UNIVERSIDAD ANDINA
NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA Y
AMBIENTAL
REMOCIÓN DE PLOMO EN SOLUCIONES ACUOSAS
CON NABO SILVESTRE
(Brassica Rapa L.).
TESIS PRESENTADA POR:
Bach. GUIBERT MARIO PORTUGAL CARRIZALES
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO SANITARIO Y AMBIENTAL
JULIACA - PERÚ
U N I V E R S I D A D A N D I N A
M É S T O R CÁCERES V E L Á S Q U E Z
F A C U L T A D D E INGENIERÍAS Y C I E N C I A S P U R A S
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA Y
AMBIENTAL
REMOCIÓN D E P L O M O E N S O L U C I O N E S A C U O S A S
C O N N A B O S I L V E S T R EzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA ( B r a s s i c a Rapa L . ) .
TESIS PRESENTADA POR:
B a c h . G U I B E R T M A R I O P O R T U G A L C A R R I Z A L E S
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO SANITARIO Y AMBIENTAL
APROBADA POR EL JURADO REVISOR:
PRESIDENTE
PRIMER MIEMBRO
SEGUNDO MIEMBRO
UNIVERSIDAD ANDINA
"NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ
RESOLUCIÓN DECANAL 465-2019-D-FiCP-UANCV
Juliaca, 13 de s e t i e m b r e de 2019. VISTOS:
El Oficio N° 403-2019-D/EPISA/FICP-UANCV, del Director de la Escuela Profesional de I n g e n i e r í a Sanitaria y A m b i e n t a l , el I n f o r m e s/n del Presidente del Jurado d i c t a m i n a d o r del Trabajo de Tesis, R E S O L U C I Ó N DECANAL N ° 361-2017-D-FICP-UANCV y R e s o l u c i ó n Decanal N° 174-2019-D-FICP-UANCV, de a p r o b a c i ó n de Perfil de Tesis de fecha 24 de n o v i e m b r e de 2 0 1 7 , y el acta de c a l i f i c a c i ó n del Borrador de Tesis de fecha 05 de s e t i e m b r e de 2019 para o p t a r al T í t u l o Profesional de Ingeniero Sanitario A m b i e n t a l , con el t e m a t i t u l a d o : R E M O C I Ó N DE PLOMO EN SOLUCIONES ACUOSAS CON NABO SILVESTRE [Brassico Ropa L).
CONSIDERANDO:
Que, el(los) Bachiller(es): GUIBERT MARIO, PORTUGAL CARRIZALES, ha p r e s e n t a d o su Trabajo de resis T i t u l a d o : R E M O C I Ó N DE PLOMO EN SOLUCIONES ACUOSAS CON NABO SILVESTRE {Brassica Ropo L).
Que, h a b i e n d o p r o c e d i d o de acuerdo al Reglamento de Grados y T í t u l o s de la Facultad de i n g e n i e r í a s y Ciencias Puras, el p r e s i d e n t e de la C o m i s i ó n de Grados y T í t u l o s de la Facultad de I n g e n i e r í a s , n o m i n ó c o m o Jurado a los siguientes Docentes:
* Presidente : Dr. ing. RONALD MADERA TERAN
^ l e r M i e m b r o : M.Sc. Ing. J E S Ú S ESTEBAN CASTILLO MACHACA * 2 d o M i e m b r o : Ing .RENE JUSTO QUISPE FLORES
Que, el Jurado D i c t a m i n a d o r ha a p r o b a d o en su i n t e g r i d a d el Trabajo de Tesis t i t u l a d o : R E M O C I Ó N D i PLOMO EN SOLUCIONES ACUOSAS CON NABO SILVESTRE {Brassica Rapa L).
Que; la Oficina de Investigación ha aprobado con el Dictamen 250 - 2019 la originalidad del trabajo de investigación titulado: R E M O C I Ó N DE PLOMO EN SOLUCIONES ACUOSAS CON NABO SILVESTRE {Brassica Rapa L).
Estando en la o p i n i ó n favorable por el Presidente de la C o m i s i ó n de Grados y T í t u l o s , en concordancia al Regl amento de Grados y T í t u l o s de la Facultad de I n g e n i e r í a s y Ciencias Puras y en uso a las atribuciones, que le concede la ley Universitaria 3 0 2 2 0 , ley de c r e a c i ó n de la UANCV 2 3 7 3 8 y m o d i f i c a c i ó n . R e s o l u c i ó n de i n s t i t u c i o n a l i z a c i ó n 1287-92-ANR D.L. 7 3 9 , y el Estatuto de la UANCV, el Decano de la Facultad de I n g e n i e r í a s y Ciencias Puras. _ .
SE RESUELVE:
ARTICULO PRIMERO.- APROBAR, el TRABAJO DE TESIS, de el(los) Bachiller(es): ): GUIBERT MARIO, ^•ORTUGAL CARRIZALES, para o p t a r el T í t u l o Profesional de Ingeniero Sanitario y A m b i e n t a l con el Tema T i t u l a d o : R E M O C I Ó N DE PLOMO EN SOLUCIONES ACUOSAS CON NABO SILVESTRE {Brassica Rapa L).
La misma q u e d e b e r á proceder a la i m p r e s i ó n de su b o r r a d o r de Tesis en limpio, de a c u e r d o a lo L'Stablecido en el Reglamento de Grados y T í t u l o s de la Facultad de I n g e n i e r í a s y Ciencias Puras- Escuela Profesional de I n g e n i e r í a S.anitaria y A m b i e n t a l .
ARTICULO SEGUNDO.- RECONOCER, como ASESOR DE TESIS al Docente ordinario, de la Escuela Profesional ingeniería Sanitaria y Ambiental, Facultad de Ingenierías y Ciencias Puras Ing. JAVIER ARTURO BOJORQUEZ GANDARILLAS.
ARTICULO TERCERO.- La C o m i s i ó n de Grados y T í t u l o s de la Facultad de I n g e n i e r í a s y Ciencias Puras V el Director de la Escuela Profesional I n g e n i e r í a Sanitaria y A m b i e n t a l , q u e d a n encargados del c u m p l i m i e n t o de la ní'esente R e s o l u c i ó n .
R e g í s t r e s e , C o m u n i q ú e s e , A r c h í v e s e .
