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ESTUDIO DEL EFECTO DE BIOFILTRO DE Eichhornia crassipes (Buchón) PARA LA REMOCIÓN DE METALES PESADOS EN EL EMBALSE DE TOMINÉ
JULIÁN DAVID GONZÁLEZ GÓMEZ
Proyecto de grado presentado como requisito para optar al título de
Ingeniero Ambiental
Director: Ing. Manuel Salvador Rodríguez Susa PhD.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ D.C.
2009
ii
A mi Familia por todo su apoyo
y confianza
iii
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a mi director Manuel Rodríguez, por todo su apoyo, su motivación y su orientación para el desarrollo de este proyecto.
De igual forma quiero agradecer al Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental por toda la colaboración que me brindaron. Al laboratorio de Ingeniería Ambiental por facilitarme los equipos y por su asistencia en la realización de los análisis respectivos. A Edna Delgado, Olga Gómez y Nancy Henao, por su gran disposición y colaboración.
A Mariana Rodríguez y Juan Martín Vélez por la ayuda brindada y su compañerismo.
Finalmente a todos los que de alguna manera colaboraron en la realización de este proyecto.
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TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCION ....................................................................................... 5
1.1. Aspectos generales .......................................................................... 5
1.2. Definición del problema ................................................................... 6
1.3. Objetivo general .............................................................................. 7
1.4. Objetivos específicos........................................................................ 8
1.5. Metodología .................................................................................... 8
1.6. Resumen del contenido ................................................................... 9
2. METALES PESADOS ................................................................................ 10
2.1. Origen ............................................................................................ 10
2.1.1. Origen natural .......................................................................... 10
2.1.2. Origen Antropogénico.............................................................. 11
2.2. Comportamiento Individual ........................................................... 11
2.2.1. Arsénico ................................................................................... 11
2.2.2. Cadmio..................................................................................... 12
2.2.3. Cinc .......................................................................................... 13
2.2.4. Cobre ....................................................................................... 14
2.2.5. Cromo ...................................................................................... 14
2.2.6. Mercurio .................................................................................. 15
2.2.7. Níquel ...................................................................................... 16
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2.2.8. Plomo ...................................................................................... 17
3. FITORREMEDIACIÓN .............................................................................. 19
3.1. Aspectos generales ........................................................................ 19
3.2. Estrategias de las plantas ............................................................... 21
3.2.1. Plantas Acumuladoras ............................................................. 21
3.2.2. Plantas Indicadoras .................................................................. 21
3.2.3. Plantas Excluyentes.................................................................. 21
3.3. Ventajas y desventajas ................................................................... 22
3.3.1. Ventajas ................................................................................... 22
3.3.2. Desventajas ............................................................................. 22
3.4. PH .................................................................................................. 23
3.5. Tipos de fitorremediación .............................................................. 24
3.5.1. Fitoextracción .......................................................................... 24
3.5.2. Fitoestabilización ..................................................................... 25
3.5.3. Fitovolatilización ...................................................................... 25
3.5.4. Rizofiltración ............................................................................ 25
3.5.5. Fitodegradación ....................................................................... 26
3.5.6. Rizodegradación ...................................................................... 26
3.6. Mecanismos ................................................................................... 26
3.6.1. Aspectos generales .................................................................. 26
3.6.2. Fitoquelatinas .......................................................................... 28
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3.6.3. Rizósfera .................................................................................. 28
3.7. Disposición ..................................................................................... 29
4. DESCRIPCION DE Eichhornia crassipes ................................................... 30
4.1. Clasificación ................................................................................... 30
4.2. Morfología ..................................................................................... 30
4.3. Crecimiento y reproducción ........................................................... 31
4.4. Hábitat ........................................................................................... 32
4.5. Respuestas a metales pesados ....................................................... 32
5. ÁREA DE ESTUDIO.................................................................................. 35
5.1. Ubicación ....................................................................................... 35
5.2. Afluentes........................................................................................ 36
5.3. Sedimentos .................................................................................... 37
5.4. Tapete de Eichhornia crassipes ...................................................... 37
5.5. Municipio de Guasca ...................................................................... 40
5.5.1. Tipos de Suelo .......................................................................... 40
5.5.2. Usos del suelo .......................................................................... 41
5.5.3. Aguas residuales ...................................................................... 42
5.5.4. Metales pesados en el suelo .................................................... 43
6. METODOLOGÍA ...................................................................................... 45
6.1. Muestras líquidas ........................................................................... 45
6.1.1. Agua superficial ....................................................................... 45
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6.1.2. Agua asociada a raíz ................................................................. 46
6.1.3. Sólidos suspendidos y disueltos totales .................................. 46
6.2. Muestras sólidas ............................................................................ 46
6.3. Parámetros .................................................................................... 47
7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................... 49
7.1. Concentración de metales pesados y sólidos totales en muestras líquidas ...................................................................................................... 49
7.2. Concentración de metales pesados en muestras sólidas................ 51
7.3. Parámetros .................................................................................... 52
7.4. Remoción de metales pesados ....................................................... 53
7.4.1. Arsénico ................................................................................... 56
7.4.2. Cadmio..................................................................................... 56
7.4.3. Cinc .......................................................................................... 57
7.4.4. Cobre ....................................................................................... 58
7.4.5. Cromo ...................................................................................... 58
7.4.6. Mercurio .................................................................................. 59
7.4.7. Níquel ...................................................................................... 59
7.4.8. Plomo ...................................................................................... 60
7.5. Comparación con la normatividad ................................................. 61
8. CONCLUSIONES ..................................................................................... 68
9. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................ 69
10. ANEXOS ................................................................................................ 77
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1. INTRODUCCION
1.1. Aspectos generales
Los metales pesados en el ambiente se originan debido a procesos geológicos que ocurren de manera natural y las actividades humanas. Su alta toxicidad y el aumento constante de estas actividades han despertado gran preocupación por evaluar y remediar la contaminación ambiental generada por estos elementos. La eutroficación es un fenómeno que se presenta debido a un nivel muy alto de nutrientes en un cuerpo de agua, favoreciendo un crecimiento excesivo de las plantas cubriendo por completo el espejo de agua. Este fenómeno evita el intercambio gaseoso en la superficie del agua lo cual sumado a la gran cantidad de materia orgánica en descomposición reduce el oxigeno disuelto a niveles críticos generando un ambiente anaerobio.
La presencia de macrófitas acuáticas en un cuerpo de agua se asocia comúnmente con este fenómeno, por lo cual se piensa generalmente que la mejor opción de manejo es la remoción de dichas plantas. Sin embargo desde tiempos antiguos se conoce sobre la capacidad de la plantas para remover distintos elementos tóxicos del agua y del suelo, por lo cual en los últimos años se ha dado un nuevo enfoque hacia la aplicación de una nueva biotecnología, la fitorremediación (Salt, 2006).
La fitorremediación es el uso de plantas para eliminar la polución del ambiente. Dependiendo de la especie, estas plantas tienen las capacidad de remover diferentes contaminantes como pesticidas y metales pesados
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evitando así su propagación por el suelo y las aguas tanto superficiales como subterráneas (United States Environmental Protection Agency, 2001).
Eichhornia crassipes, conocida comúnmente en Colombia como Buchón, Lirio o Jacinto de agua, es una planta acuática flotante. Esta planta originaria del Brasil, se adapta bien en las zonas tropicales gracias, en parte, a su gran capacidad de propagación. Esta característica sumada a su rápido crecimiento ha generado problemas en algunos cuerpos de agua como es el caso del embalse de Muña, para el cual se ha necesitado implementar mecanismos de control (Centro de Investigaciones en Ingenieria Ambiental, 1998).
El embalse de Tominé presentó problemas por la proliferación de buchón de agua, y actualmente se lleva a cabo actividades de cosecha. Sin embargo en los últimos años se ha demostrado que la presencia de Eichhornia crassipes ha mejorado la calidad del agua (Centro de Investigaciones en Ingenieria Ambiental, 2008).
Evaluando la capacidad de Eichhornia crassipes para remover metales pesados del agua se pueden generar políticas para el manejo ambiental que conlleven al mejoramiento de la calidad del agua del embalse, la cual es utilizada por la población vecina en actividades pecuarias y agrícolas.
1.2. Definición del problema
En años anteriores el embalse de Tominé sufrió una gran proliferación de buchón de agua. Debido a que la presencia de este tipo de macrófita se
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asocia comúnmente con un deterioro del cuerpo de agua debido a su interferencia en actividades como la pesca y la navegación, se ha venido realizando labores de cosecha para su remoción. A esto se le suma el hecho que la población vecina al embalse utiliza el recurso hídrico para actividades agrícolas, pecuarias y de recreación,
De igual manera la proliferación del buchón genera eutrofización, evitando la reaireación y evitando el paso de la luz al cubrir el espejo de agua. Adicionalmente aumenta en gran medida la materia orgánica en descomposición reduciendo la concentración de oxigeno disuelto y creando un ambiente anaerobio.
Actualmente la mayor densidad de buchón se encuentra confinada en la parte sur del embalse donde llegan sus afluentes, el río Siecha y el río Aves. Esta confinación ha creado un tapete que ha mejorado notoriamente la calidad del agua del embalse, generando un efecto de biofiltro que actúa sobre las aguas de los afluentes (Centro de Investigaciones en Ingenieria Ambiental, 2008). Por tal motivo se desea analizar el papel que juega el buchón de agua en la remoción de metales pesados y así verificar el efecto benéfico que tiene sobre el embalse.
1.3. Objetivo general
El presente trabajo pretende dar un primer análisis sobre la capacidad de la especie Eichhornia crassipes para remover metales pesados del cuerpo de agua para así tener una línea base que ayude en la toma de decisiones para las futuras políticas de manejo ambiental que se den en el embalse.
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1.4. Objetivos específicos
· Hacer una descripción biológica de la especie Eichhornia crassipes.
· Exponer la situación actual del embalse y las zonas aledañas, así como los usos y condiciones de su cuenca.
· Hacer una descripción sobre algunos de los procesos de fitorremediación.
· Observar el comportamiento de la calidad del agua asociada a la concentración de metales pesados en el agua y en la planta.
