UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
TESIS
PRESENTADO POR:
Bach. CHAGUA OROSCO, Roger Eliades.
Bach. TARDÍO OSORIO, Julio Javier.
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL
TARMA – PERÚ 2015
EVALUACIÓN DE REMOCIÓN DE COBRE Y ZINC POR LA PLANTA NATIVA Scirpus Californicus (TOTORA)
EN LA COMUNIDAD DE POMACHACA - TARMA
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
TESIS Presentado por:
Bach. CHAGUA OROSCO, Roger Eliades.
Bach. TARDIO OSORIO, Julio Javier.
Sustentada y aprobada ante el siguiente jurado:
_______________________ ______________________
………... ………
PRESIDENTESECRETARIO
________________________ _______________________
………. ………...
VOCAL VOCAL _________________________
..……….
VOCAL
ASESOR:
M.Sc. WALTER JAVIER CUADRADO CAMPO
A Dios, por permitirme culminar una parte esencial de mi vida profesional.
A mis padres Javier y Glotilde, en especial a mi madre, ya que sin su infinito apoyo no habría sido sencillo lograr mis objetivos profesionales a quienes agradezco todo el apoyo que me han brindado en este logro más en mi vida.
A mis hermanos: Marco, Carla, Pamela, Jessely y Belinda, por apoyarme e impulsarme siempre a seguir adelante.
ROGER
A dios, por iluminar mi camino siendo siempre mí guía. Por estar presente cuando más lo necesite y por darme las fuerzas para seguir adelante. A mis queridos padres Esteban y Elizabeth Con profundo amor por su apoyo y por la confianza a lo largo de mis estudios para la culminación de mi carrera profesional y por ser el tesoro que dios me ha dado. A mis hermanos Juan, Almerida y Briset:
Por su apoyo, cariño y comprensión.
JULIO
AGRADECIMIENTO
A la UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU Y LA FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS nuestra Alma Máter, por acogernos en su seno para nuestra formación profesional.
En especial al M.Sc. Walter Javier Cuadrado Campo por ser nuestro asesor y apoyarnos cuando lo necesitábamos y por darse a tiempo completo para la realización de esta investigación y la elaboración de la tesis.
A los señores miembros del jurado por tenernos paciencia en la corrección del informe final de tesis.
A los docentes de la FACAP – TARMA por ser parte de nuestra formación tanto profesional como personal y por orientarnos siempre por el sendero de la vida para culminar con éxito nuestra carrera.
A nuestros padres y amigos incondicionales que estuvieron siempre con nosotros en las buenas como en las malas.
RESUMEN
El trabajo de investigación tiene como objetivo Evaluar la influencia del tiempo de contacto (Ө1, Ө2, Ө3, Ө4, Ө5 y Ө6) en la capacidad de remoción de cobre y zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (Totora) en la comunidad de Pomachaca – Tarma.
El propósito del estudio fue remover Cobre y Zinc aplicando la fitorremediación por la especie vegetal, realizándose el estudio por duplicado durante 15 días analizando las muestras de agua cada 3 días. Se realizó en tres etapas: La primera etapa la caracterización del agua obteniendo; pH 7,98 y una temperatura de 13,76°C, se determinó los metales presentes en el agua: cobre 0.012 mg/L, fierro 0.008 mg/L, plomo 0.001 mg/L y 0.023 mg/L de Zinc. En la segunda etapa se realizó el análisis físico – químico del agua determinando el comportamiento de la temperatura en la remoción, los tratados con Cu con un valor de 12.25 a 17.35°C y los tratados con Zn de 11.80 a 15.0ºC. El comportamiento de pH en la remocion fueron los tratados con Cu de 2.58 a 3.68 de pH y los tratados con Zn de 2.51 a 3.33 de pH al cero y quince dias respectivamente; en la tercera etapa se realizó el flujo grama de la evaluación de remoción de cobre y zinc por la planta a diferentes tiempos de contacto mediante el Método 3500.Cu.B. y 3500.Zn.B.
Se obtuvo las diferencias entre la remoción de cobre y zinc por la planta, obteniendo la remocion de 5.00 a 0.93 ppm de Cobre y de 5.00 a 2.13 ppm de Zn respectivamente.
Los resultados indican que la planta nativa Scirpus Californicus (Totora) tiene la capacidad de almacenar en su estructura elementos contaminantes como son los metales, obteniéndose para el cobre una remoción de 81.50%
(P=0.000). Y para el zinc una remoción de 57.50% (P=0.000), concluyendo que existe una relación logarítmica entre tiempos de contacto y % de remoción.
Palabras claves: Totora, Remoción, Elementos trazas, Bioacumulación, Fitoremediación, Antropogénico, Sinergismo, Antagonismo.
ABSTRACT
The research aims to evaluate the influence of the contact time (Ө1, Ө2, Ө3, Ө4, Ө5 and Ө6) on the ability of copper and zinc removal by native plant Scirpus californicus (Totora) in the community of Pomachaca - Tarma.
The purpose of the study was to remove copper and zinc by applying phytoremediation plant species, the study carried out in duplicate for 15 days analyzing water samples every 3 days. It was conducted in three stages: The first stage getting water characterization; Copper 0.012 mg / L, iron 0.008 mg / L, lead 0001 mg / L and 0023 mg / L of zinc: pH 7.98 and a temperature of 13.76 ° C, the metals present in the water was determined. Determining the chemical water temperature behavior in the removal, treated with Cu with a value of 12.25 to 17.35 ° C and treated with Zn 11.80 to 15.0ºC - In the second stage the physical analysis. The behavior of pH on the removal were treated with Cu 2.58 to pH 3.68 and those treated with Zn 2.51 to 3.33 pH at zero and fifteen days respectively; in the third step the flow chart of the evaluation of removal of copper and zinc on the ground at different contact times was performed using Method 3500.Cu.B. and 3500.Zn.B. The differences between the removal of copper and zinc were obtained by the plant, obtaining the removal of 5.00 to 0.93 ppm copper and 5.00 to 2.13 ppm of Zn respectively.
The results indicate that the native plant Scirpus californicus (Cattail) has the ability to store in its structure contaminants such as metals, one obtained for copper removal of 81.50% (P = 0.000). And for zinc A removal of 57.50% (P
= 0.000), concluding that there is a logarithmic relationship between contact time and% removal.
Keywords: Totora, Removal, trace elements, Bioaccumulation, Phytoremediation, Anthropogenic, Synergism, Antagonism.