i
DEDICATORIA
ii
AGRADECIMIENTOS
iii
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL ... iii
ÍNDICE DE FIGURAS ... vii
ÍNDICE DE TABLAS ... ix
RESUMEN ... xi
CAPÍTULO I ... 1
EL PROBLEMA ... 1
1.1. ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN PROBLEMÁTICA... 1
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 3
1.2.1. Problema General ... 3
1.2.2. Problema Específico ... 3
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 3
1.3.1. Objetivo General ... 3
1.3.2. Objetivo Especifico ... 4
1.3.3. Justificación Del Estudio ... 4
1.4. HIPÓTESIS ... 5
1.4.1. Hipótesis General ... 5
1.4.2. Hipótesis Específico ... 5
1.5. VARIABLES ... 6
1.5.3. Operacionalización De Variables ... 8
CAPÍTULO II ... 9
iv
2.1. ANTECEDENTES DEL ESTUDIO ... 9
2.2. BASES TEÓRICAS ... 12
2.2.1. Contaminación ambiental ... 12
2.2.2. Fuentes de Contaminación que contienen metales pesados ... 13
2.2.3. Efectos de la contaminación del agua en el medio ambiente y en la salud ... 14
2.2.4. Metales pesados ... 14
2.2.5. Plomo (Pb) ... 15
2.2.6. Efectos del plomo en la salud ... 15
2.2.7. Biodisponibilidad de los metales pesados ... 16
2.2.8.-Tecnologías de remediación ... 16
2.2.9. Procesos de bioacumulación ... 18
2.2.10. Hidroponía ... 19
2.2.11.-Soluciónes hidropónicas ... 20
2.2.12.-Sistema hidropónico de raíz flotante ... 21
2.2.13.- La aereación en medios hidropónicos ... 21
2.2.14.-Potencial de Hidrogeno de la solución nutritiva ... 21
2.2.15.-Nabo silvestre (Brassica Rapa L.)... 22
2.2.16.- Manejo de los residuos generados en el proceso de fitorremediación ... 23
2.3. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS... 23
v
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 25
3.1. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN ... 25
3.2. DESCRIPCIÓN DEL ÁMBITO DE LA INVESTIGACIÓN ... 25
3.2.1. Ubicación Política: ... 25
3.2.2. Ubicación geográfica y clima ... 26
3.3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS ... 26
A. Determinación de la cantidad de plomo mediante espectrofotometría -……….27
B. Ficha de recolección de datos ... 27
3.4. PROCEDIMIENTOS DE ACUERDO A LOS OBJETIVOS ... 28
3.4.1. Procedimientos Generales ... 28
3.5. DISEÑO DE LA PRUEBA DE HIPÓTESIS... 39
3.5.1. Población y Muestra... 41
3.6. MATRIZ DE CONSISTENCIA ... 42
CAPÍTULO IV ... 43
ANÁLISIS Y CÁLCULOS ... 43
4.1. ANÁLISIS DE Pb. EN TEJIDO BIOLÓGICO ... 43
4.2. TEMPERATURA ... 45
4.3. POTENCIAL DE HIDROGENO - pH ... 46
CAPITULO V... 47
vi
5.1. CONCENTRACIÓN DE PLOMO PRESENTE EN LA BIOMASA DEL
NABO SILVESTRE (Brassica Rapa L.) SOMETIDA AL PROCESO DE
REMOCIÓN ... 47
5.1.1. Concentración de Plomo Removido de la Solución “A” ... 47
5.1.2. Concentración de Plomo “B” (500 mg) ... 49
5.1.3. Concentración de Plomo “A y B” (100 y 500 mg) ... 51
5.2. TIEMPO ÓPTIMO DE EXPOSICIÓN Y LA INFLUENCIA DE ESTE EN EL PROCESO DE REMOCIÓN DE PLOMO EJERCIDA POR EL NABO SILVESTRE (Brassica Rapa L.) EN LAS SOLUCIONES ACUOSAS ... 56
5.2.1. Concentración de Plomo “A” (100 mg/l) ... 56
5.2.2. Concentración de Plomo “B” (500 mg/l) ... 58
6.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 66
6.1.-CONCLUSIONES ... 66
6.2.-RECOMENDACIONES ... 67
7.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 68
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Principales fuentes de procedencia de metales pesados, por Ortiz et
al. 2007. ... 13
Figura 2: Solución Hidropónica A y B, por registro fotográfico del investigador.
... 20
Figura 3: Nabo Silvestre (Brassica Rapa L.), por registro fotográfico del
investigador... 22
Figura 4: Lugar de recolección, vía a Juliaca – Puno, altura del desvió a Huata/
Capachica, por registro fotográfico del investigador. ... 28
Figura 5: Distribución del sistema, por el investigador. ... 31
Figura 6: Grafico de puntos de la remoción de plomo para una concentración
inicial de 100 mg/l en 7,14 y 21 días respectivamente. ... 48
Figura 7: Grafico de puntos de la remoción de plomo para una concentración
inicial de 500 mg/l en 7,14 y 21 días respectivamente. ... 50
Figura 8: Grafico de barras de la remoción de plomo para una concentración
inicial de 100 y 500 mg/l en 7,14 y 21 días respectivamente. ... 53
Figura 9: Grafico de puntos de la remoción de plomo para una concentración
inicial de 100 y 500 mg/l en 7,14 y 21 días respectivamente. ... 54
Figura 10: Prueba de regresión lineal para una concentración de 100 mg/l. ... 57
Figura 11: Prueba de regresión lineal para una concentración de 500 mg/l. ... 58
Figura 12: Resultados obtenidos de los efectos morfológicos a los 7 días. ... 60
Figura 13: Resultados obtenidos de los efectos morfológicos a los 14 días. ... 61
Figura 14: Resultados obtenidos de los efectos morfológicos a los 21 días. ... 61
Figura 15: Recolección de Nabo Silvestre (Brassica Rapa L.) ... 76
viii
Figura 17: Preparación de la solución hidropónica y pesaje del Nitrato de Pb. 77
Figura 18: Distribución de la solución hidropónica según repetición y
concentración de Pb. ... 77
Figura 19: Colocación del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) a las soluciones
acuosas según repetición y contaminante. ... 78
Figura 20: Plantas sometidas a las soluciones acuosas durante 7 días a
concentraciones de 100 y 500 mg/l. ... 78
Figura 21: Plantas sometidas a las soluciones acuosas durante 14 días a
concentraciones de 100 y 500 mg/l. ... 79
Figura 22: Plantas sometidas a las soluciones acuosas durante 21 días a
concentraciones de 100 y 500 mg/l. ... 79
Figura 23: Secado de las plantas sometidas al proceso de experimentación
durante 7,14 y 21 días, a temperatura ambiente. ... 80
Figura 24: Proceso de pulverización del nabo silvestre (Brassica Rapa L.). .... 80
Figura 25: Muestras previos a realizar las mesclas homogéneas... 81
Figura 26: Equipo utilizado para realizar una mezcla homogénea de las
muestras ... 81
Figura 27: Espectrofotómetro utilizado para obtener la cantidad de metal
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Operacionalización de variables (FUENTE: Elaboración propia). ... 8
Tabla 2: Análisis comparativo de sistemas de cultivo tradicional e hidropónico, por Gilsanz, (2007, p. 12). ... 19
Tabla 3: Metodología de la investigación, por el investigador. ... 25
Tabla 4: Técnicas aplicadas por objetivo, por el investigador. ... 26
Tabla 5: Instrumentos aplicados por objetivo, por el investigador. ... 27
Tabla 6: Georreferenciación de la zona de recolección, por el investigador. ... 28
Tabla 7: Diseño experimental de bloques completos al azar, por el investigador. ... 31
Tabla 8: Matriz de consistencia ... 42
Tabla 9: Resultados obtenidos en los análisis de plomo realizados a la biomasa del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) R1 – R2. ... 43
Tabla 10: Media aritmética realizada a las repeticiones 1 y 2, para la obtención de la repetición N° 3. ... 44
Tabla 11: Datos finales con los que se trabajó estadísticamente, (repetición 1 - R1, repetición 2 - R2 y repetición 3 - R3). ... 44
Tabla 12: Control de temperatura de la solución acuosa. ... 45
Tabla 13: Control de pH. ... 46
Tabla 14: Resultados obtenidos de la concentración de plomo presente en la biomasa, sometido a soluciones acuosas con 100 mg/l de plomo. ... 47
Tabla 15: Análisis de las medidas de resumen y el porcentaje de remoción para una concentración de 100 mg/l. ... 48
x
Tabla 17: Análisis de las medias de resumen y el porcentaje de remoción para
una concentración de 500 mg/l. ... 49
Tabla 18: Resultados obtenidos de la concentración de plomo presente en la
biomasa, sometido a soluciones acuosas con 100 y 500 mg/l de plomo. ... 51
Tabla 19: Análisis de varianza ... 51
Tabla 20: Resultados obtenidos al realizar la trasformaciones datos de la
concentración de plomo presente en la biomasa, sometido a soluciones
acuosas con 100 y 500 mg/l de plomo. ... 52
Tabla 21: Análisis de la varianza con los datos obtenidos al aplicar la raíz
cuadrada a todas las muestras. ... 52
Tabla 22: Análisis de la Varianza ... 52
Tabla 23: Análisis del contraste mediante la prueba de Tukey. ... 53