1.5. Metodología
La primera parte del presente trabajo consta de una descripción de los metales pesados de interés, sus características y relevancia como agentes contaminantes. Se hace una descripción sobre la fitorremediación asociada a estos metales haciendo énfasis en macrófitas acuáticas, particularmente la especie Eichhornia crassipes. De igual forma contiene una breve revisión sobre el embalse y las zonas aledañas, así como el uso del suelo y las actividades socio-económicas de la zona. La segunda parte consiste en el análisis del potencial del buchón para remover metales pesados. Este se realizó midiendo la concentración de estos metales en el agua y en las plantas, para dos puntos de muestreo. El primero ubicado en la entrada del embalse y el segundo punto en el medio del tapete de buchón.
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1.6. Resumen del contenido
En el capítulo 2 se presenta un marco conceptual sobre los metales pesados objeto del estudio, haciendo énfasis en su relevancia como agentes contaminantes.
En el capítulo 3 se describe el proceso de fitorremediación, sus características y elementos principales.
En el capítulo 4 se hace una breve descripción de Eichhornia crassipes, la cual es la especie objeto de este estudio.
En el capítulo 5 se describe el área de estudio lo cual incluye el embalse, sus afluentes y su cuenca.
En el capítulo 6 se describe la metodología utilizada en la toma y el análisis de muestras.
En el capítulo 7 se muestran los resultados obtenidos y su respectivo análisis.
En el capítulo 8 se presentan las conclusiones del trabajo.
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2. METALES PESADOS
2.1. Origen
Los metales pesados tienen su origen principalmente en las actividades antropogénicas. Entre las más comunes se encuentran la minería, la disposición de desechos industriales, los vertimientos de aguas y lodos residuales y el uso de productos sintéticos como baterías y pesticidas. Los metales pesados también se pueden originar por procesos naturales pero muy rara vez a niveles tóxicos (United States Department of Agriculture, 2000). Algunos metales son fundamentales para los procesos metabólicos de plantas y animales. Sin embargo pueden ser considerados contaminantes dependiendo en gran medida de la concentración a la que se encuentran o de su estado de oxidación, los cuales puedan llevar a una afectación del ecosistema así como al detrimento de la salud humana. Los metales que presentan los riesgos más importantes son el cadmio, el arsénico, el mercurio y el plomo (Jarüp, 2003).
2.1.1. Origen natural
Existen varias fuentes naturales de metales pesados, entre ellas se encuentran las rocas ígneas o rocas magmáticas al igual que las rocas sedimentarias. La composición y el contenido de metales varían según el tipo de roca (Bradl, 2005). Algunas rocas de este tipo son la biotita, la apatita, la albita, la moscovita y la magnetita (Mitchell, 1964). Las fuentes hidrotermales aportan cantidades importantes de metales así como la actividad volcánica que lleva material a la superficie de la corteza terrestre. Inclusive los vientos pueden jugar un papel importante al transportar cenizas
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y polvo depositándolo a grandes distancias. La alta exposición a la intemperie de los minerales y los iones metálicos en las rocas así como la erosión juegan un papel importante en la dinámica y la movilidad de los metales.
2.1.2. Origen Antropogénico
Las actividades agrícolas generan una cantidad considerable de metales pesados principalmente asociados a agroquímicos. El uso de fertilizantes a base de fosforo contienen cantidades importantes de Cinc y de Cadmio. De igual forma los pesticidas utilizados generan un aporte considerable de Arsénico, Plomo y Mercurio (Bradl, 2005). Adicionalmente los lodos provenientes de alcantarillados sin el debido tratamiento contienen cargas considerables de cadmio, cinc, cobre, plomo, selenio, molibdeno, cromo, arsénico y níquel (Adriano, 1992).
La minería genera un importante aporte debido al ambiente oxidante que actúa sobre las rocas extraídas, generando condiciones ácidas que drenan el material movilizando metales como cadmio, arsénico, cobre, mercurio y plomo (Bradl, 2005). Las emisiones por quema de combustibles contribuyen notoriamente a los niveles atmosféricos.
2.2. Comportamiento Individual
2.2.1. Arsénico
En general las rocas sedimentarias contienen cantidades mayores de este metal que las rocas ígneas. Las principales fuentes antropogénicas de arsénico son la producción y el uso de pesticidas, la minería y la combustión de carbón. As (III), es la especie más móvil y soluble y también la más tóxica.
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Esta predomina en condiciones reductoras, con baja concentración de oxígeno disuelto y alto contenido de materia orgánica. As (V) es la especie más común en el agua, este se ve favorecido por las condiciones contrarias.
Algunos de los síntomas por envenenamiento por arsénico incluyen conjuntivitis, bronquitis y gastroenteritis pasando por neuropatía, hepatopatía, melanosis y llegando a gangrena en las extremidades. Dosis de 1-3 mg/kg por día son usualmente fatales mientras que la exposición crónica a dosis de 0.05-0.1 mg/kg se asocian a daños neurológicos y hematológicos (Adriano, 2001). Adicionalmente el arsénico afecta el hígado, la cavidad nasal y la próstata, mientras que la población expuesta muestra una alta mortalidad por cáncer de pulmón, vejiga y riñón. También existe un alto riesgo de sufrir cáncer de piel y otras lesiones como cambios en la pigmentación e hiperqueratosis (Jarüp, 2003).
2.2.2. Cadmio
Tiende a encontrarse de manera soluble como Ca+2 a pH menor a 6. Para un pH entre 6 y 8.2 lo encontramos principalmente como CdHCO3
+ y CdCO3. A medida que aumenta en pH, su capacidad para solubilizarse en el suelo disminuye. El cadmio es un subproducto de la industria del cinc. Este se encuentra en mayor proporción en las rocas sedimentarias (Adriano, 2001).
Como fuentes antropogénicas tenemos el uso de fertilizantes de fosfato, la minería y los lodos del alcantarillado municipal. El cadmio es conocido por su toxicidad para plantas e invertebrados en concentraciones inclusive más bajas que el cinc, al cobre o el plomo.
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En plantas, el cadmio interfiere con los procesos metabólicos afectando el crecimiento y la estructura de la raíz afectando la absorción de nutrientes e interfiriendo con la actividad enzimática ligada a la fotosíntesis generando coloración rojiza en las hojas y necrosis (Bradl, 2005). En humanos el cadmio interfiere con el metabolismo del calcio, la vitamina d, el colágeno y causa degeneración de los huesos como osteoporosis. De igual manera afecta los pulmones y puede generar una falla renal crónica. Adicionalmente el cadmio ha sido asociado con el cáncer de próstata (Jarüp, 2003).
2.2.3. Cinc
Comúnmente se encuentra en la naturaleza como Zn+2. Debido a su condición anfóterica, este forma compuestos solubles en agua como cloratos, sulfatos y nitratos, mientras que los óxidos, carbonatos, fosfatos y silicatos son relativamente insolubles en agua. Su concentración en los suelos depende del contenido de mineral arcilloso, donde la caolinita tiene gran capacidad de adsorberlo y aun más la illita y la montmorillonita.
Es un micronutriente necesario en plantas debido a que es un componente de varias enzimas como la alcohol deshidrogenasa, la glutamato deshidrogenasa y la anhidrasa carbónica (Taiz & Zeiger, 2006). Plantas con deficiencia de cinc presentan internodos mas cortos y hojas más pequeñas (Hopkins, 2004).
Las principales fuentes son los fertilizantes, los insecticidas, los lodos residuales y la minería. El zinc es fundamental en el metabolismo de plantas y animales. A partir de concentraciones superiores a 100 ppm se presenta toxicidad en plantas. La toxicidad en humanos es muy rara, por lo general los problemas se presentan por deficiencia de cinc generando anemia,
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dermatitis, disfunción neuropsicológica y disminución en la capacidad de curación de heridas (Bradl, 2005).
2.2.4. Cobre
El cobre tiene una vida media de tan solo 13 horas, por lo que es comúnmente utilizado como trazador. Se presenta con estados de oxidación I y II. El mineral de cobre más abundante es la calcopirita (CuFeS2). La mayor adsorción de este metal está asociada a óxidos de manganeso, seguido por la materia orgánica, óxidos de hierro y minerales arcillosos como la montmorillonita. La capacidad de adsorción disminuye con el pH.
El cobre es esencial como nutriente vegetal aunque presenta toxicidad por encima de las 20 ppm. Es un componente de varias enzimas como la tirosinasa, la monoamina oxidasa, la citocromo oxidasa, la fenolasa y la acido ascórbico oxidasa (Taiz & Zeiger, 2006). En los sistemas acuáticos presenta una gran toxicidad como ión libre Cu+2, ya que interfiere con la concentración de iones y plasma en las branquias y actividades enzimáticas. La toxicidad en humanos es muy rara y los problemas están más asociados a un déficit, lo cual causa anemia, desordenes cardiovasculares y deterioro del sistema nervioso. Las principales fuentes son los fertilizantes, los fungicidas y la actividad metalúrgica (Bradl, 2005).
2.2.5. Cromo
El cromo se encuentra más comúnmente en su forma más estable, Cr(III), sin embargo también se le puede encontrar como Cr(0) y Cr(VI), siendo este último la especie tóxica. EL Cr(VI) es adsorbido en suelos con grupos hidroxilos como la caolinita y la montmorillonita. Esta capacidad de adsorción
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aumenta a medida que el pH baja debido a que se protonan los grupos hidroxilos.
La fuente más importante de este metal es la cromita. En cuanto a fuentes antropogénicas, son importantes la industria química, el curtido del cuero, la industria papelera y las fundidoras. De igual manera los fertilizantes y los lodos residuales pueden contener niveles altos de cromo. Mientras que el Cr(III) resulta ser indispensable en el metabolismo de la glucosa, el Cr(VI) es tóxico y un fuerte cancerígeno. El cromo tiende a afectar en particular al trato respiratorio. Algunos síntomas clásicos incluyen úlceras, bronquitis, disminución en la capacidad pulmonar, neumonía y es el segundo mayor agente causante de alergias en la piel y dermatitis después del níquel (Nriagu & Nieboer, 1988).