ÍNDICE GENERAL
PORTADA………. i
DEDICATORIA………. iv
AGRADECIMIENTO……… V RESUMEN………... vi
ABSTRACT………... vii
ÍNDICE GENERAL………... viii
INDICE DE TABLAS………... xiv
INDICE DE FIGURAS………. xvi
INDICE DE ANEXOS………..……… xviii
INTRODUCCIÓN………. xix
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN: 28
2.2. TEORÍAS BÁSICAS: 34
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. CARACTERIZACIÓN DEL PROBLEMA: 22
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: 24
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN: 24
1.3.1. Objetivo general 24
1.3.2. Objetivos específicos 24
1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA 25
1.5 DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN 26
1.5.1. Espacial 26
1.5.2. Temporal 26
1.5.3. Social 26
1.5.5. Político 27
2.2.1. CONTAMINACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE: 34 2.2.2. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS TIPOS DE
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL POR SU ORIGEN:
36
A. CONTAMINACION DEL SUELO 36
Metales presentes en el suelo 36
Actividad industrial: 37
Actividad agrícola: 37 Efecto de los metales en el suelo: 40
Contaminación y polución: 40
B. CONTAMINACION DEL AIRE 43
Principales Contaminantes del Aire: 43
Monóxido de Carbono (CO): 43
Dióxido de Carbono (CO2): 44
Clorofluorcarbonos (CFC): 44
Contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP): 45
C. CONTAMINACION DEL AGUA 45
Alteraciones físicas 45
Propiedades organolépticas. 45
Temperatura. 46
Materia en suspensión. 46
Espuma. 46
Radiactividad. 46
Alteraciones químicas: 47
Alteraciones biológicas: 47
2.2.3. CARACTERISTICAS GENERALES DEL AGUA: 48 A. PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA: 49
Acción disolvente: 49
Fuerza de cohesión: 49
Fuerza de adhesión: 50
Calor de vaporización: 50
B. PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA: 51 C. VIAS DE ENTRADA Y ORIGEN DE LOS 52
METALES PESADOS EN EL AGUA:
La vía atmosférica: 52
La vía terrestre: 52
La vía directa: 54
Origen natural: 54
Antropogénico: 55
Agropecuario: 58
Domestico: 60
Minería: 62
2.2.4. GENERALIDADES DE LOS METALES EN ESTUDIO: 62
COBRE: 63
Cobre en los seres vivos 64
Efectos en la salud: 64
Fuentes de cobre: 65
ZINC: 67
Zinc en los seres vivos: 67
Efectos en la Salud: 68
Fuentes de Zinc: 68 2.2.5. BIOTECNOLOGIAS PARA LA REMOCION DE
METALES
69
FITORREMEDIACION 70
A. Fitorremediación acuática 70
B. Mecanismos de fitorremediación 71
2.2.6. MECANISMOS DE REMOCION POR LAS PLANTAS 72 TOLERANCIA DE METALES POR LA PLANTAS: 72 A. UNION A LA PARED CELULAR (ADSORCION): 73 B. FLUJO ACTIVO DE METALES DESDE EL
CITOPLASMA:
76
C. QUELACION: 79
Fitoquelatinas: 79
Metalotioneinas: 81
Aminoácidos y ácidos orgánicos: 82
D. REPARACIÓN Y PROTECCIÓN DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA BAJO CONDICIONES DE ESTRÉS:
83
2.2.7. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA REMOCION DE METALES
84
a) pH: 84
b) Temperatura: 85
c) Potencial redox: 85
d) Sinergismo y antagonismo: 85
2.2.8. ASPECTOS FISIOLOGICOS: 87
2.2.9. FUNCIONES DE LOS METALES EN LAS PLANTA: 87 A. El cobre en el metabolismo de la planta: 87 B. El zinc en el metabolismo de la planta: 88 2.2.10. EFECTOS DE LOS METALES EN LAS PLANTAS: 89
A. Efectos del cobre en la planta: 89
B. Efectos del zinc en la planta: 90
2.2.11. GENERALIDADES DE LA TOTORA: 91
A. CARACTERISTICAS DE LA TOTORA: 92
B. CARACTERISTICAS MORFOLOGICAS: 92
Raíz: 93
Rizomas: 93
Tallos: 94
Inflorecencia: 96
Reproducción: 97
2.3 DESARROLLO DE LAS VARIABLES: 98
2.4 HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN: 99
2.5 VARIABLES (OPERACIONALIZACIÓN): 100
CAPÍTULO III
METODO O PROCEDIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. Tipo de investigación: 101
3.2. Nivel de investigación: 101
3.3. Métodos de investigación: 101
3.4 Diseño de investigación: 104
3.5. Población y muestra: 105
3.5.1. Población: 105
3.5.2. Muestra 105
3.6 Técnicas, instrumentos y procedimientos de recolección de información o datos:
106 3.6.1. Procedimiento de Recolección de Datos 106 3.7. Técnicas de procesamiento y análisis de datos: 110
CAPÍTULO IV
RESULTADOS DE LA INVESTIGACION
4.1. Presentación, Análisis e Interpretación de Información o Datos: 112 4.1.1. Caracterización del agua de la comunidad de Pomachaca
- Tarma.
112 4.1.2. Evaluación del comportamiento de la temperatura frente
al tiempo en la remoción de Cobre y Zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (totora).
113
4.1.3. Evaluación del comportamiento de pH frente al tiempo en la remoción de Cobre y Zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (totora).
116
4.1.4. Determinación de la remoción de Cu y Zn por la planta nativa Scirpus Californicus (totora) frente al tiempo.
119 4.1.5 Determinación del % de remoción de Cu y Zn por la
planta nativa Scirpus Californicus (totora) frente al tiempo.
122
4.2 DISCUSIÓN DE RESULTADOS 127
4.2.1 Discusiones de la caracterización del agua de la comunidad de Pomachaca - Tarma.
127 4.2.2 Discusiones de la Evaluar el comportamiento de la
temperatura en la remoción de Cu y Zn frente al tiempo.
130 4.2.3 Discusiones de la evaluación del comportamiento de pH
en la remoción de Cu y Zn frente al tiempo.
132
4.2.4 Discusiones de la determinación de la remoción de Cu y Zn por la planta nativa Scirpus Californicus (totora) frente a los tiempos de contacto.
134
4.2.5 Discusiones de la determinación del % de remoción de Cu y Zn por la planta nativa Scirpus Californicus (totora) frente al tiempo.