Tabla 24: Resultados obtenidos según el tiempo de exposición, para una
concentración de 100 mg/l de Pb en la solución acuosa. ... 56
Tabla 25: Promedio de los resultados obtenidos según días y repeticiones, para
una concentración de 100 mg/l de Pb en la solución acuosa. ... 56
Tabla 26: Resultados obtenidos según el tiempo de exposición, para una
concentración de 500 mg/l de Pb en la solución acuosa. ... 58
Tabla 27: Promedio de los resultados obtenidos según días y repeticiones, para
una concentración de 100 mg/l de Pb en la solución acuosa. ... 58
Tabla 28: Resultados obtenidos en la recolección de datos de los efectos
xi
RESUMEN
La investigación titulada “Remoción de Plomo en Soluciones Acuosas con Nabo
Silvestre (Brassica Rapa L.)”, fue realizada en la ciudad de Puno, teniendo como
objetivo general evaluar la eficacia del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) como
removedor de plomo en soluciones acuosas, mediante un análisis cualitativo y
cuantitativo, para llegar a esto se tuvieron tres objetivos específicos los cuales
fueron: Determinar la concentración del plomo presente en la biomasa del nabo
silvestre (Brassica Rapa L.) sometida a las soluciones acuosas con diferentes
concentraciones de plomo, Establecer el tiempo óptimo de exposición y la
influencia de este en el proceso de remoción ejercida por el nabo silvestre
(Brassica Rapa L.) en las soluciones acuosas, Describir los efectos
morfológicos en el desarrollo del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) expuesto a
soluciones acuosas con plomo. Se aplicó el diseño de doble vía trabajando con
concentraciones de 100 y 500 mg/L. sometiendo al nabo silvestre (Brassica
Rapa L.) a un proceso de remoción del contaminante en un periodo de 7, 14 y
21 días, realizándose en medios hidropónicos con aireación constante y a
temperatura ambiente; a los 21 días de exposición al contaminante se tubo que
el nabo silvestre removió un 4.97% del total de una concentración de 100 mg/L,
y un 6.91% del total de una concentración de 500 mg/L, evidenciando la
efectividad en la remoción, siendo el tiempo un factor que tiene una influencia
entre 90 a 95 % en la remoción de plomo, se contrasta que a mayor tiempo de
exposición del nabo silvestre a soluciones acuosas que contienen plomo, se
ejercerá una mayor remoción.
xii
ABSTRACT
The research entitled “Lead Removal in Aqueous Solutions with Wild Turnip
(Brassica Rapa L.)”, was carried out in the city of Puno, with the general objective
of evaluating the effectiveness of wild turnip (Brassica Rapa L.) as a lead remover
in aqueous solutions, using a qualitative and quantitative analysis, to achieve this,
there were three specific objectives which were: To determine the concentration
of lead present in the biomass of wild turnip (Brassica Rapa L.) subjected to
aqueous solutions with different concentrations of lead,
Establish the optimal exposure time and its influence on the removal process
exerted by wild turnip (Brassica Rapa L.) in aqueous solutions, Describe the
morphological effects on the development of wild turnip (Brassica Rapa L.)
exposed to aqueous solutions with lead. The two-way design was applied working
with concentrations of 100 and 500 mg / L. subjecting the turnip (Brassica Rapa L.) to a process of removal of the contaminant in a period of 7, 14 and 21 days,
performing in hydroponic media with constant aeration and at room temperature;
at 21 days of exposure to the contaminant it was reported that wild turnip removed
4.97% of the total of a concentration of 100 mg / L, and 6.91% of the total of a
concentration of 500 mg / L, evidencing the effectiveness in the removal, being
the time a factor that has an influence between 90 to 95% in the removal of lead,
it is contrasted that the longer the exposure of wild turnip to aqueous solutions
containing lead, a greater removal will be exercised.
xiii
INTRODUCCIÓN
Hoy en día se tiene un desmedido aumento en la contaminación generado por
los diversos procesos industriales como la minería, el cual tiene gran incidencia
en el departamento de Puno, estos generan residuos que tienen metales
pesados, los cuales acaban transfiriéndose al medio ambiente, esto a causa de
un inadecuado tratamiento o disposición final, por fragmentos de metales
pesados como el plomo, mercurio, entre otros. El problema de este tipo de
contaminación, es uno de los aspectos más preocupantes en la contaminación
del medio ambiente; en el departamento de Puno, el crecimiento industrial como
la minería generan gran impacto al medio ambiente (agua, suelo, aire, biota, etc.)
contaminándolos con metales pesados como el plomo.
A nivel nacional existen antecedentes en los que afirman la capacidad de las
especies vegetales en la fitorremediación de medios con impactos negativos
generados por los metales pesados, como el de Jara, Gomes, Montoya, Chanco,
Mariano y Cano (2014) en su investigación realizada en la ciudad de Lima en
condiciones de invernadero, “Afirman que en Brassica Rapa, la mayor
acumulación de plomo, zinc y cadmio fueron obtenidos en las raíces con el
tratamiento de 100% de relave de mina…adquiriendo como resultado que la
especie acumuló 758.8 mg kg-1 de materia seca (MS) de plomo”; en cambio no
existen antecedentes aplicados a nivel regional, o en condiciones climáticas
propios de la región de Puno.
La presente investigación se documenta íntegramente a evaluar la eficacia del
nabo silvestre (Brassica Rapa L.) como removedor de plomo en soluciones
xiv
fueron: Determinar la concentración del plomo presente en la biomasa del nabo
silvestre (Brassica Rapa L.) sometida a las soluciones acuosas con diferentes
concentraciones de plomo, Establecer el tiempo óptimo de exposición y la
influencia de este en el proceso de remoción ejercida por el nabo silvestre
(Brassica Rapa L.) en las soluciones acuosas y Describir los efectos
morfológicos en el desarrollo del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) expuesto a
soluciones acuosas con plomo; esto en el marco del desarrollo tecnológico sobre
el grado de importancia de la aplicación de especies vegetales en la remoción
1
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1. ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN PROBLEMÁTICA
Hoy en día se tiene un desmedido aumento en la contaminación
generado por los diversos procesos industriales como la minería, el cual
tiene gran incidencia en el departamento de Puno, esta industria genera
restos con metales pesados, los cuales acaban transfiriéndose a los
medios naturales, esto debido a un inadecuado tratamiento, manejo y/o
disposición final.
En la región de Puno se genera una gran contaminación por procesos
industriales como la minera ya que posee depósitos mineros de gran
relevancia con valores económicos significativos, sin embargo, en los
últimos años las practicas mineras y los restos que se generan en sus
diversos procesos se posicionaron como la primera fuente de
contaminación para los recursos naturales de las zonas colindantes a
estas actividades. El problema radica en la agregación de metales
pesados tóxicos al medio ambiente, dicha agregación al ambiente es
2
y/o actividades en la minería, siendo estos residuos riesgosos para las
matrices ambientales y la salud pública, un claro acontecimiento de estos
hechos se tiene en la ciudad de Cerro de Pasco en donde se tienen
alarmantes niveles de metales pesados entre ellos el plomo y arsénico,
generado por los restos de las actividades mineras presentes en esta
ciudad; en donde la población es la más perjudicada ya que se evidencia
que en informes médicos de sangre arrojo altos niveles de plomo en sus
organismos.
Díaz et al. (2013) comentan que: “Este hecho, conjuntamente con la
incorporación de Hg, implica la lixiviación que incrementa la
contaminación de las aguas subterráneas y la generación de impactos
negativos en las fuentes de abastecimiento de agua potable, implicando
la bio-disponibilidad para las especies vegetales” (p. 3).