2.2.6. Mercurio
Es un metal inusualmente volátil. La mayoría del mercurio encontrado el agua, el suelo, los sedimentos y la biota esta en forma de sales inorgánicas y complejos orgánicos. La gran afinidad del mercurio por el ion Cl- hace que en su presencia se dé una alta adsorción. A medida que el pH y la concentración de Cl- aumentan el Hg(OH)2 o HgCl2 se vuelven dominantes, mientras que Hg(OH)Cl funciona como especie transicional (Bradl, 2005).
Las emisiones naturales incluyen la erosión por viento y desgaste de superficies mineralizadas así como erupciones volcánicas y actividades geotermales y remisión desde sistemas terrestres y acuáticos. Entre las emisiones antropogénicas están la quema de combustibles fósiles, la minería, los desechos industriales y los lodos prevenientes de residuos de alcantarillado.
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Debido a su naturaleza lipofílica, las especies orgánicas metiladas son mas toxicas y bioacumulables, lo cual se refleja en una biomagnificación en la cadena alimenticia (Adriano, 2001). De igual manera inhiben el crecimiento de bacterias, hongos y algas (Silver & Hobman, 2007).
La exposición al mercurio inorgánico puede generar daños pulmonares. El envenenamiento crónico se caracteriza por síntomas neurológicos y psicológicos como cambios en la personalidad, ansiedad, depresión y desorden del sueño. Estos síntomas son reversibles al cesar la exposición. En cuanto al mercurio orgánico, el envenenamiento se da por metilmercurio. Algunos síntomas son adormecimiento de las extremidades, problemas visuales, auditivos y de coordinación (Jarüp, 2003). De igual manera el envenenamiento en mujeres embarazadas puede generar graves daños neurológicos en el feto como retardo mental, ceguera, ataxia y parálisis cerebral (Bradl, 2005).
2.2.7. Níquel
El níquel se encuentra normalmente en estados de oxidación 0 y II, sin embargo bajo ciertas condiciones puede encontrarse en estado de oxidación I y III. La especie más común encontrada en compuestos solubles en agua es Ni2+. Esta forma compuestos con OH-, SO4
2-, Cl- y NH3.
Este metal se origina por actividad volcánica y rocas ígneas. Como fuentes humanas de importancia están la minería, los lodos residuales y la quema de combustibles fósiles como petróleo y carbón.
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El níquel es un nutriente esencial para plantas. Es un constituyente de dos enzimas, la ureasa y la deshidrogenasa (Hopkins, 2004). Aunque las plantas tienen un bajo requerimiento de níquel, su deficiencia genera problemas de crecimiento, reducción en los niveles de hierro y necrosis. Sin embargo concentraciones mayores a 50 ppm manifiestan toxicidad en las plantas. En peces, una larga exposición puede reducir la calcificación en el esqueleto. Recientemente el potencial cancerígeno del níquel y sus compuestos ha generado gran preocupación. En humanos, su inhalación genera degeneración hepática, asma, y cáncer en las vías respiratorias. El contacto con la piel genera dermatitis (Bradl, 2005).
2.2.8. Plomo
Este se presenta en dos estados de oxidación, II y IV. En la mayoría de los compuestos inorgánicos se encuentra en el estado de oxidación II. En pH bajo, Pb2+ es la especie dominante mientras que a partir de pH 6 toma importancia la formación de especies con iones hidroxilo como Pb(OH)+, Pb(OH)2 y Pb(OH)3
-. La adsorción del plomo en el suelo es alta, particularmente en suelos arcillosos, y se ve influenciada por el pH y el contenido de carbonato.
Los minerales de plomo más comunes son la galena, la cerusita y la anglesita. La deposición atmosférica debida al ciclo geoquímico es de gran importancia como fuente de plomo. Una de las principales fuentes antropogénicas era el uso de gasolina con plomo como aditivo, y a pesar de ser prohibido su uso en Estados Unidos, Canadá y la Unión Europea, existen países que aun la usan como China e India. Otra fuente importante es el uso de pintura con plomo. De igual manera aun no se ha eliminado por completo, particularmente en hogares, después de su prohibición. Otras fuentes importantes son el uso de plomo en el PVC y el uso de pesticidas con plomo, aunque este último
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también se encuentra prohibido en varios países incluyendo Estados Unidos y Alemania (Bradl, 2005).
En general no es común encontrar fitotoxicidad en el ambiente debido a la alta afinidad que tiene el plomo por la materia orgánica en el suelo. Sin embargo la excepción se da alrededor de actividades mineras donde al suelo llegan concentraciones mucho más altas. En animales el plomo inhibe varias actividades enzimáticas y genera problemas en funciones hematológicas, reproductivas y del sistema nervioso (Bradl, 2005).
En humanos los daños se presentan particularmente en los niños. Algunos síntomas generados por envenenamiento con plomo son fatiga, temblor, dolor de cabeza, vomito, cólico y la aparición de una línea azul o negra de plomo en el tejido gingival. Adicionalmente el plomo genera severos daños en los riñones e interfiere en la síntesis de hemoglobina derivando en anemia (Jarüp, 2003).
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3. FITORREMEDIACIÓN
En los últimos años la contaminación del suelo y del agua ha tomado gran relevancia dentro de nuestra sociedad. El surgimiento de nuevas tecnologías de alta eficiencia y bajo costo genera alternativas viables para el manejo de la contaminación ambiental, particularmente en países en vía de desarrollo. La fitorremediación es una de estas alternativas.
3.1. Aspectos generales
La fitorremediación es el proceso que busca descontaminar distintos ambientes mediante el uso de plantas, extrayendo los contaminantes del medio (Environmental Protection Agency, 2001). Las plantas tienen una tendencia a tomar los metales del medio en que se encuentran, sea en el suelo o en el agua (Lasat, 2002). Algunos de estos metales son nutrientes esenciales como el cobre, el cinc y el níquel, mientras que otros no parecen tener actividad fisiológica alguno como el mercurio y el cadmio (Lasat, 2002).
Tabla 1. Niveles adecuados en tejido vegetal de micronutrientes requeridos.
Metal Concentración en peso seco [ppm]
Cinc 20
Cobre 6
Níquel 0.1
Fuente. (Taiz & Zeiger, 2006)
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A pesar que las plantas pueden acumular distintos metales, estos pueden llegar a ser tóxicos en altas concentraciones, esto se ve en la tabla 2. Sin embargo existen plantas que poseen la capacidad de acumular dichos metales en altas concentración sin verse afectadas en su crecimiento o actividades fisiológicas. Estas plantas son denominadas hiperacumuladoras (Salt, 2006). En la tabla 3 se muestran varias especies de plantas identificadas como hiperacumuladoras.
Tabla 2. Concentraciones de metales pesados y su fitotoxicidad.
Metal [mg/kg] Normal Tóxica
Cd 0.05 - 2 5 - 700
Cu 3.5 - 30 20 - 100
Pb 0.5 - 10 30 - 300
Zn 10 – 150 >100
Fuente. (Padmavathiamma & Li, 2007)
Tabla 3. Algunas especies de plantas hiperacumuladoras.
Metal Especie Concentración máxima en hojas [ppm]
Zn Thlaspi calaminare 39600
Cu Aoellanthus biformifolius 13700
Ni Phyllanthus serpentinus 38100
Cd Thlaspi caerulescens 1800
Fuente. (Bradl, 2005)
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3.2. Estrategias de las plantas
Las plantas presentan distintas estrategias para adaptarse a la presencia de metales pesados en el medio donde se desarrollan.
3.2.1. Plantas Acumuladoras
Estas plantas tienen la capacidad de acumular metales pesados en sus tejidos. Estos se encuentran en concentraciones muy superiores a las presentes en el medio (Ghosh & Singh, 2005).
3.2.2. Plantas Indicadoras
Estas plantas también acumulan metales pesados, sin embargo las concentraciones en que se encuentran por lo general son un reflejo de la concentración presente en el medio, aumentando o disminuyendo a medida que este fluctúa (Ghosh & Singh, 2005).
3.2.3. Plantas Excluyentes
Estas plantas impiden la entrada de metales pesados a sus tejidos. Por lo general retienen los metales en sus raíces, inmovilizándolos y evitando que sean transportados en el medio (Ghosh & Singh, 2005).
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3.3. Ventajas y desventajas
La fitorremediación presenta ventajas y desventajas dependiendo del tipo de contaminante, la especie vegetal utilizada y las condiciones ambientales.
Todos estos factores deben tenerse en cuenta al momento de implementar esta tecnología para asegurar que sea una opción económicamente viable y amigable con el medio ambiente (Agudelo, Macias, & Suarez, 2005).
3.3.1. Ventajas
· Remediación de una gran variedad de contaminantes orgánicos e inorgánicos.
· Ambientalmente amigable.
· Los metales retenidos en las plantas pueden ser extraídos para su posterior reciclaje.
· Muy buena capacidad para remover contaminantes del medio.
· Su implementación es relativamente fácil, tanto in situ como ex situ.
· Bajos costos de operación y mantenimiento.
3.3.2. Desventajas
· Los resultados toman tiempo debido a que dependen de los procesos metabólicos y ciclos de vida de la planta.
· Se requiere realizar cosechas puesto que la planta al completar su ciclo de vida y al descomponerse puede liberar nuevamente los contaminantes retenidos al medio.
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· Debido a que las plantas pueden retener metales pesados en muy altas concentraciones, dependiendo el caso se les debe dar un tratamiento especial para su disposición.
3.4. PH
Para que el proceso de fitorremediación pueda llevarse a cabo es necesario que los metales se encuentren disponibles para los procesos de remoción que llevan a cabo las plantas. Las condiciones del medio pueden determinar que tan eficiente puede llegar a ser el proceso.
Por lo general las plantas necesitan encontrar los metales pesados en su forma diluida, para poder incorporarlos a sus procesos metabólicos. En este aspecto el pH juega un rol fundamental debido a que estos suelen encontrarse de tal forma en un ambiente ácido. A medida que el pH aumenta, la disponibilidad de metales pesados en su forma diluida disminuye, y tienden a formar otros compuestos que la planta no puede utilizar. En la figura 1 se puede apreciar el efecto que tiene el pH en la disponibilidad de algunos metales pesados como iones en la fase acuosa.