138
CONCLUSIONES 143
SUGERENCIAS 144
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 145
ANEXOS 171
INDICE DE TABLAS
Tabla N° Página
1 Principales fuentes antropogénicas de contaminación por metales pesados en suelos europeos.
38 2 Concentraciones de metales pesados en guano o estiércol en
la década de 1990 en Alemania.
39 3 Concentración de metales pesados en fertilizantes. 40 4 Directivas de kelley para la clasificación de los suelos
contaminados.
42
5 Propiedades físicas del agua 50
6 Concentraciones de metales pesados en varios tipos de rocas (g/Kg).
55 7 Principales orígenes antropogénicos de los metales pesados
objeto de nuestro estudio.
57 8 Concentración de algunos metales en aguas residuales de
industrias no metálicas (mg/l)
58 9 Proporciones de metales pesados en algunos pesticidas
recomendados en agricultura.
59 10 Concentraciones de metales pesados en desechos de
animales (g/Kg).
60
11 Mecanismos de fitorremediación 71
12 Parámetros Utilizados en Macrofitas Emergentes en la Remoción de Contaminantes.
85 13 Influencia de los metales en la fisiología de la planta. 87
14 Clasificación Sistemática. 92
15 Operacionalización de las variables independientes y dependientes.
100
16 Esquematización del diseño experimental a desarrollarse en la investigación
104
17 Análisis físico – químico del agua de la comunidad de Pomachaca – Tarma
112 18 Análisis químico de los metales en el agua de la comunidad de
Pomachaca – Tarma
112 19 Comportamiento de la temperatura en la remoción de Cu y Zn
frente al tiempo.
113
20 Evaluación del comportamiento de pH frente al tiempo en la remoción de Cobre y Zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (totora)
116
21 Remoción de cobre y zinc por la planta nativa Cirpus Californicus (totora) frente al tiempo
119 22 % de remoción de cobre y zinc frente al tiempo. 122 23 Análisis de varianza para el % de remoción de cobre frente al
tiempo.
124 24 Análisis de varianza para el % de remoción de Zinc frente al
tiempo.
125
INDICE DE FIGURAS
N° Figura Página
1 Estructura molecular del agua. 51
2 Ciclo biogeoquímico general de los metales pesados. 53 3 Mecanismos de exclusión y tolerancia a metales pesados en
células vegetales.
74
4 Estructura de las fitoquelatinas. 80
5 Respuesta de las plantas al estrés por deficiencia y toxicidad de elementos trazas. a) Elementos traza, b) Elementos traza no esenciales.
84
6 Interacción de nutrientes en la zona radical y dentro de la planta.
86 7 Corte longitudinal del xilema y el floema en la totora. 96 8 Diagrama de flujo para la el análisis químico. 108 9 Diseño Experimental de la evaluación de remoción de cobre y
zinc
110 10 Comportamiento de la temperatura frente al tiempo en la
remoción de Cobre por la planta nativa Scirpus Californicus (totora).
114
11 Comportamiento de la temperatura frente al tiempo en la remoción de Zn por la planta nativa Scirpus Californicus (totora).
115
12 Representación de las medias del comportamiento de temperatura frente al tiempo en la remoción de Zn por la planta nativa Scirpus Californicus (totora)
115
13 Comportamiento de pH frente al tiempo en la remoción de Cobre por la planta nativa Scirpus Californicus (totora)
117
14 Comportamiento de pH frente al tiempo en la remoción de Zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (totora).
118 15 Representación de las medias del comportamiento de pH
frente al tiempo en la remoción de Zn por la planta nativa Scirpus Californicus (totora).
118
16 Remoción de cobre por la planta nativa Cirpus Californicus (totora) frente al tiempo
120 17 Remoción de Zin por la planta nativa Cirpus Californicus
(totora) frente al tiempo
121 18 Representación de medias de la remoción de Cu y Zn por la
planta nativa Cirpus Californicus (totora) frente al tiempo.
121
19 % de remoción de Zn por la planta nativa Cirpus Californicus (totora) frente al tiempo.
123 20 % de remoción de Zn por la planta nativa Cirpus Californicus
(totora) frente al tiempo
123 21 Regresión logarítmica vs tiempo para el cobre. 124 22 Regresión logarítmica vs tiempo para el Zinc. 126 23 Representación de las medias de las puntaciones totales
según el % de remoción de Cu y Zn frente al tiempo.
126
INDICE DE ANEXOS
Anexo Nº Pág.
ANEXO I. Evaluación estadística 171
ANEXO II. Método para determinar pH 173
ANEXO III. Método para determinar temperatura 177 ANEXO IV. Fotografías Correspondientes a la Toma de Muestras 179 ANEXO V. Fotografías Correspondientes a la evaluación del
porcentaje de remoción de Cu y Zn
181 ANEXO VI. Estandar de Calidad del Agua - Peru 187 ANEXO VII. Estandar de Calidad del Agua para consumo Humano 188 ANEXO VIII. Determinación de Cobre (Método de AbsorciónAtómica) 189 ANEXO IX. Determinación de Zinc (Método de AbsorciónAtómica) 191
INTRODUCCIÓN
Señor Presidente y miembros del Jurado pongo a consideración el trabajo de investigación “EVALUACIÓN DE REMOCIÓN DE COBRE Y ZINC POR LA PLANTA NATIVA Scirpus Californicus (Totora) EN LA COMUNIDAD DE POMACHACA - TARMA”,
En los últimos años, se ha incrementado la contaminación de los cuerpos de agua, debido al manejo inadecuado de productos agroquímicos. Ante tal situación, es necesario promover el desarrollo de tecnologías que ayuden a mejorar la calidad de los efluentes y que al mismo tiempo sean adecuadas al contexto socioeconómico del país.
La contaminación del agua por la agricultura, es uno de los problemas más alarmantes en el Perú, la ciudad de Tarma es una de las provincias cuya población se dedica a la actividad agrícola en un 21.8% (INEI, 2012); siendo esta una de las actividades que contamina el medio ambiente a través de la aplicación de fertilizantes que contienen trazas de metales pesados (fosfatos), de plaguicidas con metales pesados, de estiércol, purines, compost. En la agricultura es común el uso de guano de animales, como abonos orgánicos. Estos abonos contienen altas concentraciones de metales pesados, en especial de Zinc y Cobre.
La presencia de elevadas concentraciones de estos contaminantes, así como la falta de tratamiento de los mismos, constituye un riesgo grave para la salud porque se acumulan en los suelos, el agua y los organismos.
Uno de los métodos de eliminación de estos contaminantes del agua y el suelo es el uso de plantas (Fitorremediación). Hay muchas plantas que tienen la capacidad de acumular grandes cantidades de metales pesados.
