólidos disueltos y cloruros, las macrófitas no produjeron diferencias significativas en el afluente. Mendoza, Perez y Galindo (2018), investigan el aporte de las plantas acuáticas Pistia stratiotes y Eichhornia crassipes en el tratamiento del agua residual municipal (ARM) de la ciudad de Riohacha en Colombia. Se estableció un diseño experimental de un factor (plantas) y seis niveles que corresponden a los cinco tratamientos y un control. Se instalaron seis microcosmos con capacidad de 84,4 L que funcionaron a condiciones ambientales. De acuerdo con la prueba de 11 Dunnet, no existe diferencia significativa entre los tratamientos y el control, por tanto, no hay un aporte significativo de las plantas en la remoción de los contaminantes. Sin embargo, una pequeña diferencia en la remoción puede satisfacer las exigencias legales. Las máximas eficiencias de remoción se presentaron en los microcosmos con 100 % y 50 % cobertura de Pistia stratiotes, excepto DBO5 que se presentó en el sistema con 50 % de cada planta. En el trabajo de Gómez y Pinzón (2012), realizado en el lago del Parque La Florida, es un cuerpo de agua cuyas condiciones fisicoquímicas pueden variar con los cambios climáticos. Se utilizó el buchón de agua (Eichhornia crassipes), evaluando la efectividad de la Biorremediación, mediante el uso de esta planta en las aguas de dicho lago y se comparan con los resultados reportados por el laboratorio en un periodo de dos años. Como resultados se obtuvo la reducción de los Sólidos Totales (SST), una concentración alta de oxígeno disuelto, una remoción altamente eficiente de los elementos Fósforo y Nitrógeno. En cuanto a los metales pesados Plomo y Cromo, el porcentaje de remoción fue mayor al 95 %, pero sin embargo no se reflejó en los tensoactivos, el pH, las grasas y aceites. 2.1.2 Antecedentes nacionales Sandoval (2019), en su trabajo de investigación, evaluó la eficiencia de las macrófitas en la remoción de cadmio utilizando dos módulos piloto, el primer módulo (Eichhornia crassipes) y el segundo módulo (Lemna minor L), con agua simulada con concentración de 2 mg/l de cadmio, circulando paralelamente durante un periodo de 11 días de ensayo, con un análisis cada 2 días, con las condiciones de laboratorio, dando como resultado final una evidencia que la Eichhornia crassipes presentan una eficiencia de 83.57 % mientras que la Lemna minor L, una eficiencia del 39.35 %, siendo el principal cambio morfológico la variación de color de las especies durante el ensayo. Delgado (2020), busca evaluar la eficiencia de la Eichhornia crassipes en el agua residual industrial (farmacéutica – cosmética) de la Empresa Laboratorios Portugal S.R.L., utilizando una metodología de un equipo piloto compuesto por cuatro tanques en paralelo. Los aniones se determinaron por cromatografía iónica, los metales pesados fueron analizados por espectrometría de masa acoplado inductivamente (ICP- MS). En el aporte de bio-tratamiento de las aguas residuales no tuvo gran eficiencia en la depuración de materia orgánica, pero si para los metales eco tóxicos, aniones, cromo y arsénico a excepción del cadmio. Garay (2017), busca determinar la eficacia de las macrófitas Jacinto y Lenteja de agua para disminuir la concentración de boro, usando las aguas de la laguna “La Milagrosa” ubicada en Chilca. Se hizo un diseño donde se construyó 3 peceras, en las cuales se codificó de la siguiente manera; M1 (Jacinto de agua), M2 (Lenteja de agua) y M3 (Jacinto y Lenteja), donde se colocaron 10 litros de agua con diferentes dosificaciones en un periodo de 3 semanas. La concentración inicial de Boro fue 12 de >25 mg/L., que excede las ECA, como conclusión llegamos que el M1 logro disminuir hasta 6.88 mg/L, en el M2; 26.93 mg/L y en el M3; 27.41 mg/L. En la investigación de Mena y Eyzaguirre (2020), hacen una recolección de Eichhornia crassipes en la ciudad de Camaná, distrito de Samuel Pastor, para ser llevado a