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Figura 1. Concentración de iones vs. pH.
Fuente. (Sandrin & Hoffman)
Las plantas poseen mecanismos altamente especializados para estimular la disponibilidad de los metales en la rizósfera y aumentar así la capacidad de las raíces para remover los metales del medio. Se ha encontrado que algunas plantas pueden exudar acido muginéico y avénico, he incluso pueden liberar iones H+ directamente de las raíces, acidificando el medio para aumentar la disponibilidad de metales en forma diluida (Lasat, 2002).
3.5. Tipos de fitorremediación
3.5.1. Fitoextracción
También llamada fitoacumulación, consiste en la captura y transporte de metales pesados presentes en el medio para luego ser almacenados en distintos órganos de la planta. Posee la ventaja que después de cosechar el
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material vegetal y dependiendo el tipo de tratamiento para su disposición, los metales acumulados pueden reciclarse. En el caso de aplicarse en suelos, el material para disposición es casi el 10% de lo que sería disponer directamente el suelo contaminado (Environmental Protention Agency, 1999).
3.5.2. Fitoestabilización
Este proceso, también conocido como fitorestauración, se utiliza para cubrir y recuperar suelos evitando la erosión y la percolación del agua e inmovilizar los metales pesados por medio de adsorción en el suelo y acumulación en las raíces. Este proceso reduce la movilidad del contaminante y previene su migración en el suelo o a cuerpos de agua. De igual manera funciona para recuperar el paisaje debido a la ausencia de capa vegetal por la presencia de estos contaminantes (Environmental Protention Agency, 1999).
3.5.3. Fitovolatilización
Este proceso consiste en la captura de contaminantes por las raíces de la planta para luego por medio de reacciones enzimáticas ser convertidos en compuestos menos tóxicos siendo volatilizados y liberados a la atmosfera por las hojas. Este tipo de proceso funciona para metales altamente volátiles como el mercurio y el arsénico. Este proceso se ve influenciado por condiciones ambientales como la humedad, la temperatura y la velocidad del viento (Environmental Protention Agency, 1999).
3.5.4. Rizofiltración
Se define como el uso de plantas con la capacidad de absorber, concentrar y en algunos casos precipitar metales pesados presentes en soluciones acuosas
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como plomo, cadmio, cobre, cromo, cinc y níquel. Para su eficiencia es fundamental que las plantas tengan raíces de gran área superficial. Las raíces muy fibrosas tienen una alta capacidad de remoción (Subroto, Priambodo, & Indrasti, 2007). Este tipo de proceso es particularmente usado para tratar descargas industriales y escorrentía proveniente de zonas agrícolas. Se puede implementar tanto ex situ como in situ. Una vez las plantas llegan a un nivel de saturación, estas se cosechan y transportan para su disposición (Environmental Protention Agency, 1999).
3.5.5. Fitodegradación
Conocida también como fitotransformación, es un proceso donde la planta toma los contaminantes del medio y por medio de procesos metabólicos son degradados para ser incorporados a los tejidos de la planta y ser utilizados como nutrientes (Environmental Protention Agency, 1999).
3.5.6. Rizodegradación
En este proceso los contaminantes son degradados en la rizósfera. Estos son procesos son llevados a cabo principalmente por la actividad microbiana asociada a la rizósfera. De igual manera algunas sustancias producidas por la planta pueden servir de alimento para los microorganismos y ayudar a mejorar la degradación de los contaminantes (Environmental Protention Agency, 1999).
3.6. Mecanismos
3.6.1. Aspectos generales
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Las plantas llevan a cabo distintos mecanismos en respuesta a la presencia de metales pesados en el ambiente y así realizar el proceso de fitorremediación. Algunos de estos incluyen inmovilización de los iones tóxicos en las paredes celulares, permeabilidad impedida en las capas externas del protoplasma, quelación en el citoplasma a polipéptidos y la formación de compartimientos y complejos con ácidos orgánicos e inorgánicos y derivados de fenol en las vacuolas. Adicionalmente las respuestas bioquímicas inducidas por el estrés que genera la presencia de metales pesados incluyen modificaciones de las enzimas en la superficie de la raíz (Larcher, 2003) (Dey & Harborne, 1997).
En el caso del arsénico, las plantas en general transportan As(V) por los canales de transporte de fosfato. Dentro de la planta es reducido a AS(III). La acumulación se ve principalmente en la raíz y los tallos de las plantas. El cadmio se dirige principalmente a las células de las raíces debido al gradiente de potencial electroquímico en las membranas. El cromo entra en la raíz gracias a que la planta exuda ácidos orgánicos para aumentar su solubilidad y movilidad por el xilema de la raíz. El Cr(VI) puede ser reducido a Cr(III) y almacenado en la corteza. El plomo por lo general se une a grupos carboxilos en la superficie de la raíz y luego es acumulado en el floema (Peralta, Lopez, & Narayan, 2009).
Es importante resaltar que dependiendo la especie de planta puede existir mayor afinidad por algún metal específico e incluso algún tipo de inhibición. Se ha planteado la posibilidad de utilizar hasta cinco especies distintas en un mismo sitio de interés, lo cual ha mostrado que la eficiencia de remoción se ve mejorada debido a que las distintas especies tienen diferentes afinidades y adicionalmente se disminuye la inhibición. Este fenómeno se ha reportado para el caso del cinc y el níquel (Koelbener & Ramseier, 2008).
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3.6.2. Fitoquelatinas
En presencia de altas concentraciones de metales pesados y otros elementos tóxicos algunas plantas sintetizan pequeños polipéptidos ricos en sulfuro denominados fitoquelatinas (Hopkins, 2004).
Las fitoquelatinas protegen a la planta de la alta toxicidad de los metales pesados y a su vez sirven como compuestos de almacenamiento para Cu++ y Zn++. Estos tienen la capacidad de formar complejos con iones metálicos como Cd++, Pb++, Cu++, Hg++ y Zn++. Las fitoquelatinas cargadas de metales pesados son bombeadas hacia las vacuolas a expensas de un gasto de ATP (Heldt, 2005).
3.6.3. Rizósfera
Es de gran importancia debido a que en esta zona se lleva a cabo la rizofiltración y la rizodegradación. En esta zona predomina la actividad microbiana la cual mejora la eficiencia de la remoción ya sea aumentando la disponibilidad de los metales o degradándolos siendo asistida por elementos producidos por la planta (Pilon-Smits, 2005).
Adicionalmente las micorrizas juegan un papel importante debido a que pueden aumentar notoriamente la capacidad de remoción y transformación de metales por las plantas. Esto se ha reportado en el caso del cinc, el arsénico y el uranio (Fomina, Charnock, Hillier, Alexander, & Gadd, 2006) (Chen, Zhu, & Smith, 2006) (Trotta, y otros, 2006).
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3.7. Disposición
La disposición adecuada del material cosechado es de suma importancia dependiendo del contenido de contaminantes que pueda tener. En el caso de la incineración, se debe hacer de manera controlada para retener las cenizas con alto contenido de metales pesados. Otra alternativa es la utilización de este material para compost, sin embargo la concentraciones de metales pesados es nuevamente el factor más importante debido a que los niveles deben cumplir con la normatividad estipulada para este tipo de manejo (Rosal, Perez, arcos, & Dios, 2007). Otros usos que se le pueden dar al material cosechado es en la protección de taludes, proyectos forestales, la recuperación de suelos de minería y canteras, y usos agrícolas y pecuarios (Velez, 2007).
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4. DESCRIPCION DE Eichhornia crassipes
4.1. Clasificación
Eichhornia crassipes es una planta acuática flotante originaria de Brasil que tiene una distribución amplia en las regiones tropicales y subtropicales. Comúnmente se le conoce como buchón, Jacinto o lirio de agua. Posee una gran capacidad de crecimiento y reproducción lo cual le da una ventaja al momento de colonizar cuerpos de agua.
A continuación se presenta su clasificación taxonómica:
Phylum: Angiosperma
Clase: Liliopsida (Monocotiloedae)
Subclase: Liliidae
Orden: Liliales
Familia: Pontederiacea
Género: Eichhornia
Especie: Eichhornia crassipes
4.2. Morfología
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Eichhornia crassipes es una macrófita acuática flotante emergente con estolones. Su forma consiste en brotes de nodos cortos. Sus hojas son simples y opuestas de color verde oscuro. Sus flores tienen forma de espiga y presentan color que varía entre el azul claro y el lila. Su tamaño puede variar de unos 10 centímetros hasta 1 metro de alto. Su tallo es esponjoso y corto, el cual provee flotación. Sus raíces son fibrosas y forman masas densas. Su largo puede alcanzar más de metro y medio.
Figura 2.
Fuente. (Center for Aquatic and Invasive Plants, 2008)
4.3. Crecimiento y reproducción
Se reproduce sexualmente mediante la propagación de semillas o por regeneración vegetativa. La floración se da generalmente después de fuertes
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disturbios asociados a condiciones de estrés. Su crecimiento es óptimo a una temperatura entre 25 y 30 ˚C. Por debajo de esa temperatura su crecimiento disminuye considerablemente.
4.4. Hábitat
Eichhornia crassipes habita en los cuerpos de agua dulce como ríos, lagos, embalses, pantanos, canales y estanques predominantemente en cuerpos que muestren condiciones de eutroficación. Su tamaño, así como su inflorecencia y el número de flores, depende de las condiciones del lugar donde se encuentre.
4.5. Respuestas a metales pesados
Eichhornia crassipes ha sido reportada como una planta con un alto potencial para acumular iones metálicos (Larcher, 2003). Esa capacidad varía dependiendo del tipo de metal presente en el agua así como las condiciones del medio. El buchón funciona de manera muy eficiente para bajas concentraciones de metales pesados, entre 5 y 10 mg/L (Skinner, Wright, & Porter-Goff, 2007) (Hu, Zhang, & Hamilton, 2007), en algunos casos la remoción puede llegar a 94% para cinc y 84% para cromo (Mishra & Tripathi, 2009). En concentraciones superiores se ha notado una reducción en la eficiencia de remoción de arsénico, cromo, mercurio y plomo, donde se mantiene el proceso pero la mayor concentración en la planta parece llegar a un límite de acumulación eventualmente evitando que la planta pueda remover más metales del agua, aunque este efecto no es tan marcado para níquel y cinc (Ingole & Bhole, 2003).