Uno de ellos es la planta Scirpus Californicus (Totora) es una alternativa para la remoción de cobre y zinc mediante procesos bioquímicos (Howard, 2000).
En este sentido, los sistemas con plantas acuáticas para el tratamiento de aguas contaminadas es una alternativa adecuada debido que no es muy costosa y se ahorra mano de obra.
La hipótesis establecida fue los tiempos de contacto tendrán un efecto significativo en la capacidad de remoción de cobre y zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (Totora) en la comunidad de Pomachaca – Tarma.
El método general utilizado en la investigación fue el método científico.
Como método específico, se aplicó el método descriptivo y inferencial porque se investiga las variables en estudio.
El presente Trabajo de Investigación está constituido en los siguientes capítulos:
CAPÍTULO I, Contiene la caracterización del problema de investigación, formulación, objetivos de la investigación, justificación y delimitaciones de la investigación.
CAPÍTULO II, Se hace referencia los antecedentes de la investigación, bases teóricas de la investigación, bases conceptuales, desarrollo de variables, hipótesis de la investigación así como la operacionalización de las variables de la investigación.
CAPÍTULO III, Se describe el tipo y nivel de investigación, la metodología de la investigación abarcando el método y diseño de la investigación; población y muestra de la investigación; técnicas e instrumentos y fuentes de recolección de datos; y técnicas de procesamiento de información.
CAPÍTULO IV, En este capítulo se realiza la presentación, análisis e interpretación de los datos. Así mismo se realizó la prueba de hipótesis como la discusión de los resultados de las variables en estudio.
CAPÍTULO V, Se describe los aportes de la investigación. Finalmente, Conclusiones y Sugerencias.
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. CARACTERIZACION DEL PROBLEMA
El sobreuso de agroquímicos utilizados en los cultivos constituye una de las principales causas de contaminación de los cuerpos de agua, constituyendo un problema ambiental importante que debido a su persistencia en el suelo tardan años en degradarse, sino es que antes se mueven hacia las aguas por medio de la lixiviación. Ello involucra efectos negativos en la salud humana causada por acumulación de sólidos orgánicos, químicos tóxicos y metales pesados en el suelo, acuíferos y aguas. El principal problema de uso de agua para riego agrícola, son las elevadas cantidades de elementos contaminantes que contienen y que son depositados en los terrenos de cultivo incrementando su concentración, la provincia de Tarma según el INEI 2012, tiene una superficie territorial aproximada de 2,749.16 Km2 y cuenta con una población de 112 789 Ha. del cual el 51.5 % se dedica a la actividad de Servicios (Comercio y Servicios). Un 21.8 % está dedicada a la actividad de Extracción (Agricultura y Ganadería), un 13.4 % está dedicada a la actividad de Transformación y un 10.3
% no está especificado en ninguna actividad. Siendo la actividad de
agricultura la que mayor contamina debido al uso intensivo de químicos, fertilizantes y la utilización de abonos orgánicos quienes presentan en su composición metales pesados.
En la actualidad se estima más de un millón de sustancias diferentes las que son introducidas en las aguas a través de los vertidos antropogenicos como (Cu y Zn). Muchos de ellos no son consideradas toxicas si bien pueden alterar las características del agua, perturbar directamente el ecosistema y/o ser nocivas para el hombre. El principal usos de agua para riego agrícola, son las elevadas cantidades de elementos contaminantes que contiene y que son depositados en los terrenos de cultivo incrementando su concentración natural. Esto presenta un serio inconveniente debido que existe un incremento de los niveles de contaminación y su impacto sobre el medio ambiente. El sobreuso de agroquímicos utilizados en los cultivos constituye una de las principales causas de contaminación ya que llegan a los cuerpos de agua debido a los lixiviados y es un problema ambiental importante que debido a su persistencia en el suelo tardan años en degradarse.
Por lo mencionado una alternativa de solución sería la remoción de contaminantes inorgánicos utilizando la planta Scirpus Californicus (Totora), en base a los resultados de esta investigación, permitirá proponer y sugerir con datos fehacientes una alternativa de solución al problema de la contaminación del agua para solucionar los problemas de contaminación de los recursos hídricos dando utilidad a una planta nativa.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Como influirá los tiempos de contacto en la capacidad de remoción de cobre y zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (Totora) en la comunidad de Pomachaca - Tarma?
1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN 1.3.1. Objetivo general
Evaluar la influencia del tiempo de contacto (Ө1, Ө2, Ө3, Ө4, Ө5 y Ө6) en la capacidad de remoción de cobre y zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (Totora) en la comunidad de Pomachaca – Tarma.
1.3.2. Objetivos específicos
Determinar la caracterización del agua de la comunidad de Pomachaca - Tarma.
Evaluar el comportamiento de la temperatura frente al tiempo en la remoción de Cobre y Zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (Totora).
Evaluar el comportamiento del pH frente al tiempo en la remoción de Cobre y Zinc por la planta nativa Scirpus Californicus (Totora).
Determinar la remoción de Cu y Zn por la planta nativa
Scirpus Californicus (Totora) frente al tiempo.
Determinar el % de remoción de Cu y Zn por la planta nativa Scirpus Californicus (Totora) frente al tiempo.
1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
El agua es uno de los recursos naturales más contaminados. La creciente contaminación de aguas residuales urbanas e industriales por iones tóxicos de metales pesados, aún a nivel de trazas, es un problema ambiental preocupante. Estos micro contaminantes inorgánicos son de considerable interés, debido a que no son biodegradables y son altamente tóxicos, el sobreuso de agroquímicos utilizados en los cultivos es una de las principales causas de contaminación del agua.
Siendo esta última la que contamina más debido a que sus desperdicios son vertidos sin previo tratamiento y que posteriormente se depositan en lagos, ríos y distintos sistemas acuíferos llegando a estar tan contaminadas que su utilización resulta difícil y potabilización muy costosa. En los últimos tiempos, el uso de materiales de origen biológico se ha considerado una alternativa para la remoción y/o recuperación de metales, y se basa en las propiedades de secuestro metálico de ciertos materiales naturales; esta propiedad es conocida comúnmente como biosorción. La presencia de elevadas concentraciones de estos contaminantes en el agua, así como la falta de tratamiento de los mismos, traen como consecuencia enfermedades al ser humano, la falta de suministro de agua potable, intoxicación de peces, pérdida de especies, daño a los ecosistemas, problemáticas sociales y un sin fin de efectos negativos.