laboratorio y comprobar que no haya restos de mercurio. Se recolecta 12.5 litros de agua (de dos sitios diferentes), en frascos de vidrio esterilizados para obtener resultados exactos, luego se aplica una metodología de 10 celdas para cada muestra, las cuales tienen una capacidad de 2 litros, este proceso tiene una duración de 20 días naturales, pasados los primeros 10 días, se llevó a un laboratorio acreditado por el método de espectrofotometría de absorción atómica. Los resultados obtenidos son que dichos efluentes han sobrepasado el límite máximo permisible, aplicando el experimento la absorción de mercurio por la Eichhornia crassipes es en el periodo de los 10 primeros días, con una efectividad de 77 %, por lo que a mayor tiempo de exposición mayor absorción. Rojas y Suyo (2019), se basaron en una problemática causada por la presencia del arsénico en aguas de los pozos que abastecen el centro poblado de Cruz de Médano, se partió por la toma de muestra de agua con arsénico del pozo y la recolección de la especie, identificando y comparando los parámetros fisicoquímicos de un antes y después de la aplicación del Jacinto de Agua para demostrar su eficacia. Los resultados que se han obtenido comparando los resultados que se obtuvieron por los análisis, demostraron que a medida que se dejaba el Jacinto de agua por más semanas, el arsénico logro disminuir de un inicial de 0.047 mg/l. a un resultado final de 0.019 mg/l. determinándose el 60 % de disminución y mantuvo los parámetros que requería la planta en temperatura y pH. Según Lozada (2019), en su trabajo de investigación denominado Eficiencia de cuatro biomasas de Eichhornia crassipes en la remoción de cadmio en aguas residuales del tragadero Yacuchingana – Cajamarca, se buscó determinar la eficiencia de cuatro biomasas de Eichhornia crassipes en la remoción de cadmio en aguas residuales del tragadero Yacuchingana – Cajamarca, para los cuales se instalaron cuatro tanques de agua con distintas biomasas de Eichhornia Crassipes, el primer tratamiento con 20 plantas, el segundo por 30, el tercero con 40 y el cuarto con 50, estos tratamientos tuvieron 50 litros de agua respectivamente, con un monitoreo de agua en tres espacios de tiempo que fueron 7, 14 y 21 días. Se obtuvo como resultado la eficiencia de esta planta para remover metales pesados, obteniendo como resultados que la biomasa tres la cual está compuesta por 40 plantas a los 21 días fue la más eficiente teniendo un 94.64 % de remoción de cadmio. En el trabajo de Quispe et al (2017), buscan evaluar la eficiencia en la remoción de los parámetros fisicoquímicos, metales pesados de la especie macrófita Eichhornia crassipes y, evaluar su crecimiento en función del tiempo y adopción en medio de la laguna de la Universidad Peruana Unión, se hizo un muestreo por dos meses, en función del ingreso de agua a la laguna y el tiempo de 13 retención que fue de 3 a 5 días. Se obtuvo como conclusión que la eficiencia es de un 31 % en la remoción de parámetros fisicoquímicos; asimismo, se obtuvieron resultados negativos en algunos parámetros. En cuanto al crecimiento de macrófitas flotantes, en 15 días se llegó a duplicar la cantidad de plantas y luego fue llenando al sistema flotante gracias a los nutrientes de la laguna. 2.2 BASES TEÓRICAS 2.2.1 Tratamiento Natural (Fitorremediación). Este tratamiento consiste en hacer un cultivo de plantas para eliminar los tóxicos que se encuentran en el agua o el suelo. Se logran eliminar los plaguicidas, derrames de hidrocarburos, disolventes, lixiviados de basureros tóxicos y explosivos. Estas plantas han de absorber los tóxicos fijándolos o metabolizándolos parecido a lo que hacen los procesos de biorestauración (Peña, Carter y Ayala, 2001). La fitorremediación tiene varios tipos de procesos para la remediación, pueden llegar a variar según la fracción de la planta que interactúa o los microorganismos que ayudan degradación de los contaminantes