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En el caso del cromo, la asociación del buchón con bacterias reductoras de cromo mejora la remoción del cuerpo de agua. Esta actividad microbiana concentrada en la rizósfera reduce el cromo de Cr(VI) a Cr(III), el cual es menos tóxico. A pesar que la remoción realizada por el buchón disminuye, la remoción total aumenta (Faisal & Hasnain, 2005). Al utilizar bacterias tolerantes al cromo la mayor concentración de este metal se encuentra en las raíces, seguramente asociado a la gran actividad en la rizósfera (Abou-Shanab, 2007).
Para el cadmio se ha reportado el buchón como una planta con alta capacidad de remoción, con alta trasladación desde la raíz hacia otras partes de la planta. En este caso, además de la inmovilización en las paredes celulares, fenómenos como la adsorción y la quelación pueden tener relativa importancia (Toppi, y otros, 2006).
Es de suma importancia conocer el ciclo de vida de la planta en los distintos ambientes donde se encuentra. Una vez la planta completa su ciclo, su descomposición puede llevar a la liberación de los metales pesados previamente removidos del medio. Este tipo de información es importante para desarrollar un plan de cosecha que asegure la mayor eficiencia de remoción posible. El caso del arsénico se encuentra documentado (Alvarado, y otros, 2008).
La eficiencia del buchón para remover metales pesados es evidente, lo cual se ve reflejado en una gran alternativa para la implementación de esta macrófita acuática en el diseño de sistemas de remoción de metales en aguas provenientes de alcantarillados municipales (El-Gendy, 2008).
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La capacidad de remover contaminantes del buchón no se limita a los metales pesados. Se ha reportado una muy buena capacidad de remover pesticidas del agua (Xia, 2008) así como de contaminantes presentes en residuos líquidos provenientes de cultivos de flores (Vasquez, 2004).
Ya se han planteado modelos para el diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales implementando la fitorremediación como alternativa viable, en particular con utilizando buchón (Polprasert, 2001).
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5. ÁREA DE ESTUDIO
El estudio se llevo a cabo en el embalse de Tominé, el cual tiene una longitud de 18 kilómetros, 4 de ancho y alcanza los 38 metros de profundidad. Posee una capacidad de almacenamiento de 630 millones de metros cúbicos (Corporación Autónoma Regional, 2006).
Figura 3. Embalse de Tominé
Fuente. El autor
5.1. Ubicación
Este embalse se encuentra en el departamento de Cundinamarca ubicado al norte de la capital, Bogotá. Hacia el norte limita con el municipio de Sesquilé, al oriente con el municipio de Guatavita, hacia el occidente limita con los
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municipios de Gachancipá y Tocancipá, y al sur limita con los municipios de Sopo y Guasca.
Figura 3. Ubicación del embalse de Tominé.
Fuente. (Ingeominas, 2003)
5.2. Afluentes
Los principales afluentes son el río Aves y el río Siecha, siendo este ultimo de gran importancia en la calidad del agua del embalse debido a que recibe los aportes de aguas residuales provenientes del municipio de Guasca así como la escorrentía de la cuenca, la cual genera importantes cargas orgánicas e inorgánicas. En la desembocadura de estos ríos al embalse es donde se ubica el tapete de buchón, objeto de nuestro estudio.
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5.3. Sedimentos
En el segundo monitoreo realizado por la Universidad de los Andes, se midió la concentración de algunos metales en los sedimentos asociados al tapete de buchón. Se encontró que las mayores concentraciones se presentaron para mercurio y cadmio, como se ilustra en la tabla 4.
Tabla 4. Concentraciones de metales pesados en los sedimentos del embalse de Tominé y límites establecidos por la Agencia para la Protección Ambiental de Estados Unidos.
Metal [mg/kg] BS
Entrada zona sur Intermedio zona sur
Límite de efectos probables
Límite de efectos severos
Arsénico 3.5 2.9 17 33
Cadmio 10.6 4.9 3.53 10
Cinc 37.7 40.9 315 820
Cromo - - 90 110
Cobre 6.3 5.2 197 110
Mercurio 71 58 0.486 2
Níquel 12 10.1 36 75
Plomo 20.2 18.2 91.3 250
Fuente. (Centro de Investigaciones en Ingenieria Ambiental, 2008) (Environmental Protection Agency, 2000)
5.4. Tapete de Eichhornia crassipes
El tapete se encuentra confinado en la parte sur del embalse, donde llega el río Siecha y el río Aves. Este es sumamente denso en la parte inicial y casi no
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se ven claros en el espejo de agua. Sin embargo a medida que nos alejamos de la desembocadura de los ríos y nos adentramos en el embalse, la densidad del tapete disminuye y se ven claramente parches y claros más amplios en el espejo de agua. A medida que nos alejamos de la entrada del embalse la profundidad de este aumenta y de igual forma aumenta la longitud de las raíces de buchón. A la entrada se presentan longitudes entre 50 y 70 centímetros. En la parte intermedia del tapete de buchón encontramos raíces de hasta 170 centímetros. Al cubrir casi toda la columna de agua, el buchón genera su efecto biofiltro prácticamente en todo el caudal que llega al embalse.
Figura 4. Tapete de buchón
Fuente. El autor
Al llegar a las barras de confinamiento los parches de buchón son mucho más pequeños y la navegación es mucho más sencilla. Esto también se debe en gran medida a la actividad de cosecha, en la cual se utilizan retroexcavadoras que remueven el buchón del cuerpo de agua.
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Figura 5. Tapete de buchón
Fuente. El autor
Figura 6. Cosecha con retroexcavadoras.
Fuente. El autor
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Debido a la dificultad que presenta el buchón para la navegación, la única manera de movilizarse es por medio de un “air-boat”.
Figura 7. “Air-boat”
Fuente. El autor
5.5. Municipio de Guasca
Es importante conocer las características de la cuenca asociada al embalse. Dependiendo de sus características como tipos y usos de suelo, actividades socioeconómicas y descargas residuales urbanas podemos determinar el tipo de metales pesados o de otros contaminantes que están llegando al embalse y en qué medida el buchón ayuda para su remoción del cuerpo de agua.
5.5.1. Tipos de Suelo
El suelo del municipio de Guasca posee rocas arcillosas del terciario y formaciones del cuaternario. De igual manera ocurrió una acumulación de
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capas de cenizas finas por medio de lluvia. Estas capas de origen piroplástico provenientes de la cordillera central llegaron por vía eólica entre el plioceno y el cuaternario. El suelo tiene en gran medida arcillolitas con algunos niveles de carbón así como algunos niveles arenosos. Entre los minerales más abundantes encontramos cloritas, vermiculitas, esmectitas, beidelitas, montmorillonitas, illitas y caolinitas (Gaviria, 1997). Todos estos con gran capacidad para retener metales pesados.
5.5.2. Usos del suelo
A pesar de que existe un esfuerzo por recuperar varias zonas, en general los suelos asociados a la cuenca del río Siecha se encuentran en un nivel de erosión severa, en gran medida a la mala utilización del suelo. En los últimos años el uso del suelo para pastos, en aumento debido a la gran demanda de la industria lechera, ha deteriorado la calidad de los mismos (Barreto & Sandoval, 1991). De igual forma la actividad de explotación de materiales de construcción como gravas y arenas acelera en gran medida la erosión, afectando los cuerpos de agua (Robertson, 1990).
El mayor uso que se le da al suelo es para pastos, necesarios para el ganado vacuno y la industria lechera. Aún se mantienen algunos cultivos semi-intensivos como fresa, zanahoria, papa, arveja y habichuela. Los cultivos de invernadero y las flores mantienen su importancia. Toda esta actividad se ve reflejada en un considerable uso de agroquímicos los cuales a su vez por medio de escorrentía pueden estar generando un aporte importante de metales pesados al embalse.
La actividad minera artesanal a cielo abierto, por lo general no está tecnificada y es ilegal. Esta genera un gran impacto en los recursos hídricos al
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ser contaminados. Adicionalmente se acaba la cobertura vegetal acelerando en gran medida los procesos erosivos a los que gran parte del municipio es altamente susceptible. Esta actividad de ladrilleras, areneras y gravilleras es intensa, debido a la gran demanda que hay por materiales de construcción en Bogotá (Subdirección de amenazas geoambientales, 2002).
Adicionalmente hay un crecimiento de los centros urbanos. Estos focos se están creando en las veredas de San Isidro, El Salitre y Mariano Ospina. Esto es preocupante debido a que muy seguramente los vertimientos se harán directamente al río sin ningún tipo de tratamiento a pesar de contar con varios pozos sépticos. Eso es de esperarse debido a que el principal centro urbano, Guasca, no cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales por lo que sus vertimientos van directamente al embalse.
5.5.3. Aguas residuales
La alcaldía de Guasca realizo un análisis de los vertimientos residuales domésticos al río Siecha en dos puntos del alcantarillado (Alcaldía Municipal de Guasca, 2008). Aunque cumplen con los niveles estipulados en la legislación para los parámetros de pH (7.4 y 7.5) y temperatura (18.1 y 17.9 ˚C), el nivel de oxigeno disuelto es sumamente bajo (1.4y 0.9 mg/L), cuando según la legislación deberían presentarse valores superiores a 5 mg/L (Colombia, Congreso., 1984). El hecho de que el municipio no cuente con una planta de tratamiento para sus aguas residuales hace pensar que estas llevan una carga considerable de metales pesados. Al ser vertidas las aguas residuales al río Siecha, los metales pesados llegan directamente al embalse de Tominé. La tabla 5 muestra las concentraciones típicas de metales pesados en aguas residuales domésticas.