Es por ello que una alternativa de descontaminación es el uso de macrófitas entre ellas la totora. Las cuales pueden absorber y asimilar en sus tejidos los contaminantes, que dan lugar a una retención a corto plazo o a la inmovilización a largo plazo de varias clases de metales y se puede tratar con efectividad niveles significativos de estos.
Generalmente lo que ocurre es que los metales son absorbidos y se acumulan en ella (proceso de traslocación) en diferentes órganos de la planta; variando un elemento su acumulación de una planta a otra.
1.5. DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN ESPACIAL
En este trabajo de investigación se utilizó la planta nativa Scirpus Californicus (Totora) que es una planta que crece de manera silvestre en nuestra zona dándole un uso favorable para la remoción de aguas con metales (Cobre y Zinc). La parte experimental y de laboratorio se realizaron en la Universidad Nacional Del Centro Del Perú en la Facultad De Ciencias Aplicadas - Tarma en el laboratorio de Química Analítica y Medio Ambiente.
TEMPORAL
La elaboración y ejecución del trabajo de investigación se realizó en los meses de julio del 2012 a agosto del 2013 obteniéndose los resultados esperados.
SOCIAL
En el presente trabajo de investigación se busca generar una alternativa de solución al problema cada vez más creciente de la
contaminación de las aguas ya sean de forma natural o generadas por el hombre utilizando como medio de solución una alternativa limpia, natural y de bajo costo como es el caso del uso de la totora que es una planta acumuladora de dichos contaminantes.
POLITICA
En la actualidad el tema que genera preocupación al gobierno y las autoridades regionales es la descontaminación de los recursos hídricos, con los resultados de esta investigación se busca fomentar una alternativa de solución a la contaminación cada vez más creciente debido al desconocimiento por parte de las personas y autoridades, a la carencia de especialistas en el área y a la falta de presupuesto, pocas son las instituciones en nuestra zona que realizan investigación en este campo que es cada vez más emergente, cabe resaltar que esta investigación incrementara el interés científico de nuestra provincia y del país resultando útil para la planeación y realización de futuras investigaciones puesto que la descontaminación de los recursos hídricos están sujetos a cambios constantes (tanto en cantidad de conocimiento como en la explicación de los mismos).
Esperamos que los investigadores encuentren motivación y estímulo para desarrollar nuevas ideas y para relacionarse entre sí, ya que el intercambio científico es un apoyo fundamental para el desarrollo de nuevas investigaciones.
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Ponce y Vásquez (2005) Investigaron sobre el tratamiento del drenaje acido de la mina pan american silver s.a.c. Se realizó utilizando un humedal piloto in situ a la mina (shorey) distrito de Quiruvilca donde se utilizó una vegetación emergente autóctona denominadas comúnmente
´´eneas´´ (Typha latifolia) con las siguientes dimensiones: 1.5 m de largo, 0.80 m de ancho, 0.75 m de profundidad, una pendiente de 3%, una membrana impermeable de 0.5 mm y una capacidad volumétrica de 0.90 m3; como sustrato se usó grava y como agente neutralizante una capa de estiércol seco de ovino. El trabajo ha consistido en reducir la concentración de los metales pesados como el cobre, plomo, hierro y zinc, lográndose una remoción del 80% para el plomo, 90% para el zinc, 99% para el hierro, 99% para el cobre con un tiempo de residencia hidráulica de 2 días y elevándose un pH en el orden de 4,48 a 6,73.
Padilla (2005) Estudiaron en la eficiencia de remoción de Eichhornia Crassipes, Scirpus Californicus y Cyperus Corymbosus, en la acumulación de cobre, zinc, plomo y hierro. Con la finalidad de conocer
la respuesta de las plantas a la acumulación de estos elementos químicos en sus diferentes partes. La investigación se realizó con el acondicionamiento y la proliferación de rizomas en el laboratorio y posterior tratamiento con los elementos químicos durante 60 días y la observación microscópica de cortes histológicos de las diferentes partes de la planta. Los análisis químicos del agua se hicieron siguiendo la metodología de la espectrofotometría de absorción atómica. En las plantas se separó la raíz de la parte aérea, para seguir la metodología de calcinación, tratadas con ácido clorhídrico para extraer los elementos inorgánicos, seguido de la espectrofotometría de absorción atómica. Los resultados indicaron que las plantas utilizadas resisten a la acción de los elementos químicos citados y tienen capacidad de almacenarlas en sus raíces, con menores concentraciones en la parte aérea, por lo que se concluye que E. Crassipes, S. Californicus y C. Corymbosus, son eficaces en la absorción de los metales pesados y entre ellas E.
Crassipes, tiene mayor habilidad en la absorción y acumulación.
Buchholz (2007) Evaluó la fitoextracción de Cobre y Zinc desde compost de biosólidos generados por las plantas de tratamiento de aguas servidas. Se postula que la capacidad de ciertas plantas de extraer del suelo preferentemente cobre y/o zinc puede aplicarse como bioremediación de biosólidos compostados. La fitoextracción se puso a prueba con cuatro especies de plantas vasculares: Brassica napus, Helianthus annus, Typha latifolia y Zea maiz, sembradas en contenedores de un litro con el compost de biosólido y mantenidas bajo condiciones controladas durante 90 días. Todas excepto T. latifolia
crecieron sin dificultad. La remoción de los metales por las plantas se determinó mediante espectrofotometría de gas-llama del contenido de metales en el compost tratado y sin tratar. Demostrando que la especie H. annus (girasol) obtuvo la mejor eficiencia en la remoción de cobre (38,2 mg/kg) y zinc (53,1 mg/kg) también obtuvo un mejor crecimiento donde algunos ejemplares llegaron a medir sobre 60 cm. al término del experimento. Considerando la producción de biomasa también el girasol (H. annus) presentó la mayor biomasa con un total (sumadas todas las réplicas) de 545,1 g., seguido de maíz con 341,1 g. y Raps con 263 g.
Sáenz, Terrazas, Ortiz, Villavicencio, Figueroa y Arce (2008) Evaluaron dos parámetros bioquímicos en tres macrófitas acuáticas expuestas a cobre en El lago de Pátzcuaro en Michoacán el cual recibe continuamente descargas de aguas urbanas, fertilizantes y biosidas.