Es por eso que resulta de gran importancia aplicar procesos de
remediación y/o restauración de las áreas contaminadas por los pasivos
ambientales mineros, así disminuir el riesgo para los recursos naturales,
la biota y la salud pública. Actualmente en la región de Puno - Perú, no
se cuenta con investigaciones sobre especies vegetales que posean la
eficiencia de fitorremediar metales pesados como el plomo.
La situación problemática genera la necesidad de realizar un estudio
sobre el potencial de las especies vegetales como el nabo silvestre
(Brassica Rapa L.) para remover plomo, que se tienen en sitios
3
minería, para así de esta manera considerar la posibilidad de utilizar
técnicas de fitorremediación en la remoción de plomo.
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1. Problema General
¿Será eficiente el nabo silvestre (Brassica Rapa L.) en la
remoción de plomo en soluciones acuosas?
1.2.2. Problema Específico
¿Cuál será la concentración de plomo en la biomasa del nabo
silvestre (Brassica Rapa L.) sometido a las soluciones acuosas
con diferentes concentraciones de plomo?
¿Cuál será el tiempo óptimo de exposición y que influencia tendrá
este en el proceso de remoción ejercida por el nabo silvestre
(Brassica Rapa L.) en las soluciones acuosas?
¿Cuáles serán las reacciones morfológicas del Nabo Silvestre
(Brassica Rapa L.) expuesto a las soluciones acuosas con
plomo?
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.1. Objetivo General
Evaluar la eficacia del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) como removedor de plomo en soluciones acuosas, mediante un análisis
4 1.3.2. Objetivo Especifico
Determinar la concentración del plomo presente en la biomasa del
nabo silvestre (Brassica Rapa L.) sometida a las soluciones
acuosas con diferentes concentraciones de plomo.
Establecer el tiempo óptimo de exposición y la influencia de este
en el proceso de remoción de plomo ejercida por el nabo silvestre
(Brassica Rapa L.) en las soluciones acuosas.
Describir los efectos morfológicos en el desarrollo del nabo
silvestre (Brassica Rapa L.) expuesto a soluciones acuosas con
plomo.
1.3.3. Justificación Del Estudio
El problema de la contaminación por metales pesados como el plomo,
es un aspecto preocupante en la contaminación del medio ambiente;
en el departamento de Puno, el crecimiento industrial de la minería
generan gran impacto al medio ambiente contaminándolo con metales
pesados como el plomo.
Existen diversas técnicas para el tratamiento de los efluentes
industriales, entre ellos se tiene a los tratamientos fisicoquímicos, los
cuales usan las propiedades físicas y/o químicas de los
contaminantes o del medio contaminado y los tratamientos térmicos
que utilizan el calor para aumentar la volatilización o inmovilización de
los contaminantes, estas técnicas tienen un alto costo de ejecución en
comparación a los tratamientos biológicos (Tejada, Villabona y
5
La presente investigación se documenta íntegramente a evaluar la
eficacia del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) como removedor de
metales pesados como el plomo en soluciones acuosas, en el marco
del desarrollo tecnológico sobre la importancia de especies bióticas
en la fitorremediación, siendo el objetivo fundamental de este trabajo
evaluar la eficacia del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) como
removedor de plomo en soluciones acuosas, mediante un análisis
cualitativo y cuantitativo.
1.4. HIPÓTESIS
1.4.1. Hipótesis General
La eficacia del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) como removedor de plomo en soluciones acuosas, mediante un análisis
cualitativo y cuantitativo es mínima.
1.4.2. Hipótesis Específico
La concentración del plomo presente en la biomasa del nabo
silvestre (Brassica Rapa L.) sometida al proceso de remoción, es
mínima.
El factor tiempo tiene una gran influencia en el proceso de
remoción de plomo ejercida por el nabo silvestre (Brassica Rapa
L.) en las soluciones acuosas.
Los efectos morfológicos en el desarrollo del nabo silvestre
(Brassica Rapa L.) expuesto a soluciones acuosas, se expresan
6 1.5. VARIABLES
En la presente investigación se identificaron las siguientes variables:
1. Concentración de plomo inicial
2. Tiempo de exposición
3. Efectos morfológicos
4. Concentración de plomo en la biomasa
1.5.1. Definición Conceptual De Las Variables
a) Concentración de plomo inicial: Concentración de plomo suministrado en la solución acuosa al inicio del experimento.
b) Tiempo de exposición: Periodo en el que la planta estará sometido a la solución acuosa con el contaminante.
c) Efectos morfológicos: Modificaciones en las características físicas como forma y color de la planta causados por el
contaminante.
d) Concentración de plomo en la biomasa: Cantidad de plomo que se encontrara en la biomasa de la especie vegetal, sometida al
proceso de remoción.
1.5.2. Definición Operacional De Las Variables
a) Nivel de plomo inicial: Concentración de plomo inicial en mg/l. proporcionado cuantitativamente según criterio y los antecedentes
7
b) Tiempo de exposición: Días en el que la planta será expuesta al contaminante, proporcionado cuantitativamente según criterio y
los antecedentes de investigación.
c) Efectos morfológicos: características físicas externas de la planta, medido descriptivamente.
d) Concentración de plomo en la biomasa: Cantidad de plomo contenido en la biomasa del nabo silvestre, obtenido mediante
espectrofotometría – análisis de metales pesados en tejidos
8 1.5.3. Operacionalización De Variables
En la tabla N° 1 se muestra la operacionalización de variables existentes en la presente investigación.
Tabla 1: Operacionalización de variables (FUENTE: Elaboración propia).
VARIABLE DIMENSIÓN INDICADORES TÉCNICAS INSTRUMENTO
CONCENTRACIÓN DE PLOMO INICIAL
La relación de una sustancia disuelta o contenida en una cantidad dada de otra sustancia.
MEDIDAS CUANTITATIVAS Mediciones en donde se utilizan valores numéricos exactos.
CANTIDAD DEL METAL Suministrado a la
solución acuosa
Obtención del dato por el análisis de
textos
TIEMPO DE EXPOSICIÓN
Periodo en horas / días durante el cual la biomasa pueda recibir la acción o sufrir el efecto de un agente contaminante
PERIODO EN DÍAS DE EXPOSICIÓN
Controla el tiempo de exposición a un agente contaminante en días.
DÍAS Forma de medir
el tiempo.
Obtención del dato por el análisis de
textos
EFECTOS MORFOLÓGICOS
Modificación en la estructura de un organismo o sistema y sus respectivas características
MEDIDAS DE SIMILITUD miden el grado de semejanza entre dos objetos de forma, color y/o otras características, viendo el grado de similaridad existente entre ellos
COLOR TAMAÑO
Características de la planta
observación directa
ficha de control de efectos morfológicos
CONCENTRACIÓN DE PLOMO EN LA BIOMASA
Cantidad de plomo presente en la biomasa del nabo silvestre
MEDIDAS CUANTITATIVAS Mediciones en donde se utilizan valores numéricos exactos.
Cantidad del metal – plomo presente en la biomasa
9
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES DEL ESTUDIO
Diaz y Peralta, (2017) en su proyecto de investigación: “Estudio
Comparativo de la Capacidad de Acumulación Para Cadmio y Plomo de
Scirpus Californicus (Totora) y Stypa Ichu (Ichu) Bajo Condiciones
Hidropónicas”. “Tuvo como objetivo evaluar la capacidad de retención de
Pb, Cd y Pb/Cd juntos en 2 tipos de muestra, i) raíces y ii) hojas y tallos,
de las especies antes mencionadas y a diferentes concentraciones (20,
50 y 80 ppm) para conocer la eficacia en los medios contaminados con
estos metales como también determinar en qué parte de las plantas existe
mayor retención… los resultados obtenidos, por medio de la técnica de
espectrofotometría de absorción atómica, indican que la retención de Pb
fue mejor en Totora a una concentración de 20 ppm llegando a retener
5.924 % (1.185 ppm) de la concentración, el Ichu en un sistema
hidropónico presenta características pobres para la acumulación de Pb y
10
Tejada et al. (2015) sostiene que: “Entre los diversos efectos producidos
por metales pesados en las plantas se tiene, la necrosis en las puntas de
hojas, la inhibición del crecimiento de raíces y en el peor de los casos la
muerte total de la planta” (p. 111).