tóxicos que se encuentran (Arias et al., 2010). Delgadillo et al. (2011), nos explican que la fitorremediación se puede pensar como un conjunto de métodos que sirven para metabolizar, degradar, asimilar o desintoxicar compuestos orgánicos, químicos e inorgánicos. Se utilizan plantas que tengan una competencia fisiológica y bioquímica de retener, degradar, absorber o transformar dichas sustancias tóxicas a formas que no contamine el ambiente. La Environmental Protection Agency (1983), se especializa en ser una práctica pasiva, estéticamente agradable, que logra aprovechar el talento de las plantas y la energía solar para ser utilizada en distintos tratamientos con una variedad gran de contaminantes. En esta técnica las plantas actúan como trampas o filtros biológicos, que descomponen los contaminantes o lo metabolizan tal como lo hacen los microorganismos para que por último, sean convertidos en unos compuestos pocos peligrosos y más estables, como son el dióxido de carbono, agua y sales minerales (Peña, Carter y Ayala, 2001). 14 Tabla 2. Procesos de fitorremediación. TIPO PROCESO INVOLUCRADO CONTAMINACIÓN TRATADA Fitoextracción Las plantas se usan para concentrar los contaminantes en las partes cosechables. Diversas aguas contaminadas con cadmio, cobalto, níquel, mercurio, plomo, selenio, zinc. Rizofiltración Las raíces de las plantas se usan para absorber, precipitar y concentrar los contaminantes a partir de efluentes líquidos contaminados y degradar compuestos orgánicos. Aguas contaminadas con cadmio, cobalto, cromo, níquel, mercurio, plomo, plomo selenio, zinc, isotopos radiactivos y compuestos fenólicos. Fitoestabilización Las plantas tolerantes se usan para reducir su movilidad y evitar el pasaje a capas subterráneas. Lagunas de deshecho de yacimientos mineros, aguas residuales. Propuesto para fenólicos y compuestos clorados. Fitoestimulación Se usan los exudados radiculares para promover el desarrollo de microorganismos degradativos (bacterias y hongos). Hidrocarburos derivados del petróleo y poliaromáticos, benceno, tolueno, atrazina, etc., aguas residuales agropecuarias. Fitovolatilización Las plantas captan y modifican los contaminantes orgánicos y los liberan a la atmósfera con la transpiración. Aguas residuales agropecuarias, aguas con mercurio, selenio y solventes clorados (tetraclorometano y triclorometano). Fitodegradación Las plantas acuáticas y terrestres captan, almacenan y degradan compuestos orgánicos para dar subproductos menos tóxicos o no tóxicos. Aguas residuales agropecuarias, Municiones (TNT, DNT, RDX, nitrobenceno, nitrotolueno), atrazina, solventes, clorados, DDT, pesticidas fosfatados, fenoles y nitrilos, etc. Nota: Tomado de Reigiosa, Pedrol y Sánchez (2003). En algunos casos, los contaminantes degradados en moléculas más simples, son utilizados para acelerar el crecimiento de las macrófitas flotantes, los cuales son un amplio y variado grupo de plantas, entre las que se destacan el jacinto de agua (Eichhornia crassipes), lenteja de agua (Lemna minor), la salvinia (Salvinia spp.), la redondita de agua (Hydrocotyle ranunculoides), (Martelo, Jaume y Borrero, 2012). 15 2.2.2 Formas de vida de las hidrófitas 2.2.2.1 Hidrófitas fijas en el sustrato. a. Hidrófitas emergentes Se encuentran en suelos expuestos o sumergidos, donde el nivel de la capa freática se localiza a unos 50 centímetros o más de la superficie del suelo. Estas plantas pueden llegar a medir más de los 1.50 metros en los lugares que se encuentran cubiertos de agua. La mayoría de los casos son plantas rizomatosas, con las hojas flotantes o sumergidas y sus órganos reproductivos son externos (Sculthorpe, 1967). Ejemplos: Typha, Eleocharis, Schoenoplectus, Zizaniopsis, Ludwigia, Phragmites. Figura 1. Schoenoplectus corymbosus es una juncia resistente. Fuente: Tomada de “Plantas vasculares acuáticas en Chile”, por Rodríguez y Gallardo, 2020, p. 115. b. Hidrófitas de hojas flotantes. El habitad en el cual se desarrollan, son los suelos que están sumergidos, donde pueden alcanzar una profundidad desde los 25 centímetros hasta los 3.5 metros. Algunas especies tienen heterofilia, sus hojas son sumergidas acompañadas de hojas flotantes y en otras especies cuando la densidad es muy alta forman hojas emergentes. Sus órganos reproductivos son de forma aérea (Sculthorpe, 1967). - Rizomatosas: Son las que poseen hojas flotantes que se colocan en largos pecíolos flexibles. Ejemplo: Nymphaea, Nuphar. 