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Tabla 5. Concentraciones típicas de metales pesados en aguas residuales domésticas
Metal Concentración [mg/L]
mínima máxima promedio
Arsénico 0,0004 0,088 0,0045
Cadmio 0,00006 0,11 0,0028
Cinc 0,01 1,28 0,27
Cobre 0,005 0,74 0,11
Cromo 0,001 1,2 0,014
Mercurio 0,000022 0,054 0,0014
Níquel <0,001 1,6 0,022
Plomo 0,00071 2,04 0,02
Fuente. (Environmental Protection Agency, 2004)
5.5.4. Metales pesados en el suelo
Se han reportado valores para otros municipios de la sabana de Bogotá cercanos al Embalse. En los estudio se encontró niveles altos de cadmio y níquel. De igual manera presentaron niveles elevados el plomo y en cinc, y en algunos casos el cromo y el mercurio. A pesar de que los suelos de la sabana tienen mayoritariamente altos contenidos de materia orgánica y arcilla que pueden inmovilizar los metales pesados, en algunos casos esa capacidad ha sido superada (González & Vargas, 1997). Adicionalmente la actividad minera, sumado a la erosión y la acidificación de los suelos facilitan el proceso de dilución de los metales presentes en él, lo cual eventualmente llega al embalse por escorrentía. En la tabla 6 y 7 se muestran la concentración de algunos metales pesados encontrados en suelos de varios municipios de la sabana de Bogotá.
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Tabla 6. Concentración media seudo-total de metales pesados [ppm].
Municipio Cd Cr Cu Ni Pb Zn As Hg
Chía 1.55 20.3 14.08 16.19 16.51 35.55 2.49 0.287
Cajicá 2.29 17.23 14.38 15.55 18.23 51.76 1.72 0.071
Zipaquirá 1.3 12.14 8.87 9.76 16.99 41.07 1.85 0.049
Fuente. (González & Vargas, 1997)
Tabla 7. Concentración de metales pesados movilizables [ppm]
Municipio Cd Cr Cu Ni Pb Zn As
Chía 0.15 0.15 0.17 2.02 8.26 0.48 3.26
Cajicá 0.21 0.15 2.62 0.87 2.26 9.67 0.35
Zipaquirá 0.23 0.1 2.16 1 2.41 6.84 0
Fuente. (González & Vargas, 1997)
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6. METODOLOGÍA
Se realizaron dos muestreos donde se tomaron muestras líquidas y sólidas para el análisis de la concentración de ocho metales pesados: arsénico, cadmio, cinc, cobre, cromo, mercurio, níquel y plomo. De igual forma se midieron parámetros de calidad de agua como conductividad, pH y oxígeno disuelto. El muestreo se realizo en dos puntos diferentes, el primero a la entrada del embalse y el segundo punto se tomo en una estación de monitoreo establecida en la parte intermedia del tapete de buchón.
Figura 8. Muestreo
Fuente. El autor
6.1. Muestras líquidas
6.1.1. Agua superficial
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Se tomaron muestras compuestas de agua superficial utilizando una botella de profundidad marca WILDCO, las cuales se almacenaron en contenedores con acido nítrico para evitar la alteración de la muestra. Posteriormente fueron refrigeradas y trasportadas al laboratorio. Una vez allá se les realizo una digestión (SM 3030 E y EPA 3015 A) y posteriormente se le llevo a cabo análisis de concentración de metales mediante espectrofotometría de emisión de plasma ICP – óptico (ICP SM 3120B).
6.1.2. Agua asociada a raíz
Se tomaron muestras puntuales del agua asociada a las raíces del buchón. Se tomaron varias raíces y el agua que escurría después de ser sometidas a presión fue recolectada como muestra hasta completar el volumen requerido. Estas se almacenaron en contenedores con acido nítrico para evitar la alteración de la muestra. Después de ser refrigeradas y transportadas al laboratorio, fueron sometidas a digestión (SM 3030 E y EPA 3015 A) y posteriormente se les realizo el análisis para metales por espectrofotometría de emisión de plasma ICP – óptico (ICP SM 3120B).
6.1.3. Sólidos suspendidos y disueltos totales
Se tomaron liquidas las cuales fueron almacenadas y transportadas al laboratorio. Para los análisis de sólidos suspendidos totales y sólidos disueltos totales se utilizo la técnica gravimétrica (SM 2540 C y SM 2540 D).
6.2. Muestras sólidas
Se tomaron muestras de raíces de buchón. Estas se dejaron escurrir y fueron lavadas para remover sedimentos adheridos a estas. Posteriormente las
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raíces fueron picadas a un tamaño aproximado de 2-3 mm. Estas fueron sometidas a digestión de material vegetal (EPA 3051 A) para luego llevar a cabo un análisis de metales pesados por espectrofotometría de emisión de plasma ICP – óptico (ICP SM 3120 B).
Figura 9. Raíces de buchón
Fuente. El autor
6.3. Parámetros
Utilizando equipo multiparamétrico y sondas marca HACH se midieron parámetros del agua como pH, conductividad y oxigeno disuelto. De igual manera se midió longitud de las raíces.
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Figura 10. Medición de parámetros
Fuente. El autor
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7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El punto uno será denominado entrada y el punto dos intermedio. Las muestras de agua superficial se denominaran agua, y las muestras de agua asociada a las raíces se denominarán raíz. En cuanto a las muestras solidas se denominaran raíz entrada y raíz intermedia para el punto 1 y 2 respectivamente.
7.1. Concentración de metales pesados y sólidos totales en muestras líquidas
A continuación se muestra los resultados obtenidos en los dos muestreos realizados en el embalse de Tominé.
Tabla 8. Primer muestreo. Concentración de metales en muestras líquidas
Entrada Intermedio
[mg/L] Agua Raíz Agua Raíz
Arsénico <0,007 <0,007 <0,007 <0,007
Cadmio 0,0154 0,043 <0,0004 0,019
Cinc 0,033 0,182 0,028 0,129
Cobre 0,235 0,118 0,082 0,128
Cromo <0,008 0,048 <0,008 0,0154
Mercurio <0,009 <0,009 <0,009 <0,009
Níquel <0,004 0,026 <0,004 0,012
Plomo <0,003 0,055 <0,003 0,028
Fuente. El Autor
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Tabla 9. Segundo muestreo. Concentración de metales y sólidos totales en muestras líquidas
Entrada Intermedio [mg/L] Agua Raíz Agua Raíz
Arsénico <0,004 <0,004 <0,004 <0,004
Cadmio <0,001 0,009 <0,001 0,014
Cinc 0,066 0,176 0,039 0,221
Cobre 0,028 0,059 0,003 0,054
Cromo 0,045 0,028 <0,006 0,033
Mercurio <0,002 <0,002 <0,002 <0,002
Níquel 0,01 0,022 <0,001 0,021
Plomo 0,218 0,029 <0,003 0,044
SDT 37 126 15 200 SST 467 9289 7 1700
SST = sólidos suspendidos totales SSD = sólidos disueltos totales
Fuente. El Autor
Se realizaron dos muestreos para medir la concentración de metales pesados en muestras líquidas. Sin embargo la toma de muestras para el análisis de sólidos suspendidos totales y sólidos disueltos totales se realizó únicamente en el segundo muestreo.
Las concentraciones de metales como el arsénico y el mercurio se encuentran debajo del nivel mínimo detectable en el agua. El cadmio es otro metal que aunque se encuentra por debajo del nivel mínimo detectable para agua superficial, sí se puede detectar a nivel del agua asociada a las raíces. Este mismo fenómeno se presenta para el cromo, el níquel y el plomo. Observando los demás metales se ve una clara tendencia a encontrarlos en mayor concentración asociados a la rizósfera, lo cual nos lleva a pensar que al igual que esta reportado en la literatura, el método más eficiente por el cual el buchón hace la remoción de contaminantes es la rizofiltración. La capacidad para remoción se ve mejorada de igual forma debido a que la fracción de sólidos suspendidos es mucho mayor a la fracción de sólidos
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disueltos. Esto favorece la adsorción y filtración de los metales por las raíces del buchón, así como sedimentación.
7.2. Concentración de metales pesados en muestras sólidas
Tabla 10. Concentración de metales en muestras sólidas
[mg/kg] BH Raíz entrada Raíz intermedia Arsénico <0,56 <0,58 Cadmio 0,215 0,309
Cinc 1,8 1,9 Cobre 1,4 3,8 Cromo 10,4 <1,24
Mercurio <12,5 <13,1 Níquel <2,40 <2,5 Plomo <1,70 <1,7
BH = base húmeda Fuente. El autor
La acumulación en las raíces no solo depende del tipo de metal sino también de su disponibilidad. Al viajar a lo largo del tapete de buchón es de esperarse que la concentración disponible de metales disminuya por los efectos de remoción y degradación, e inclusive de sedimentación. Así mismo es de esperarse que la concentración acumulada en las raíces sea menor en el punto intermedio con respecto a la entrada al embalse. Sin embargo este no es el caso a excepción del cromo. Se podría estar presentando una remoción de metales pesados en la fracción diluida y a su vez una incorporación de estos a los tejidos de las raíces. Esto se puede dar debido a que la absorción de metales pesados por parte del buchón se lleva a cabo de manera más eficiente a bajas concentraciones, las cuales se dan en el punto intermedio del tapete de buchón. En el caso del arsénico, el mercurio, el níquel y el
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plomo, la concentración se encuentra por debajo del nivel mínimo detectable. A pesar de esto, es recomendable realizar mediciones con métodos más precisos debido a que el nivel mínimo detectable de esta metodología es aun un valor de concentración relativamente alto para tejido vegetal (Silva Quintero, 1996).
7.3. Parámetros
Tabla 11. Parámetros
Entrada Intermedio superficial fondo superficial 2 m fondo
Oxigeno disuelto 0,42 0,35 4,86 2,63 0,28 pH 6,01 5,99 6,59 6,41 6,23
Conductividad 36,8 33,1 46 44,1 41 Fuente. El autor
Como es de esperarse el pH es ligeramente acido debido a la alta tasa de descomposición de materia orgánica, resultado de las plantas muertas. Sin embargo el pH es mayor en la superficie en comparación del fondo donde se concentra la materia orgánica en descomposición. De igual forma el pH aumenta ligeramente al llegar al intermedio del tapete de buchón debido a los claros en el espejo de agua. El ambiente ligeramente ácido influye en la capacidad de los iones metálicos para mantenerse en la fase acuosa. El oxígeno disuelto a la entrada del embalse es muy bajo en toda la columna de agua debido a la demanda para la degradación de materia orgánica y a que el buchón cubre en su totalidad el espejo de agua evitando el intercambio gaseoso. Es un ambiente muy cercano a condiciones anóxicas. Por otra parte el oxígeno disuelto aumenta notoriamente a nivel superficial al llegar a la parte intermedia del tapete. Lo claros en el espejo de agua permiten el intercambio gaseoso. Los menores niveles de oxigeno disuelto se dieron en el
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fondo de la columna de agua para los dos puntos de muestreo. Esto se dio en debido a la gran cantidad de materia orgánica en descomposición que se sedimenta.