Jara, Gómez, Montoya, Chanco, Mariano y Cano , (2014) en la
investigacion: “Capacidad fitorremediadora de cinco especies altoandinas
de suelos contaminados con metales pesados”. “Sostienen que en
Brassica Rapa, los mayores valores de acumulación de plomo, zinc y
cadmio fueron obtenidos en las raíces con el tratamiento de 100% de
relave de mina…obteniendo como resultado: La especie acumuló 758.8
mg kg-1 de materia seca (MS) de plomo, 550 mg kg-1 MS de zinc y 4.9
mg kg-1 MS de cadmio…concluyendo que, tendencias similares fueron
observadas cuando se analizó como plomo total, zinc total y cadmio total,
donde la mayor acumulación de estos tres elementos se generó con el
tratamiento de 100% de relave de mina… también se indica que en la
biomasa de las cinco especies evaluadas, los menores valores de
rendimiento de biomasa fueron obtenidos con el tratamiento de 100% de
relave de mina”.
Espinoza, (2014) en su proyecto de investigación: “Eficiencia de
bioacumulación de plomo por Spyrogira sp. a escala de laboratorio en la
universidad nacional agraria de la selva”. “En donde especímenes del alga
fueron expuestos a diferentes concentraciones... las mayores tasas de
acumulación del metal fueron encontradas a una concentración inicial de
150 mg/l, la acumulación de plomo en el alga mostró un patrón lineal que
11
resultados le permitieron concluir que algas del género Spyrogira sp.
poseen eficiente capacidad de acumulación de plomo, la que se encuentra
en función de la concentración inicial de metal en el medio, registrando su
mayor capacidad de acumulación y eficiencia a una concentración de
99.10 mg y tiempo de contacto de 12 horas, siendo 150 ppm (105 mg) la
dosis inicial aplicada, logrando un 94.38 % de eficiencia de
bioacumulación”.
Jerez, (2013) en su trabajo de investigación: “Remoción de metales
pesados en lixiviados mediante fitorremediación”. “Al realizar un estudio
para valorar el uso de la fitorremediación... Los resultados mostraron que
es posible disminuir entre (36,6 – 46,0) % de cromo y entre (31,6 – 46,7)
% del plomo contenidos en el medio acuos… los resultados obtenidos
indican que para el caso del cromo, un 20,9% de este se encuentra en la
parte aérea de la planta, mientras que en la raíz se encuentra un 79,1%,
para el caso del plomo, se encontró un 5,8% y un 94,2% en la parte aérea
y en la raíz, respectivamente”.
Mur, (2012) en un ensayo realizado para evaluar: “El uso de especies
forestales de la sierra peruana como: Vilco (Acacia visco), C’olle
(Buddleja coriácea), Eucalipto (Eucalyptus globulus), Miopor
(Myoporum laetum), Queñua (Polylepis racemosa) y Molle (Schinus
molle) para el tratamiento de relaves mineros”. “Se evaluó el desarrollo
de las especies plantadas en relave minero durante 27 semanas y se hizo
un análisis fisicoquímico al relave para determinar el pH y la concentración
de elementos químicos… las especies forestales demostraron tener gran
12
elementos químicos: antimonio, arsénico, cadmio, cobre, plata y plomo,
siendo P. racemosa con la que se obtuvo el mayor porcentaje de
remoción; Cu (90.15%), Sb (80.14%), As (54.62%), Ag (50.65%) y Pb
(71.21%)“.
Diez (2008) enfatiza que: “Cuando evaluó la resistencia y bioacumulación
de zinc en diferentes especies de plantas autóctonas de España, la
producción de biomasa en todas las especies estudiadas disminuyó
significativamente debido a la toxicidad de este metal”.
2.2. BASES TEÓRICAS
2.2.1. Contaminación ambiental
Encinas (2011) menciona que:
“la contaminación se entiende como la presencia en el aire,
agua o suelo de sustancias que pueda alterar su estado
natural, un medio estará contaminado si tiene sustancias, u
otros agentes, que generen consecuencias negativas en él…
existen diversos tipos de contaminación, los más significativos
son aquellos que afectan a los recursos naturales (aire, suelo
y agua); hay algunos tipos de contaminación que dependen
de componentes específicos y que influyen distintamente en
el ambiente… la afectación por la contaminación en el aire,
agua y suelo están muy relacionadas entre sí, los
contaminantes pasan fácilmente de un medio a otro, lo que
complica la solución de estos problemas, como se aprecia en
13
Figura: Relación de la contaminación, por Encinas, 2011. 2.2.2. Fuentes de Contaminación que contienen metales pesados
Ortiz, Sanz, Dorado, y Villar (2007) afirman que:
“Estos elementos tienen como punto de inicio el substrato
litológico, apareciendo bien como elementos nativos o
incorporados normalmente en las estructuras de sulfuros,
silicatos, carbonatos, óxidos e hidróxidos… la contribución
directa es originada por las actividades agrícolas (adición de
fertilizantes, pesticidas, lodos de depuradoras, etc) y su
acumulación a partir de residuos industriales, urbanos y
mineros” (p.13).
Figura 1: Principales fuentes de procedencia de metales pesados, por Ortiz et al. 2007.
CENIZAS DE COMBUSTION
74% RESIDUOS
URBANOS 9%
TURBA 6% RESIDUOS DE METALURGIA
6%
FERTILIZANTES 2%
RESIDUOS DE MATERIA ORGANICA
3%
I
NTERRELACIÓN Contaminación del suelo
Contaminación del aire
14
2.2.3. Efectos de la contaminación del agua en el medio ambiente y en la salud
Tejada et al. ,(2015) afirma que:
“Entre los diferentes impactos generados por los metales
pesados en las especies vegetales se tiene, la necrosis en las
puntas de las hojas, la disminución del crecimiento de las
raíces y en un caso extremo la muerte general de la especie…
en las personas, los metales pueden llegar a ser peligrosos
cuando se introducen en el cuerpo, esto puede causar:
úlceras estomacales, problemas respiratorios, debilitamiento
del sistema inmune, problemas renales y hepáticos,
hipertensión, crecimiento maligno, desordenes neurológicos”
(p. 111).
2.2.4. Metales pesados
Diez (2008) afirma que:
“La palabra metal pesado se refiere a aquellos metales de la
tabla periódica cuyo peso específico supera los 5 g/cm3 o que
tiene el número atómico por encima de 20, excluyendo
generalmente a los metales alcalinos y elementos
alcalinotérreos… normalmente se conoce como elementos
esenciales al Fe, Mn, Cu, Co, y Mo, como elementos
benéficos al Ni, y Cr, se considera que no tienen ninguna
función biológica a los elementos como el Cd, Hg, Pb, y
15
pueden llegar a ser tóxicos cuando su aporte es excesivo y
afectar negativamente al desarrollo y la propagación de la
forma de vida, e incluso pueden causar la muerte” (p. 9).
2.2.5. Plomo (Pb)
Ubillus (2013) afirma que:
“El plomo es un metal de color gris azulado, muy maleable y
tenaz de todos los metales posee gran densidad y punto de
fusión bajo…entre sus principales parámetros físicos el plomo
tiene una densidad de 11.85, un peso atómico de 207.21, es
poco soluble en agua, en su estado físico es un solidos
grisáceo… el 40% del plomo se utiliza como metal, el 25% en
aleaciones y el 35% en compuestos químicos” (p. 8, 9).