Estas circunstancias han contribuido a que se eleven los contenidos de cobre (Cu) en el cuerpo de agua. El Cu, aunque es un micronutriente esencial para las plantas, en concentraciones altas es tóxico, afectando la fisiología y el desarrollo de las mismas. El objetivo de este trabajo fue evaluar el contenido de clorofilas y azúcares libres totales, dos parámetros de respuesta o biomarcadores, los cuales se determinaron por métodos colorimétricos en tres macrofitas acuáticas que son comunes en el lago de Pátzcuaro: Eichhornia crassipes (Martius), Hydrocotyle ranunculoides L. (paragüitas) y Lemna gibba L. (lenteja de agua), Los resultados obtenidos mostraron que tanto las clorofilas como los azúcares libres totales variaron en función del incremento de Cu en el medio nutritivo, sin embargo, los azúcares libres totales resultaron ser
el parámetro de respuesta más adecuado para detectar cambios fisiológicos en este bioensayo.
Sánchez (2010) Estudio el mecanismos de adsorción y acumulación intracelular y la hiperacumulación de Pb2+ en Salviniaminima a diferentes niveles, determinándose la hiperacumulación de Pb2+ en un amplio intervalo de concentraciones iniciales (Ci) de Pb2+ (0.8±0.00, 2.70±0.03, 4.70±0.06, 15.18±0.55 y 28.40±0.22 mg Pb2+/L) y tiempos de exposición (0.5, 2, 4, 6, 8 y 24 h) en presencia de ciertos compuestos orgánicos e inorgánicos (ácido propiónico y sulfato de magnesio). Este proceso se debe principalmente a la adsorción (FAD en el intervalo de 780 a 1980), resultado de sus extraordinarias características fisicoquímicas.
Asimismo, se encontró que el Pb2+ fue acumulado intracelularmente a concentraciones altas como 28.40±0.22 mg Pb2+/L (FAI en el intervalo de 57 a 1007).
López, Ramírez, García, Ibarra y Sandoval (2011) Evaluarón la fitorremediación como una alternativa para eliminar la contaminación aprovechando la capacidad de ciertas plantas para absorber, acumular, metabolizar, volatilizar o estabilizar contaminantes presentes en el suelo, aire, agua o sedimentos como: metales pesados, metales radioactivos, compuestos orgánicos y compuestos derivados del petróleo. Estas fitotecnologías ofrecen numerosas ventajas en relación con los métodos fisicoquímicos que se usan en la actualidad, por ejemplo, su amplia aplicabilidad y bajo costo. En esta revisión se presenta un panorama de las diversas técnicas fitocorrectivas empleadas para restaurar suelos y
efluentes contaminados; así como del potencial que ofrece el uso de plantas transgénicas.
Vega y Vélez (2011) Validaron del método de espectroscopia de absorción atómica de llama para la determinación de Cobre y Zinc presentes en agua cruda y tratada; en el laboratorio se preservaron añadiendo HNO3 concentrado hasta obtener un pH < 2, se almacenaron en envases plásticos previamente lavados con una solución nítrica al 10% (v/v) y enjuagados varias veces con agua destilada y finalmente, fueron conservadas a 4 ºC hasta el momento de su análisis.
Para el desarrollo de la validación, se hizo uso de material volumétrico calibrado lavado adecuadamente con HNO3 al 10% (v/v) y enjuagado con agua destilada. Las determinaciones se efectuaron con un espectrofotómetro de absorción atómica SHIMADZU AA-7000, mediante la técnica llama de aire-acetileno. Se usaron lámparas de cátodo hueco de Zinc y Cobre operando a 213,9 nm, corriente de 10 mA, ancho de banda de 0.7nm y 324,8 nm, corriente de 6 mA, ancho de banda de 0.7 nm respectivamente.
Finalmente, se realizaron análisis estadísticos con los cuales se pudo determinar si el método a validar, era adecuado y cumplía con todas las especificaciones exigidas en la norma NTC/ISO/IEC 17025.
Mufarrege (2012) Estudió la Tolerancia y eficiencia de Typha domingensis Pers. en la retención de metales y nutrientes de efluentes industriales, mediante un wetland para tratamiento de efluentes que contienen Cr, Ni, Zn, (efluente industrial), P y N (efluente cloacal). Las
adaptaciones de las plantas del humedal construido fueron demostradas por una mayor tasa de crecimiento relativo y un incremento en la concentración de clorofila, en comparación con los obtenidos en plantas provenientes de un humedal natural que fueron expuestas a las mismas condiciones. Cuando T. domingensis fue sometida a altas concentraciones de metales, las hojas alcanzaron concentraciones de los mismos similares a las de raíces, determinándose que esto se debió a que las partes basales de las hojas que estuvieron en contacto directo con la solución sorbieron los metales. Por otro lado, las partes sumergidas de las hojas fueron un compartimiento muy eficiente para la acumulación de metales y P, debido a que estos tejidos se encuentran en contacto directo con la solución experimental. T. domingensis demostró una alta eficiencia en la retención de metales y nutrientes y una elevada tolerancia a las condiciones de los efluentes tratados debido a su capacidad de adaptación.
García (2012) Evaluó tres plantas acuáticas para determinar la eficiencia de remoción de nutrientes en el tratamiento de aguas residuales domesticas presentando un estudio comparativo acerca de la capacidad depuradora de nutrientes presentes en las aguas residuales de tres plantas acuáticas flotantes, Azolla Filiculoides, Lemna Minor y Eichhornia Crassipes. En el estudio se observó que fue posible remover los nutrientes a un 90% como se esperaba pues estudios recientes hechos en el Perú y en américa latina que señalan eficiencia promedio del 95%.
Sin embargo se determinó como mejor tratamiento a Eichhornia Crassipes, y en base a este resultado, esta especie se aplicó para la
depuración de aguas residuales domésticas, el Jacinto de agua es la especie más eficiente en la remoción de lodos (50%, a diferencia de 40% en los otros tratamientos) y esta remoción estuvo asociada a las mismas variables fisicoquímicas (15%-30% de correlación). Existen incrementos de los parámetros nitrogenados excepto los nitratos; los que se aumentaron especialmente con Lemna Minory lograron ser removidos con Eichhornia Crassipes.