16 Figura 2. Nymphaea alba. Fuente: Tomada de “Plantas vasculares acuáticas en Chile”, por Rodríguez y Gallardo, 2020, p. 161. - Estoloníferas. Poseen pecíolos relativamente cortos y tallos ascendentes que elaboran hojas flotantes. Ejemplos: Nymphoides y Potamogeton natans. Figura 3. Patamogeton natans (Hierba de estanque flotante). Fuente: Tomada de “Plantas vasculares acuáticas en Chile”, por Rodríguez y Gallardo, 2020, p. 171. c. Hidrófitas sumergidas Su desarrollo se da principalmente en los suelos sumergidos, pueden llegar a medir 10 o 11 metros de profundidad. Su follaje se encuentra totalmente sumergido con hojas fenestradas, filiformes o finamente divididas. Sus órganos reproductivos son flotantes, sumergidos o aéreos (Sculthorpe, 1967). 17 - Caulescentes. Poseen tallos flexibles con sus raíces que nacen desde sus nudos, con o sin rizomas. Ejemplos: Egeria, Potamogeton, Elodea, Hydrilla. Figura 4. Egeria. Fuente: Tomada de “Plantas vasculares acuáticas en Chile”, por Rodríguez y Gallardo, 2020, p. 83. - Roseta. Sus hojas tienen un nacimiento desde el tallo rizoma o condensado, en algunas especies estoloníferas. Ejemplos: Vallisneria, Aponogeton e Isoetes. Figura 5. Isoetes chubutiana. Fuente: Tomada de “Plantas vasculares acuáticas en Chile”, por Rodríguez y Gallardo, 2020, p. 69. 18 - Taloide. Su cuerpo condensado y reducido, sin diferenciar entre el tallo y la hoja. Ejemplo: Podostemaceae. Figura 6. Podostemaceae. Fuente: Tomada de “Plantas vasculares acuáticas en Chile”, por Rodríguez y Gallardo, 2020, p. 69. 2.2.2.2 Flotantes libres Su reproducción se da en lugares que tienen una mínima de actividad en la columna de agua, poseen una morfología variable, plantas estoloníferas que tienen hojas flotantes o aéreas (Eichhornia crassipes, Limnobium, Pistia), también se logra considerar algunas plantas con una extrema simplificación anatómica (Lemna, Spirodela, Wolffia). Figura 7. Hábitat de los distintos tipos de plantas hidrófitas. Fuente: Tomada de “Flora acuática española”, por Cirujano, Meco y García, 2014, p. 18. 19 Figura 8. Ejemplos de formas de vida. A) Sumergidas; B) Flotantes enraizadas; C) Flotantes libres; D) Emergentes. Fuente: Tomada de “Aquatic Plant Center”, por University of Florida, 2018. Martelo, Jaume y Borrero (2012), especifican los procesos por los cuales las macrófitas flotantes degradan los contaminantes es mediante tres mecanismos: - Filtración y sedimentación de sólidos. - Incorporación de nutrientes en plantas y su posterior cosechado. - Degradación de la materia orgánica por un conjunto de microorganismos facultativos asociados a las raíces de las plantas; y en los detritos del fondo de la laguna, dependiendo del diseño. 2.2.3 Funciones de las hidrófitas en los mecanismos de remoción Las hidrófitas poseen muchas características que hacen que sean un componente preciso para los humedales que son construidos. Algunas de estas características, son las que les brindan estabilidad de la superficie a los humedales que son construidos y logra prevenir los taponamientos de la matriz, que terminan siendo de suma importancia para los humedales. De esta manera, ellos 20 poseen buenas condiciones para el crecimiento de microorganismos y la filtración física. Su característica destacada importante, es la capacidad que tiene de trasferir el oxígeno a la rizosfera (Delgadillo et al., 2010). Una de las características que tiene suma importancia en sus aportes, es que únicamente en los climas templados se da la capacidad de un aislamiento térmico de las hidrófitas y en invierno el tejido muerto puede formar una capa que logra cubrir la superficie, así se protege del frio y la reducción de la temperatura del agua fluye por el humedal o río en el cual se desarrolla su hábitat (Delgadillo et al., 2010). Pueden brindar un hábitat para el desarrollo de la vida, a la misma vez dar un paisaje deleitoso a los sistemas de tratamiento de agua residual o los ríos, según la especie que será introducida. 