2.2.6. Efectos del plomo en la salud
“La intoxicación por plomo puede simular diversas enfermedades, se
lo ha relacionado últimamente con la generación de conductas
antisociales, y también hay una relación con retardo mental y pérdida
de habilidades cognitivas” (Nordberg, 2001, p. 39, 40).
“Una vez en la sangre, el plomo se distribuye en tres
compartimentos: la sangre, los tejidos blandos y el tejido
mineralizado” (Nordberg, 2001, p. 41).
“En el caso de los compuestos organoplúmbicos, la retención a
través de la piel termina siendo crítica. Una parte de las
manifestaciones de daño por plomo son dolores cerebrales, mareos
16
2.2.7. Biodisponibilidad de los metales pesados
Durán, 2011 define la biodisponibilidad como:
“la capacidad de un elemento para pasar de cualquier
compartimiento a un ser vivo, esta movilidad, es la capacidad
de transferir metales pesados entre compartimientos… está
determinada por la forma, el número de cargas y la energía
de retención de metales pesados, está influenciado por
diversos factores como: pH, temperatura, humedad, ambiente
químico; la biodisponibilidad de los contaminantes depende
de sus propiedades químicas, condiciones ambientales y
actividad biológica” (p. 10).
2.2.8.-Tecnologías de remediación
Volque y Velasco, 2002 afirman que:
“Las tecnologías involucran cualquier manipulación unitaria o
serie de operaciones que modifica la composición de una
sustancia peligrosa o contaminante a través de acciones
químicas, físicas o biológicas para así disminuir la toxicidad,
movilidad o volumen del material contaminado… las
tecnologías de remediación representan una alternativa a la
disposición de desechos peligrosos que no han sido tratados,
y sus capacidades o probabilidades de logro se ven
influenciadas directamente por las condiciones específicas
17 2.2.8.1.-Tratamientos biológicos
Volque y Velasco (2002) , afirman que:
“Las tecnologías de remediación biológica o biorremediación
se utilizan para describir una diversidad de sistemas que
utilizan organismos vivos (plantas, hongos, bacterias, etc.)
para descomponer, transformar o remover compuestos
tóxicos… este sistema natural depende de las actividades
catabólicas de los organismos y por consiguiente de su
capacidad para utilizar los contaminantes como fuente de
alimento… el proceso de remediación bilógica incluye
reacciones de óxido – reducción, procesos de sorción e
intercambio iónico, e incluso reacciones de acomplejamiento
y quelación que resultan en la inmovilización de metales” (p.
31).
“Las tecnologías de remediación biológica pueden utilizar
organismos propios del área contaminada o de otras áreas, puede
realizarse in situ o ex situ en condiciones aerobias o anaerobias”
(Volque y Velasco,2002, p. 32).
2.2.8.2.-Fitorremediación
Volque y Velasco conceptualizan la fitorremediacióncomo:
“Un proceso que utiliza especies vegetales con la finalidad de
remover, transferir, estabilizar, concentrar y/o destruir
contaminantes orgánicos o inorgánicos en suelos, lodos y
18
rizodegradación, la fitoextracción, la fitodegradación y la
fitoestabilización” (p. 36).
2.2.8.2.1.-La Rizofiltración
Paisio et al., 2012 sostiene que:
“El proceso de la rizofiltración implica el desarrollo de
especies vegetales en hidroponía y su trasplante a aguas
contaminadas, a partir de las cuales las especies vegetales
absorben y concentran los metales en sus raíces y brotes…
las especies vegetales se recolectan y se disponen para su
uso final, las especies a utilizar con estos propósitos deben
poseer las propiedades de acumular y tolerar cantidades
significativas del contaminante, ser fácilmente manipulables y
tener un bajo precio de ejecución” (p.129).
2.2.9. Procesos de bioacumulación
Tejada et al., 2015, afirman que:
“El procedimiento incluye una etapa inicial que es la
bioadsorción, seguida de diferentes etapas las cuales
permiten el transporte de los contaminantes a través de un
sistema activo que permite el consumo de energía al interior
de la célula… las condiciones y/o procesos que cumple esta
técnica son: Proceso activo, biomasa con vida, metales
unidos a la pared celular y acumulada en el interior de una
célula, proceso parcialmente reversible y requiere
19
influenciado por el impacto nocivo de los contaminantes,
implica crecimiento celular, los metales y la biomasa no
pueden recuperarse” (p. 112).
2.2.10. Hidroponía
Beltrano y Gimenez, (2015) sostiene que:
“La hidroponía, es una agrupación de técnicas que permite el
cultivo y desarrollo de especies vegetales en un medio libre
de suelo… a partir de ello se desarrollaron técnicas que se
apoyan en sustratos o en sistemas con aportes de soluciones
nutritivas, sin descuidar otros parámetros como la
temperatura, humedad, agua y nutrientes… un cultivo
hidropónico es un sistema separado del suelo, utilizado para
cultivar especies vegetales cuyo desarrollo es posible gracias
al abastecimiento adecuado de las necesidades hídrico -
nutricionales, a través del agua y solución nutritiva” (p. 10).
Tabla 2: Análisis comparativo de sistemas de cultivo tradicional e hidropónico, por Gilsanz, (2007, p. 12).
CARACTERÍSTICA SOBRE SUELO SIN SUELO
Nutrición de la planta difícil de controlar muy variable controlada, estable, fácil de ver y corregir Espaciamiento limitado a la fertilidad densidades mayores, mejor uso del espacio y la luz Control de malezas presencia de malezas prácticamente inexistentes
Enfermedades,
patógenos del suelos y nematodos
enfermedades
del suelo no existe patógenos del suelo
Agua las plantas sufren estrés ineficiente del agua
20 2.2.11.-Soluciónes hidropónicas
Rodríguez, (2017) afirma que:
“Es transcendental contar con una nutrición balanceada en
diferentes nutrientes minerales fundamentales que necesitan
las especies vegetales para que puedan desarrollarse, tanto
en macro (nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y
azufre) como en micronutrientes (hierro, manganeso, boro,
zinc, cobre, molibdeno, cloro)… la soluciones nutritivas
habitualmente se presentan en dos soluciones A y B… en la
solución A se tiene Nitrato de potasio, Nitrato de amonio y
Superfosfato triple de calcio; en la solución B se tiene
Sulfato de magnesio y Micronutrientes (hierro, boro,
manganeso, cobre, zinc, molibdeno y cloro)”
21
2.2.12.-Sistema hidropónico de raíz flotante
“Es un sistema fácil de ejecutar, no demanda el uso de energía, ni el
de presupuestos elevados. Consiste en un deposito donde se sitúa la
solución hidropónica y sobre ella la plancha de espuma que soportara
las especies vegetales” (Gilsanz, 2007, p. 17).
2.2.13.- La aereación en medios hidropónicos
Gilsanz, 2007, afirma que:
“En los medios hidropónicos es necesario la presencia de
oxígeno para el desarrollo de las especies vegetales. Para un
adecuado desarrollo se requieren valores mínimos de entre
8-9mg O2/lt de solución nutritiva… tanto la temperatura de la
solución como el tamaño del recipiente poseen un impacto
directo, a mayor temperatura, los valores de O2/lt de solución
expresados en mg disminuyen. La temperatura ideal debería
encontrarse entre los valores de 10-15ºC… a medida que
reduzca el tamaño del recipiente, se deberá prestar mayor
atención a la oxigenación” (p. 14).