7.4. Remoción de metales pesados
El buchón tiene un efecto evidente en la concentración de los metales pesados a lo largo del embalse. Al observar los resultados se ve claramente una disminución de esta concentración a medida que el agua avanza desde la entrada del embalse hacia la zona intermedia del tapete de buchón. A continuación la tabla 12 muestra el porcentaje de remoción de metales pesados en el agua tomando como concentración inicial la medida a la entrada del tapete y la final la medida en el punto intermedio. En la tabla no aparece la remoción de arsénico y mercurio debido a que en todas las mediciones su concentración se encontró por debajo del nivel mínimo detectable.
Tabla 12. Porcentaje de remoción de metales pesados asociado al tapete de buchón
Porcentaje de remoción
Metal Muestreo 1 Muestreo 2
Cadmio 97% *
Cinc 13% 41%
Cobre 65% 89%
Cromo * 87%
Níquel * 83%
Plomo * 99%
*Niveles por debajo del mínimo detectable
Fuente. El autor
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Al comparar la concentración de metales pesados encontrados en agua superficial y agua asociada a raíces respecto al total (suma de ambas), podemos estimar la remoción en el cuerpo de agua asumiendo que los metales en las raíces serán retenidos o eventualmente degradados. Esta relación se ve ilustrada en las figuras 11 y 12.
Figura 11. Porcentaje de la concentración de metales asociado a raíces en el muestreo 1
Fuente. El autor
Figura 12. Porcentaje de la concentración de metales asociado a raíces en el muestreo 1
Fuente. El autor
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La figura 12 muestra una clara tendencia donde la proporción de metales pesados asociados a las raíces es mucho mayor en el punto intermedio que en la entrada. Esto puede presentarse puesto que en la literatura se reporta que los procesos de remoción del buchón trabajan más eficientemente en concentraciones bajas aunque de igual manera se debe considerar el hecho que el pH es mayor en el punto intermedio permitiendo que los metales pesados puedan pasar de la fase diluida a la no diluida, precipitándose o adhiriéndose a las raíces del buchón. Por otra parte la misma tendencia no es constante en la figura 11. Esto se puede dar debido a que, a diferencia del muestreo 2, la concentración de metales como níquel, cromo y plomo estuvo debajo del nivel mínimo detectable. Comparando los datos de ambos muestreos, se ve en el muestreo 2 una mayor concentración de metales en el agua superficial. Esto sin duda afecta las proporciones debido al efecto de pulso que genera una descarga en un cuerpo de agua con caudal. Adicionalmente se debe considerar que la concentración en las raíces del buchón se mantendrá con menos variaciones en el tiempo, debido al efecto de filtración y retención de metales así como a la velocidad a la que estos son degradados.
El proceso de rizofiltración muestra ser muy eficiente en la remoción de metales pesados dado que al observar los resultados se ve una tendencia a encontrarlos en una mayor concentración asociados a las raíces del buchón en comparación con el agua superficial. Esta tendencia se ha documentado al comparar la concentración de metales como cadmio, cobre, plomo y cinc, en raíces y la zona foliar (Weiss, Hondzo, Biesboer, & Semmens, 2006). La eficiencia de la rizofiltración se puede atribuir a la acción conjunta de varios procesos como la captura de metales por parte de las raíces, la precipitación de los metales como sales insolubles, el intercambio iónico y la adsorción de metales por componentes orgánicos y sedimentos (Ingole & Bhole, 2003). La alta densidad de raíces, además de facilitar la sedimentación de sólidos,
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provee una gran superficie para la actividad microbiana. Adicionalmente las raíces generan pequeñas cantidades de oxigeno, lo que sustenta microambientes donde se puede llevar a cabo oxidación (Cronk & Fennessy, 2001). A continuación se realiza un breve análisis para la remoción de cada metal.
7.4.1. Arsénico
Se ha reportado que el buchón posee muy buena capacidad para remover arsénico (Alvarado, y otros, 2008). De igual manera se ha visto como la actividad microbiana en la rizósfera aumenta la capacidad de remoción (Chen, Zhu, & Smith, 2006). Es común encontrar el arsénico como arsenato (AsO4
3-) el cual es similar al fosfato (PO43-) por lo que compiten al momento
de ser absorbidos por la planta (Bitton, 2002). Debido a que la química del arsénico y el fósforo es muy similar, al presentarse condiciones de escases de fósforo se estimula la absorción de arsénico (Bhattacharya, Jacks, Frisbie, Smith, Naidu, & Sarkar, 2002). Ya una vez la planta absorbe el arsénico utilizando los canales de fosfato, este es reducido de As(V) a As(III) y puede ser acumulado en el tejido mediante fitoquelatinas (Peralta, Lopez, & Narayan, 2009). En nuestro caso de estudio los niveles de arsénico fueron muy bajos pues siempre se encontraron por debajo del nivel mínimo detectable.
7.4.2. Cadmio
El cadmio y el cinc son muy similares. Al ser iones análogos, el cadmio entra utilizando los mismos transportadores del cinc, los cuales son dependientes de la carga (Meharg, 2005). La raíz toma el cadmio por un gradiente de potencial electroquímico. Este compite con el hierro, por lo que su ausencia aumenta la captura de cadmio. De igual manera se puede llevar a cabo la quelación con acido deoximuginéico (Peralta, Lopez, & Narayan, 2009). Para
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su transporte dentro de la planta operan principalmente proteínas Nramp, facilitadores de difusión catiónica (CDF´s) y proteínas reguladoras de hierro y cinc (ZIP) (Epstein & Bloom, 2005). La planta busca la complejación del cadmio generando ácidos orgánicos, enzimas antioxidantes, glutatión y ascorbato (Toppi L. S., y otros, 2007). De igual forma la síntesis de fitoquelatinas es muy importante ya que dada la afinidad del cadmio por el azufre (Meharg, 2005) el cadmio es posteriormente almacenado en las vacuolas (Grill, Mishra, Srivastava, & Tripathi, 2007). En el embalse de Tominé se encuentra una concentración de cadmio muy alta asociada a la rizósfera. Este fenómeno se debe en gran medida al pH, el cual se encuentra igual a mayor a 6. En estas condiciones el Cd2+ se vuelve insoluble lo que facilita su precipitación y captura en las raíces (Sandrin & Hoffman). De igual manera el tejido de las raíces tiene un contenido considerable de cadmio, lo cual es un reflejo de los procesos de absorción por parte del buchón. Estos fenómenos nos dan una posible explicación a la alta concentración de cadmio en los sedimentos del embalse, debido a la descomposición y sedimentación de las plantas.
7.4.3. Cinc
La alta capacidad del buchón para remover cinc esta reportada, la cuál es particularmente eficiente a concentraciones menores de 10 mg/L (Mishra & Tripathi, 2009). De igual manera la actividad microbiana aumenta esta capacidad (Fomina, Charnock, Hillier, Alexander, & Gadd, 2006). Sin embargo concentraciones muy altas no solo reducen la capacidad de remoción sino que adicionalmente perjudican el crecimiento de la planta (Subroto, Priambodo, & Indrasti, 2007). El cinc tiene afinidad para unirse a oxi-hidróxidos de hierro que se acumulan en la superficie de las raíces (Cronk & Fennessy, 2001), por tal razón en los muestreos se encontró cinc tanto en el agua asociada a la rizósfera como en las muestras de tejido vegetal. La captura se lleva a cabo por transportadores de Fe3+ así como CDF´s y ZIP´s (Epstein & Bloom, 2005). El cinc es transportado a un ambiente hidrofóbico
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dentro de la membrana celular (Sriprang & Murooka, 2007) donde es ligado a fitoquelatinas (Grill, Mishra, Srivastava, & Tripathi, 2007). En el sitio de estudio el pH por encima de 6 hace que cinc se encuentre insoluble (Sandrin & Hoffman) principalmente por lo que se favorece la rizofiltración. Los valores encontrados corroboran la importancia de este fenómeno.
7.4.4. Cobre
El buchón se caracteriza por su alta capacidad de remoción de cobre. Esta es más eficiente cuando se presentan concentraciones moderadas. Los mayores niveles de remoción se han encontrado a concentraciones igual o menores a 5 mg/L donde adicionalmente no se presentan cambios morfológicos significativos (Hu, Zhang, & Hamilton, 2007). Los principales procesos presentes en la remoción del cobre son la quelación, el intercambio iónico y la precipitación (El-Gendy, 2008). El transporte del cobre se lleva a cabo por ATPasas, para luego ser ligado a agentes complejantes (Epstein & Bloom, 2005). Finalmente el cobre es reducido a nivel celular y debido a su afinidad por el azufre es ligado a fitoquelatinas (Meharg, 2005). Al igual que para el cinc, el pH por encima de 6 hace que el cobre soluble disminuya facilitando su precipitación (Sandrin & Hoffman). Las mediciones realizadas evidencian los procesos de adsorción y absorción en el tapón de buchón.
7.4.5. Cromo
El buchón es muy eficiente removiendo cromo. De igual manera la actividad microbiana mejora la remoción debido a la quelación. Se ha reportado una remoción máxima para pH 5(Faisal & Hasnain, 2005). Adicionalmente la actividad microbiana asociada a la rizósfera logra reducir el Cr(VI) a Cr(III), el cuál es menos tóxico (Viti & Giovannetti, 2007) al mismo tiempo que es complejado por los exudados de la raíz. El cromato (CrO4
2-) es muy similar al sulfato (SO4
2-) por lo que se puede presentar competencia (Bitton, 2002). En
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la planta se puede encontrar el cromo como fosfato, nitrato y acetato de cromo (Peralta, Lopez, & Narayan, 2009). En el embalse de Tominé se encontró la mayor concentración de cromo en el agua asociada a la rizósfera y una concentración considerable en los tejidos vegetales. Esto refleja la importancia de los fenómenos previamente mencionados y de la eficiencia del buchón para remover cromo a concentraciones moderadas.