2.2.4 Efectos de las plantas flotantes libre en sistemas de tratamiento A nivel mundial, la mayoría de los estudios de plantas flotantes libres, en especial E. crassipes y P. stratiotes, se relaciona con su crecimiento y capacidad de asimilación de nutrientes (Reddy y Smith, 1987), también como su dispersión y formas de control (Mitchell, 1973). Estas plantas son consideradas como malezas acuáticas en sistemas tropicales y subtropicales, algunas veces en zonas templado – cálidas de Europa. Debido a su “consumo lujurioso” de nutrientes, son utilizados en tratamientos de aguas residuales o efluentes industriales (Vymazal et al., 2010). Asimismo, Klumpp et al. (2002) constituyen buenos indicadores para el monitoreo de la contaminación con metales y son ampliamente utilizados como forraje para animales de granja y ración en acuicultura. Según García (2011), estas plantas desempeñan un papel importante en los sistemas de tratamiento de agua por sus principales funciones: - Facilitan el oxígeno a los microorganismos y airean el sistema radicular. - Absorben el nitrógeno y el fósforo (nutrientes). - Asimilan directamente en sus tejidos los contaminantes para ser posteriormente ser eliminados. - Por su sistema radicular entramado se logran filtrar los sólidos que se encuentran en el agua. 21 Tabla 3. Funciones de las plantas en sistemas de tratamiento con macrófitas Parte Funciones Raíces y/o tallos en la columna de agua Superficie sobre la cual la batería crece. Medio de filtración y absorción de sólidos. Tallos y/o hojas sobre la superficie del agua Reducen, los efectos del viento, es decir, transferencia de gases entre la atmósfera y el agua. Importante en la transferencia de gases para y desde las partes sumergidas de las plantas. Nota: Tomado de Pérez y Camacho (2003). 2.2.5 Ventajas y desventajas del tratamiento de agua con hidrófita Según Vargas (2003), en su tesis titulada mejoramiento y ampliación de la planta de tratamiento del Pueblo Joven Julio C. Tello de Lurín, nos señala las siguientes: a. Ventajas: - Se considera como una tecnología sustentable. - Para tratar los diferentes tipos de contaminantes in situ es muy eficiente. - En ambientes con concentraciones de bajas a moderadas es aplicable. - No necesita personal especializado para su empleo ni consumo de energía por ello es de bajo costo. - No genera contaminantes secundarios y por ello no tienen apuro de lugares de desecho. - Es estéticamente agradable, por lo que tiene una alta probabilidad de aceptación por el público. - Evita el tráfico pesado y la excavación. - En caso de una serie diversa de materiales peligrosos tiene una versatilidad potencial. - Se reciclan recursos (metales, agua y biomasa). b. Desventajas: - Depende de las estaciones del año. - La excesiva toxicidad ambiental limita el crecimiento de la vegetación o hidrófita a reproducir. - En las especies perennes, los contaminantes aglomerados en las hojas pueden ser liberados nuevamente al ambiente. - Algunos contaminantes incrementan su solubilidad, lo que termina como resultado el incremento de un daño ambiental o migración de contaminantes. 22 - Favorece al desarrollo de mosquitos. - Generación de sedimentos contaminados. - La tecnología requiere un área considerable de construcción de canales. 