2.2.14.-Potencial de Hidrogeno de la solución nutritiva
Gilsanz,(2007), sostiene que:
“El nivel de pH afecta directamente la retención de los
nutrientes por parte de las especies vegetales. Entre los
valores de pH 5.5-7.0, se encuentra la mayor accesibilidad a
22
maneras en la que los nutrientes puedan ser absorbidos están
fuera del alcance de las plantas, por lo que es esencial
mantener el rango de pH” (p. 15).
2.2.15.-Nabo silvestre (Brassica Rapa L.) Zambrano (2015) afirma que:
“El nabo es una hortaliza que se adapta muy bien a los
ambientes fríos. Pertenece a la familia de las brasicaceas, a
la que también pertenecen otras verduras alimentarias… Es
una planta bienal, de altura entre 0,5 y 1,30 metros…tiene una
raíz napiforme, el cual es un órgano de reserva de esta
especie, rico en sustancias nutritivas como carbohidratos y
minerales, que permiten a la planta soportar condiciones
climáticas desfavorables en regiones donde tienden a
desarrollarse” (p. 17,18).
Figura 3: Nabo Silvestre (Brassica Rapa L.), por registro
23
2.2.16.- Manejo de los residuos generados en el proceso de fitorremediación
Martínez (2005) afirma que:
“El tratamiento de los residuos vegetales provenientes del
proceso de remoción del contaminante, consiste en un
proceso de transformación cuyo objetivo es reducir el
volumen y disminuir la peligrosidad; dentro de los procesos de
tratamiento se tiene: el confinamiento en rellenos de
seguridad, tratamiento físico – químicos, estabilización –
solidificación y tratamientos térmicos” (p. 99).
2.3. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS
A. Absorción.- “procedimiento mediante el cual una sustancia tóxica atraviesa las capas de las células de un ser vivo a través de su parte
expuesta o descubierta para luego ser trasladado hacia otros órganos”
(MINAM, 2016, p. 3).
B. Biomasa.- “Cantidad de materia acumulada, expresada en peso o en volumen” (Asrenovables, 2004, p.2).
C. Concentración.-“La relación de una sustancia diluida o incluida en una cantidad dada de otra sustancia” (MINAM, 2016, p. 6).
D. Efecto adverso o dañino.- “Cambio en la morfología, fisiología, desarrollo, o reproducción de un organismo, población, comunidad o
ecosistema que es consecuencia del deterioro de la capacidad funcional
y de la capacidad de compensar los efectos de factores de estrés
24
E. Especie receptora.- “Especie crítica que acoge o está en contacto directo con los contaminantes” (MINAM, 2016, p. 9).
F. Exposición.- “Co-ocurrencia del contacto entre el agente estresante y el componente ecológico” (MINAM, 2016, p. 3).
G. Reacción morfológica.- “Modificación en la estructura de un organismo o sistemay sus respectivas características”
H. Remoción.- “Quitar algún elemento de su lugar o de donde esté situado inadecuadamente” (MINAM, 2012, p.345).
I. Relación causa-efecto.- “Relación entre la cantidad de un agente administrado, incorporado o absorbido por un organismo, población o
ecosistema y el cambio desarrollado en tal organismo, población o
ecosistema a causa del agente. (relación dosis-efecto, dosis-respuesta,
concentración-efecto, evaluación de efecto” (MINAM, 2016, p. 14).
J. Solución acuosa.- “Preparación líquida que contiene una o más sustancias químicas solubles disueltas en agua” (Navarra, 2019).
K. Pasivos Ambientales.- “Son considerados pasivos ambientales aquellas instalaciones, efluentes, emisiones, restos o depósitos de
residuos producidos por operaciones mineras, en la actualidad,
abandonadas o inactivas que constituyen un riesgo permanente y
potencial para la salud de la población y el ecosistema” (MINAM , 2004,
25
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN
El desarrollo de esta investigación fue de tipo experimental esto permitió
manipular las variables que ejercen en el fenómeno y controlar las
variables independientes, así medir la incidencia en la variable
dependiente.
Tabla 3: Metodología de la investigación, por el investigador. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
Tipo de la investigación
Diseño de la investigación Experimental Correlacional
Enfoque Mixto (Cuantitativo y Cualitativo)
Nivel de investigación Descriptivo y relacional
3.2. DESCRIPCIÓN DEL ÁMBITO DE LA INVESTIGACIÓN 3.2.1. Ubicación Política:
Departamento : Puno
Provincia : Puno
26 3.2.2. Ubicación geográfica y clima
“Puno se encuentra localizado en la sierra del sudeste del país en
la meseta del Collao a: 13°0066'00" y 17°17'30" de latitud sur y los
71°06'57" y 68°48'46" de longitud oeste del meridiano de
Greenwich” (OGIE, 2016, p. 5)
“Limita por el Sur, con la región Tacna. Por el Este, con la República
de Bolivia y por el Oeste, con las regiones de Cusco, Arequipa y
Moquegua. El distrito de Puno se encuentra a 3827 m.s.n.m.”
(OGIE, 2016, p. 5)
3.3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS
Para el proceso de obtención de datos en el estudio según objetivo, se
aplicaron las siguientes técnicas:
Tabla 4: Técnicas aplicadas por objetivo, por el investigador. OBJETIVOS VARIABLE TÉCNICA
1er. OBJETIVO: Determinar la concentración del plomo
presente en la biomasa del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) sometida a las soluciones acuosas con diferentes concentraciones de plomo.
Concentración de Pb (INICIAL)
Obtención de datos por el análisis de
textos.
Concentración de
Pb en la biomasa ICP - OES
2do. OBJETIVO:Establecer el tiempo óptimo de exposición y la influencia de este en el proceso de remoción de plomo ejercida por el nabo silvestre
(Brassica Rapa L.) en las
soluciones acuosas.
Concentración de
Pb (INICIAL) Determinación del tiempo óptimo de exposición y de la influencia de este,
estadísticamente Tiempo de
exposición
3er. OBJETIVO: Describir los efectos morfológicos en el desarrollo del nabo silvestre
(Brassica Rapa L.) expuesto a
soluciones acuosas con plomo.
Concentración de Pb (INICIAL)
Obtención de datos por el análisis de
textos. Efectos
morfológicos en el Nabo Silvestre
27
Para obtener los datos en el estudio según objetivo, se aplicaron los
siguientes instrumentos:
Tabla 5: Instrumentos aplicados por objetivo, por el investigador. OBJETIVOS VARIABLE INSTRUMENTO
1er. OBJETIVO: Determinar la concentración del plomo
presente en la biomasa del nabo silvestre (Brassica Rapa L.) sometida a las soluciones acuosas con diferentes concentraciones de plomo.
Concentración de
Pb (INICIAL) antecedentes de investigación
Concentración de Pb en el tejido
biológico espectrofotómetro
2do. OBJETIVO:Establecer el tiempo óptimo de exposición y la influencia de este en el proceso de remoción de plomo ejercida por el nabo silvestre
(Brassica Rapa L.)en las
soluciones acuosas
Concentraciones de Pb
Análisis de regresión lineal y
cálculo de correlación de
Pearson Tiempo de
exposición
3er. OBJETIVO: Describir los efectos morfológicos en el desarrollo del nabo silvestre
(Brassica Rapa L.)expuesto a
soluciones acuosas con plomo.
Concentración de
Pb (INICIAL) antecedentes de investigación
Efectos morfológicos en el
Nabo Silvestre
ficha de recolección de
datos
A. Determinación de la cantidad de plomo mediante espectrofotometría
La espectrofotometría es un instrumento usado en el análisis químico,
en este caso el plomo, la función de medida es a la de la longitud de
onda.