Zarazúa, Pérez, Tejeda, Arrientos, Gómez y Miranda (2013) Evaluaron los factores de bioacumulación (FBA) de los metales Cr, Mn, Fe, Cu, Zn y Pb en las partes aéreas y sumergidas del sombrerillo de agua (Hydrocotyle ranunculoides) del curso alto del río Lerma. Se caracterizó el agua del rio obteniéndose los resultados Cr (0.28 µg/l), Mn (NR), Fe (1.05 µg/l), Cu (0.30 µg/l), Zn (2.05 µg/l) y Pb (1.43 µg/l) y El pH del agua varió entre 5.9 y 7.1, la temperatura entre 11 y 21 ºC, la conductividad eléctrica entre 562 y 820 μS/cm y el oxígeno disuelto entre 0.30 y 0.75 mg/L. se tomaron muestras de H. ranunculoides en seis sitios del río, se analizaron por la técnica de espectrometría de emisión óptica de plasma (ICP-OES). En la parte aérea de H. ranunculoides los resultados muestran que Zn (160 mg/kg) y Fe (19.57 mg/kg) presentaron los FBA más altos seguido del Cu (15.80 mg/kg), Mn (6.57 mg/kg), Cr (2.57 mg/kg) y Pb (< 1.1 mg/kg) y en la parte sumergidas Fe (20268 mg/kg), Cu (3037 mg/kg) y presentaron los FBA más altos seguido del, Mn (32.4 mg/kg), Zn (17.2 mg/kg) Cr (15.76 mg/kg) y Pb (7.70 mg/kg), los FBA fueron más altos en las estructuras sumergidas de la planta, lo que demuestra una baja movilidad para los metales analizados. Como
resultado de este estudio se puede considerar que H. ranunculoides es un buen indicador de contaminación por metales en cuerpos de agua y tiene la capacidad de concentrar (≥ 70 %) y bioacumular metales pesados principalmente en las estructuras sumergidas.
2.2. TEORÍAS BÁSICAS
2.2.1. CONTAMINACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE:
La población humana ha existido en la tierra durante 40,000 años, sin embargo ha sido en los últimos 200 años donde ha originado eventos (como la Revolución Industrial y la Revolución Tecnológica) que han tenido mayor repercusión en la cultura, la economía, la ciencia, la tecnología y el ambiente. En consecuencia de su dominio sobre los recursos naturales, especialmente sobre los energéticos, el hombre ha mejorado notablemente sus condiciones de vida y prolongado su existencia, pero a reserva de colmar al ambiente con una gran cantidad de productos químicos y agentes físicos (García, 1999).
La Contaminación es uno de los problemas más importantes que afectan al planeta Tierra, y surge cuando la adición de cualquier sustancia o agente físico al medio ambiente, en cantidades tales, pueda causar efectos adversos en los seres humanos, animales, vegetales o materiales que se encuentren expuestos a dosis que sobrepasen los niveles de los que se hallan regularmente en la naturaleza (García, 1999).
La contaminación se puede clasificar en diferentes maneras dependiendo de sus características y de las fuentes que las generan, como se muestra:
Natural: Causada por volcanes, efectos climáticos, sismos, desequilibrios en la cadena alimentaria, etc. Generalmente se encuentra dispersa en un área mayor por lo que su efecto es diluido. (Bañuelos, Ajawa, Mackey, Wu, Cook, Akohoue &
Zambruzuki, 1997).
Antropogénica: Es producida por el ser humano, por ejemplo:
la basura, el smog, descargas al aire, suelo y agua procedentes de procesos industriales. Ocurre en áreas próximas a las urbanas y regiones industriales. (Castro y Monroy, 2002)
2.2.2. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS TIPOS DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL POR SU ORIGEN: La contaminación del ambiente se produce por la incorporación de cualquier tipo de energía, organismo o sustancia, que afecta las características de los ecosistemas, modificando negativamente sus propiedades y su capacidad para asimilarlas o degradarlas.
(García, 1999.)
A. CONTAMINACION DEL SUELO:
Metales presentes en el suelo: Los metales pesados y elementos traza de importancia en el medio ambiente por su trascendencia en la contaminación de suelos y por tanto de cultivos agrícolas pueden ser de naturaleza geogénica (origen
natural) o antropogénica. Se habla de origen natural cuando los contenidos de metales se atribuyen a la composición de los distintos minerales presentes en el suelo. Los metales son de origen antrópico cuando sus concentraciones son mayores a las correspondientes a su composición geoquímica y son el resultado de las actividades del hombre por actividades industrial, agrícola y minera. (Von Sothen, 2001)
Actividad industrial: Esta actividad puede contaminar el suelo por vía aérea, a través de depositación de material particulado y emisiones gaseosas, como ocurre con las fundiciones y el transporte. También puede contaminar a través de aguas residuales como ocurre con la minería del cobre, industria automotriz, curtiembre, industria de la celulosa, galvanoplastía, y otras. (Castro y Monroy, 2002)
Actividad agrícola: Esta actividad puede contaminar el suelo con metales pesados a través de la aplicación de fertilizantes que contienen trazas de metales pesados (ej.
fosfatos), de plaguicidas con metales pesados, de estiércol, purines y compost. La Tabla 1 muestra las principales fuentes antropogénicas de metales pesados en suelos europeos. Se observa que hay un aporte alto de plomo por depositación atmosférica, un aporte moderado de cobre y zinc, proveniente de los plaguicidas y lodos de aguas residuales o servidas. Los fertilizantes minerales aportaron
cantidades altas de cadmio y moderadas de cobre. (Gardi, 2001)
Tabla 1
Principales fuentes antropogénicas de contaminación por metales pesados en suelos europeos.
FUENTE1 Cadmio Cobre Plomo Zinc
Deposición atmosférica + + +++ +
Plaguisidas2 - +/++ - +/++
Estiércol purines + ++ + ++
Fertilizantes minerales 2 (fosfatos)
+++3 +/++ + +
Lodos de aguas residuales2
+/++ +/++ +/++ +/++
Nota: Tomado de Gardi (2001)
1 Además, existen otras fuentes: lluvia acida (solubiliza los cationes); incineración de residuos, transporte.
2Pueden existir diferencias importantes según la legislación de cada país.
3Ligado especialmente a los fosfatos minerales.
- Sin aporte; + aporte bajo; ++ aporte moderado; +++ aporte alto.
En agricultura es común el uso de guano de pollo como abonos orgánicos. Estos abonos contienen altas concentraciones de metales pesados, en especial de Zinc y Cobre (Eurich Menden, Wegener & Hackenberg, 1996).
(Tabla 2).
Tabla 2
Concentraciones de metales pesados en guano o estiércol en la década de 1990 en Alemania.
MATERIAL Cd Cr Cu Ni Pb Zn Hg Mg kg-1
Guano de bovino
0.43 5.5 44.5 5.2 8.5 225 0.05 Guano de
cerdo
0.68 8.4 443 18.6 8.9 1035 0.04 Guano de
pollo
0.25 4.4 63 8.1 7.2 430 0.02 Feca de
bovino
0.44 5.0 39 10 7 213 NA 1 Feca de
cerdo
0.43 11 740 13 NA 1020 NA Feca de
pollo
0.36 12 69.75 9 NA 406 0.05 Nota: Tomado de Eurich Menden, Wegener & Hackenberg (1996)
1 NA = No analizado.
El superfosfato y otros fertilizantes fosforados tienen alta concentración de cadmio, cobre, níquel, plomo y zinc. Los fertilizantes con calcio o cal tienen una mayor concentración de plomo y zinc (Wheeler & Power, 1995).