2.2.6 Eichhornia crassipes Es una planta perenne, flotante con tallos reducidos a un simple nudo, con roseta de hojas basales. Sus hojas tienen un tamaño de 2.5 – 14 x 3.5 -10 cm., son redondeadas, con un pecíolo de 3,5 – 50 x 1,5 – 3 cm., inflado en forma de globo, formando una vejiga llena de aire que permite a las hojas que puedan mantenerse a flote en la superficie del agua. Las raíces son muy abundantes en forma de melena, con la parte final blanca cuando son jóvenes, negro-violácea cuando son adultas. Eje de la inflorescencia de hasta 25 cm., en la espiga con 4-18 flores, que sobresale de una bráctea (espata) de 4-12 x 1.5-3 mm.; anteras 1,7-2mm., circulares. Gineceo 3-3,5 cm., del mismo color que el perianto, con pelos glandulosos. Fruto 10-15 x5-6 mm., en cápsula con forma de huso que contienen 450 semillas. Esta planta tiene un potente sistema radicular, hasta el punto de que más de 50 % de la biomasa de la planta, pueden ser raíces que son adventicias y fibrosas con una apariencia de plumas (Verdejo et al., 2006). Es originario de la cuenca del Amazona y los extensos lagos y pantanos de la región del Pantanal del occidente de Brasil (GISB, 2006). El nombre vulgar: jacinto de agua, camalote, lechuga de agua o lirio de agua. Su nombre en latín crassipes significa el que tiene los pies gruesos, porque las hojas tienen el pecíolo inflamado. a. Reproducción. Es una planta con flores que se reproduce sexualmente, originando frutos en forma de cápsula, se multiplica por este procedimiento, se logra multiplicar de esta manera. Su reproducción artificial se efectúa por la división de los estolones que los plantones emiten durante la estación favorable, dando como origen natural una red vegetal capaz de colonizar (Correll y Johnston, 1970). 23 Figura 9. A) Morfología de la macrófita Eichhornia crassipes; B) Eichhornia crassipes; C) Formaciones de Eichhornia crassipes rellenando un brazo del río Guadiana a su paso por Mérida (Badajoz) en el año 2005. Fuente: Tomada de “Flora acuática española”, por Cirujano, Meco y García, 2014, p. 190- 191. b. Fenología. En sur América florece todo el año, en otros lugares como el centro de América florece en agosto a octubre y en Estados Unidos en abril a julio, épocas de lluvia y verano (Correll y Johnston, 1970). c. Hábitat. Se desarrolla en los bordes de ríos, canales, chacras, arroyos, pantanos y otros humedales de agua estancada o con poca corriente y éutrofas. Es considerado una maleza acuática (Rzedowski y Rzedowski, 2004). La temperatura adecuada para el desarrollo de esta hidrófita se encuentra entre los 20 y 30 °C, aunque en invierno con protección puede llegar a crecer en 10 °C. Es una planta que rebrota en la primavera, llegando a necesitar agua estancada con poca corriente y al sol o semisombra (Club Acuaristas Bragado, 2015). d. Taxonomía Según CABI (2009), menciona que la Eichhornia crassipes está ubicado de la siguiente manera: A B C 24 Reino: Plantae Phylum: Espermatophyta Subfilo: Angiospermas Clase: Monocotyledonae Orden: Pontederiales Familia: Pontederiaceae Género: Eichhornia Especie: Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, 1883 e. Observaciones Se ha utilizado para el tratamiento de aguas residuales, la eliminación de metales pesados y otros compuestos, es una de las plantas acuáticas que tiene un poder de depuración muy alto. Forma importantes masas vegetales que pueden llegar a interrumpir el paso del agua por su rápida reproducción. 2.2.6.1 Aplicación en tratamiento de aguas residuales. Las principales características que cumple esta hidrófita y que la hace adecuada para el proceso de la fitorremediación, es que tienen una tasa de crecimiento, elevada productividad, y tiene facilidades para su recolección por su cobertura vegetal sobre la superficie del agua (Careño, 2016). Estas plantas se consideran acumuladoras y por lo tanto con un potencial fitorremediador porque presentan una tolerancia a los metales. Esta tolerancia se puede evaluar mediante su coeficiente de translocación, el cual pu