B. Ficha de recolección de datos
Es un instrumento que permite el registro e identificación de las
28
3.4. PROCEDIMIENTOS DE ACUERDO A LOS OBJETIVOS 3.4.1. Procedimientos Generales
Para llegar a evaluar la eficacia del nabo silvestre (Brassica Rapa L.)
como removedor de plomo en soluciones acuosas, mediante un análisis
cualitativo y cuantitativo, el cual es el objetivo general, se desarrollaron
procedimientos previos para cumplir con los objetivos específicos, los
cuales fueron:
3.4.1.1. Recolección De Las Plantas
El nabo silvestre (Brassica Rapa L.) fue recolectado en la región de
Puno en la vía a Juliaca – Puno, altura del desvió a Huata/ Capachica,
a una altura de 3824 m.s.n.m.
Tabla 6: Georreferenciación de la zona de recolección, por el investigador.
GEORREFERENCIACIÓN DE LA ZONA DE RECOLECCIÓN
ZONA 19 L
ESTE 384323
NORTE 8269089
ELEVACIÓN 3824 m.s.n.m.
Figura 4: Lugar de recolección, vía a Juliaca – Puno, altura del desvió a Huata/ Capachica, por registro fotográfico del
29
Para la recolección de las plantas y tener una uniformidad en las
características de estos, se siguieron procedimientos considerando
las siguientes condiciones:
A. Condiciones De Recolección
Las plantas a recolectar cumplieron las siguientes condiciones:
a) Altura promedio de 20 cm con una diferencia de + / - 2 centímetros.
b) Características similares en forma: grosor del tallo y similitudes en sus ramificaciones.
B. Procedimientos Realizados Para La Recolección
Para la recolección de las plantas se siguieron los siguientes
procedimientos:
a) En la zona seleccionada para la recolección de las plantas ya germinadas se procedió a georreferenciarlo y generar un
archivo fotográfico.
b) Previo a la extracción de las plantas se procedieron a Identificarlas y seleccionarlas así estas tengan iguales
condiciones (recolección uniforme).
c) Para la recolección de las plantas se usó una lampa pequeña, así realizar la excavación de un radio de 7 a 10
centímetros aproximadamente desde el tallo de la plantas,
esto con el fin de extraer la planta con la tierra para que
30
d) Una vez realizadas la extracción fueron agrupadas en un recipiente de plástico para luego proceder a su traslado.
3.4.1.2. Elaboración Del Sistema Hidropónico
El experimento se realizó en medios hidropónico con el sistema de
raíz flotante, para lo cual se utilizaron diversos materiales y
cumpliendo con procedimientos para su elaboración, el cual consistió
en recipientes transparentes de 2 litros los cuales fueron conectados
a un sistema de aireación, con la finalidad de que las plantas no sufran
de anoxia y que la solución este en constante movimiento así prevenir
la sedimentación.
A. Materiales
1. Recipientes transparentes de 02 litros de capacidad.
2. Manguera de aireadores de pecera.
3. Accesorios: codos, tés, controladores de paso.
4. Aireadores de 2 x 4 L/min modelo AP – 500.
5. Planchas de tecnopor de 2 centímetros de grosor.
B. Procedimientos Realizados
1. Identificación y reconocimiento de la instalación en donde se realizaran los procedimientos para el desarrollo de los
objetivos considerados en la investigación.
2. Se realizó un sistema de 3 x 2 en donde 3 representa a los días 7, 14 y 21 y 2 representa a la concentración con la que
31
tomándose en cuenta el diseño experimental de doble vía,
ver tabla N° 7.
Tabla 7: Diseño experimental de bloques completos al azar, por el investigador.
Figura 5: Distribución del sistema, por el investigador. DONDE:
R1- A7 / R2 - B7
R1, R2 : Repeticiones 1 y 2 respectivamente.
A : Concentración de plomo 100 mg.
B : Concentración de plomo 500 mg.
7, 14, 21 : Días en las que se realizó el experimento.
R1 / R2 TIEMPO (DIAS) CONCENTRACIÓN
(mg/l) 7 14 21 A A7 A14 A21
B B14 B14 A14
32
3. Se rotularon los recipientes de 02 litros de capacidad, según concentración, repetición y días en el que se realizara el
experimento.
4. Se colocaron las mangueras a los recipientes para el sistema de aireación.
5. Se procedió a conectar todo el sistema de aireación (mangueras), a los aireadores, según distribución realizada.
6. Se realizó la prueba de aireación, asegurándose de que todos los recipientes sean aireados uniformemente.
3.4.1.3. Determinación De La Concentración De Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐
La solución acuosa tendrá una determinada concentración de plomo
(Pb), en forma de nitrato de plomo Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐; para determinar la
cantidad exacta a utilizar de nitrato de plomo Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐 para 100 y 500 mg se realizaron los siguientes cálculos:
A. Calculo para 100 mg de Pb, según el peso molecular
Pb = 207.2 gr/mol
Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐 = 331.2 gr/mol
Haciendo una comparación de sustancias y reemplazando los
datos con el peso molecular de las sustancias, se tiene:
Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐 → Pb
331.2 gr/mol → 207.2 gr/mol
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X = 0.1598 gr de Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐
Al realizar la operación y transformación, da como resultado
usar una concentración 159.8 mg de Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐.
B. Calculo para 500 mg de Pb, según el peso molecular
Pb = 207.2 gr/mol
Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐 = 331.2 gr/mol
Haciendo una comparación de sustancias y reemplazando los
datos con el peso molecular de las sustancias, se tiene:
Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐 → Pb
331.2 gr/mol → 207.2 gr/mol
X → 0.5 gr.
X = 0.7999 gr de Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐
Al realizar la operación y transformación, da como resultado
usar una concentración 799.9 mg de Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐.
3.4.1.4. Preparación De La Solución Hidropónica
En la preparación de la solución nutritiva se utilizaron diversos
materiales y se siguieron procedimientos de acuerdo a las
recomendaciones del fabricante de la solución, los cuales son:
A. Materiales:
1. Recipiente con capacidad de 18 L.
2. Probeta de 100 mL.
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4. Agitador de vidrio.
5. Solución hidropónica.
B. Calculo de las soluciones hidropónicas para 18 litros de agua: Solución “A”: Indicación de diluir 5 ml por litro de agua:
5 mL → 1 L
X → 18 L
X = 90 mL.
Al realizar la operación, da como resultado diluir 90 ml de la
concentración “A” para 18 litros de agua.
Solución “B”: Indicación de diluir 2 ml por litro de agua: 2 mL → 1 L
X → 18 L
X = 36 mL.
Al realizar la operación, da como resultado diluir 36 ml de la
concentración “B” para 18 litros de agua.
C. Procedimientos realizados
1. El recipientes con capacidad de 18 litros, fue abastecido de
agua potable en su totalidad.
2. Se procedió a agitar los envases que contienen las soluciones
hidropónicas A y B antes de su medición según los cálculos
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3. Se realizó la Medición en la probeta de 100 mL, 90 mL de
solución “A”, para así diluirlo en el recipiente con 18 litros de
agua potable.
4. Se realizó la medición en la probeta de 50 mL, 36 mL de
solución “B”, para así diluirlo en el recipiente con 18 litros de
agua potable.
5. Se procedió a remover el recipiente con 18 litros de agua que
contiene las soluciones “A” y “B”, hasta obtener una mescla
homogénea.
3.4.1.5. Preparación De Las Soluciones Acuosas Según Concentración Del Contaminante
Cuando ya se realizaron todos los procedimientos de elaboración del
sistema hidropónico, determinación de la concentración de Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐 y preparación de la solución hidropónica, se procedió a preparar la
solución acuosa el cual contendrá el contaminante;
A. Materiales
1. Balanza analítica,
2. Espátula,
3. Recipientes de papel para el pesado del contaminante,
4. Agitador de vidrio y
5. Nitrato de plomo Pb (𝐍𝐎𝟑)𝟐.