7.4.6. Mercurio
Esta reportado que el buchón tiene una gran capacidad para remover y acumular mercurio (Skinner, Wright, & Porter-Goff, 2007). El mercurio entra a la planta como metilmercurio (Peralta, Lopez, & Narayan, 2009) donde por su afinidad por el azufre es fácilmente ligado a fitoquelatinas (Meharg, 2005). Al observar los resultados se ve que las concentraciones de mercurio están en todos los casos debajo del nivel mínimo detectable pero se encuentra en una muy alta concentración a nivel de sedimentos. Puede que en el pasado se presentaron descargas importantes de mercurio por lo que se ve una alta concentración en los sedimentos. Es de esperarse debido a que en condiciones anóxicas las bacterias reductoras y metano génicas actúan de manera que el mercurio se vuelve insoluble y se precipita (Madigan, Martinko, Dunlap, & Clark, 2009). Sin embargo, debido a la alta toxicidad del mercurio a muy bajas concentraciones, es bueno realizar nuevas mediciones utilizando una prueba de laboratorio con la capacidad de medir concentraciones muy pequeñas y así verificar si evidentemente el embalse está recibiendo una carga importante de mercurio.
7.4.7. Níquel
El níquel se encontró a concentraciones altas en el agua asociada a las raíces pero en el agua superficial se observo por debajo del nivel mínimo detectable. De igual forma la concentración en el tejido no fue detectable.
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Esto se da debido a que remoción de níquel se asocia principalmente a la actividad microbiana y la producción de ácidos orgánicos en la rizósfera, lo que mejora la captura y acumulación (Zaidi, Usmani, Singh, & Musarrat, 2006). El níquel forma complejos con citrato y acido malónico (Peterson, 1993). Una vez más, el pH juega un papel fundamental haciendo que el níquel se encuentre principalmente de forma insoluble (Sandrin & Hoffman) lo que explica porque en las muestras se ve una alta concentración en el agua asociada a las raíces.
7.4.8. Plomo
La captura de plomo se da por grupos carboxilos o ácidos orgánicos en la superficie de la raíz pero es incierto si entran al tejido (Peralta, Lopez, & Narayan, 2009). El plomo forma precipitados como carbonatos, hidróxidos y fosfatos. En la planta se encuentra ligado a fitoquelatinas y a compuestos con acetato, nitrato y citrato (Peralta, Lopez, & Narayan, 2009). El plomo se acumula principalmente en las raíces y el hecho de que se encuentre de manera soluble a pH menor a 6 favorece la remoción por rizofiltración (Sandrin & Hoffman). Esto se corrobora al ver los valores mínimos obtenidos en los tejidos vegetales mientras la concentración de plomo en el agua asociada a las raíces es muy alta.
Dadas estas condiciones es recomendable cosechar de acuerdo con el ciclo de vida del buchón así evitar que al descomponerse las plantas muestras pueden liberar los metales previamente capturados. La concentración de metales en los sedimentos puede ser debido a este fenómeno.
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7.5. Comparación con la normatividad
Al observar las distintas normatividades podemos ver que el cumplimiento depende en gran medida de la norma aplicada según el uso que se le dé al agua. El Decreto 1594 de 1984 establece los parámetros cuando el agua se destina para uso pecuario. En cuanto a el agua destinada al consumo humano el Decreto 475 de 1998 establece lo que se denomina agua segura mientras la Resolución 2115 de 2007 establece los parámetros del agua potable.
Si comparamos los valores con lo estipulado en la Resolución 2115 de 2007 vemos que en los dos muestreo el níquel, el plomo y el cadmio son los metales que se encuentran en concentraciones superiores a las permitidas. Esto se ve particularmente en el caso del agua asociada a las raíces del buchón debido a que el buchón efectivamente está trabajando como un biofiltro, removiendo o capturando los metales en sus raíces y logrando que el efluente sea de una mejor calidad.
Tabla 13. Comparación de resultados del muestreo 1 con la normatividad
Entrada1 Intermedio1
[mg/L] Decreto 1594 / 84
Decreto 475 / 98
Resolución 2115 / 07
Agua Raíz Agua Raíz
Arsénico 0,2 0,05 0,01 <0,007 <0,007 <0,007 <0,007
Cadmio 0,05 0,005 0,003 0,0154 0,043 <0,0004 0,019
Cinc 25 10 3 0,033 0,182 0,028 0,129
Cobre 0,5 2 1 0,235 0,118 0,082 0,128
Cromo 1 0,025 0,05 <0,008 0,048 <0,008 0,0154
Mercurio 0,01 0,002 0,001 <0,009 <0,009 <0,009 <0,009
Níquel 0,2 0,1 0,02 <0,004 0,026 <0,004 0,012
Plomo 0,1 0,02 0,01 <0,003 0,055 <0,003 0,028
Fuente. (Colombia, Congreso, 1984) (Colombia, Congreso, 1998) (Colombia, Congreso, 2007)
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Tabla 14. Comparación de resultados del muestreo 2 con la normatividad
Entrada2 Intermedio2 [mg/L] Decreto
1594 / 84 Decreto 475 / 98
Resolución 2115 / 07
Agua Raíz Agua Raíz
Arsénico 0,2 0,05 0,01 <0,004 <0,004 <0,004 <0,004
Cadmio 0,05 0,005 0,003 <0,001 0,009 <0,001 0,014
Cinc 25 10 3 0,066 0,176 0,039 0,221
Cobre 0,5 2 1 0,028 0,059 0,003 0,054
Cromo 1 0,025 0,05 0,045 0,028 <0,006 0,033
Mercurio 0,01 0,002 0,001 <0,002 <0,002 <0,002 <0,002
Níquel 0,2 0,1 0,02 0,01 0,022 <0,001 0,021
Plomo 0,1 0,02 0,01 0,218 0,029 <0,003 0,044
Fuente. (Colombia, Congreso, 1984) (Colombia, Congreso, 1998) (Colombia, Congreso, 2007)
A continuación se realiza una comparación de las mediciones de concentración para metales pesados y la Resolución 2115 de 2007, la cual es norma que estipula los parámetros de calidad del agua destinada para consumo humano. Para esto se hizo un promedio entre los valores medidos en los dos muestreos para cada metal, tanto a la entrada del embalse como en el punto intermedio.
Figura 13. Concentración de As
Fuente. El autor
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Figura 14. Concentracion de Cd
Fuente. El autor
Figura 15. Concentración de Zn
Fuente. El autor
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Figura 16. Concentración de Cu
Fuente. El autor
Figura 17. Concentración de cromo
Fuente. El autor
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Figura 18. Concentracion de Hg
Fuente. El autor
Figura 19. Concentración de Ni
Fuente. El autor
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Figura 20. Concentración de Pb
Fuente. El autor
Para arsénico el agua cumple con la norma, incluida el agua asociada a las raices. Para ambos casos la concentración se encuentra por debajo del nivel mínimo detectable. Al observar el comportamineto del cadmio se ve que la zona acuosa de la rizósfera tiene concentraciones muy superiores a lo permitido, lo cual refleja la actividad de acumulación en esta parte. Hay una diferencia considerable entre los puntos de muestros ya que las concentraciones para el punto dos son mucho menores, reflejo de la actividad de biofiltro del buchón. Para la concentración en el agua encontramos que para el segundo punto los valores cumplen con la legislación. En el punto intermedio, la concentracion para agua superficial ya cumple con la norma. Los niveles de cinc y cobre son bajos. La remocion para estos metales no es relevante desde el punto de vista legislativo aunque su presencia es importante para las plantas como nutrientes. El caso del mercurio es particular debido a que la prueba de laboratorio que se utilizo no es lo suficientemente fina para deterctar niveles bajos. A pesar de que la concentración se encuentra por debajo del nivel mínimo detectable, el valor de este nivel supera los estandares permitidos en la norma. Sin duda alguna se requiere una prueba que logre medir niveles mucho mas bajos de
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mercurio. En el caso del cromo se ve una mayor concentración asociada a las raíces. Revisando la literatura, la mayor eficiencia se da en la rizósfera, donde la actividad microbiana juega un papel importante en la degradación de este metal. Al parecer el efecto de rizofiltración es muy efectivo en el níquel debido a que el agua superficial cumple con la normatividad mientras que la concentración del agua asociada a las raíces es muy superior. En el caso del plomo, aunque se presentaron algunos valores por debajo del mínimo detectable, la concentración en el agua superficial del punto 1 está muy por encima de lo permitido en la legislación, mientras que la normatividad se cumple para el punto 2. En los dos puntos las concentraciones en el agua asociada a raíces es mayor a la permitida. Podemos concluir que la remoción de plomo se debe a procesos de adsorción asociados a los sedimentos y las raíces del buchón, las cuales retienen gran cantidad de este material actuando eficientemente te como filtros.
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8. CONCLUSIONES
Eichhornia crassipes ha tenido un efecto positivo en la remoción de metales pesados del embalse de Tominé. Los resultados obtenidos demuestran que el proceso más eficiente utilizado por esta especie es la rizofiltración. Adicionalmente las concentraciones de metales pesados en las raíces del buchón muestran que otros procesos como la fitoextracción son de importancia en este sistema acuático. Gracias a las condiciones del embalse, como su pH, hacen que la precipitación y sedimentación de los metales sea buena. Esto también se ve observando el predominio de los sólidos en fase no diluida. Al predominar la fase no diluida y la rizofiltración, la acumulación de los metales pesados aumenta gracias a la alta densidad de raíces de buchón y de igual manera se evita una remisión de los metales previamente capturados y degradados debido a la descomposición de las plantas muertas. La alta concentración de algunos metales en los sedimentos puede ser debido a este proceso. De igual manera las condiciones del embalse hacen que la calidad del agua a nivel de sólidos totales mejore considerablemente.
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10. ANEXOS