(Tabla 3).
Tabla 3
Concentración de metales pesados en fertilizantes.
Fertilizantes Cd Cu Ni Pb Zn Mg kg-1 masa seca Calcio amonio nitrato 0.31 5 4.7 24.6 55 Solución nh4 no3-
urea
0.03 6.3 0.30 0.20 2.3
Urea 0.15 0.34 0.48 0.36 2.4
Otro fertilizante nitrogenado
0.10 5.2 10.4 1 4 Superfosfato 20.8 21.4 31.3 7.2 380 Otro fertilizante de P 7.5 15.4 15.4 1.8 225 Sal potásica 0.06 2.4 5.4 0.77 1.6 Potacio cloruro 0.10 3.4 1.3 0.65 4.1 Potasio sulfuro 0.09 3.4 1.9 0.85 2.3 Calcio carbonato 0.50 8.2 4.6 7.3 58.0 Cal calsinato 0.10 11.1 6.0 2.8 15.8 Steelwork lime 0.10 4.2 2.5 7.0 8.8 Otro fertilizante con
cal
0.33 19.5 12.5 23.8 35.0 Fertilizantes con NP 10.2 24.8 17.4 26 116 Fertilizantes con PK 4.80 22.9 21.4 2.7 154 Fertilizantes con NPK 2.4 11.8 8.9 120 125
1
Nota: Tomado de Wheeler & Power (1995).
Efecto de los metales en el suelo:
Contaminación y polución: El suelo no es solamente un receptor geoquímico para los contaminantes sino que también actúa como un regulador natural que controla el transporte de elementos químicos y substancias a la atmósfera, hidrosfera y biota. En distintas publicaciones se ha definido contaminación de suelo y polución de suelos como dos términos diferentes. (Castro y Monroy, 2002).
Knox, Gamerdinger, Adriano, Kolka & Kaplan, (1999) se refieren a suelo contaminado como un suelo cuyo estado químico se desvía de la composición normal pero no tiene
un efecto negativo hacia los organismos. La polución ocurre cuando un elemento o una sustancia está presente en concentraciones mayores que la natural (“background” o línea base) como un resultado de la actividad humana y tiene un efecto negativo sobre el ambiente y sus componentes. Los suelos no se consideran polucionados a menos que exista una concentración umbral que empiece a afectar los procesos biológicos. El término polución ha sido poco aceptado. La Unión Europea ha propuesto las directivas de Kelley (Tabla 4) para clasificar los suelos según grado de contaminación por metales pesados y establece cinco categorías: suelo: no contaminado, contaminación ligera, contaminación, contaminación alta y contaminación inusualmente alta. (Von Sothen, 2001) Los metales pesados y elementos traza originados en distintas fuentes pueden llegar a la superficie del suelo. Su destino posterior dependerá de las propiedades físicas y químicas del suelo y especialmente de su especiación.
Aunque la química de los contaminantes del suelo ha sido objeto de numerosos estudios, el conocimiento del comportamiento de los elementos traza contaminantes es incompleto. La persistencia de los contaminantes en el suelo es mucho más larga que en otros compartimentos de la biosfera, y la contaminación de suelos, especialmente
por metales pesados, parece ser virtualmente permanente.
(Buch y Von, 1988)
Los metales acumulados en el suelo desaparecen lentamente por lixiviación, absorción por las plantas y erosión. (Eapen, Singh & D'Souza, 2007).
Tabla 4
Directivas de kelley para la clasificación de los suelos contaminados
Parámetro
Valores típicos
para suelos
no contami
nados
Contamin ación ligera
Contamina ción
Contamina ción alta
Conta minaci ón inusual
mente alta Mg kg-1 suelo seca
pH (acido) 6-7 5-6 4-5 2-4 <2
pH alcalino 7-8 8-9 9-10 10-12 >2
Arsénico 0-30 30-50 50-100 100-500 >500
Cadmio 0-1 1-3 3-10 10-50 >50
Cromo 0-100 100-200 200-500 500-25000 >2500 Cobre
(disponible)
0-100 100-200 200-500 500-25000 >2500 Plomo 0-500 500-1000 1000-2000 2000-1.0% >1%
Plomo disponible
0-200 200-500 500-100 1000-5000 >5000 Manganeso 0-500 500-1000 1000-2000 2000-1.0% >1.0%
Niquel (disponible)
0-20 20-50 50-200 200-1000 >1000 Zinc (disponible) 0-250 250-500 500-1000 1000-5000 >5000
Nota: Tomado de Von Sothen, (2001)
B. CONTAMINACION DEL AIRE: Se produce como consecuencia de la emisión de sustancias tóxicas. La contaminación del aire puede causar trastornos tales como ardor en los ojos y en la nariz, irritación y picazón de la garganta y problemas respiratorios. Bajo determinadas circunstancias, algunas substancias químicas que se hallan
en el aire contaminado pueden producir cáncer, malformaciones congénitas, daños cerebrales y trastornos del sistema nervioso, así como lesiones pulmonares y de las vías respiratorias. A determinado nivel de concentración y después de cierto tiempo de exposición, ciertos contaminantes del aire son sumamente peligrosos y pueden causar serios trastornos e incluso la muerte. (Castro y Monroy, 2002).
La polución del aire también provoca daños en el medio ambiente, habiendo afectado la flora arbórea, la fauna y los lagos. La contaminación también ha reducido el espesor de la capa de ozono. (Demirezen, 2002).
Principales Contaminantes del Aire:
Monóxido de Carbono (CO): Es un gas inodoro e incoloro.
Cuando se lo inhala, sus moléculas ingresan al torrente sanguíneo, donde inhiben la distribución del oxígeno. En bajas concentraciones produce mareos, jaqueca y fatiga, mientras que en concentraciones mayores puede ser fatal (Cho, Yavuz, Corapcioglu, Park & Sung, 2008).
El monóxido de carbono se produce como consecuencia de la combustión incompleta de combustibles a base de carbono, tales como la gasolina, el petróleo y la leña, y de la de productos naturales y sintéticos, como por ejemplo el humo de cigarrillos. Se lo halla en altas concentraciones en lugares cerrados, como por ejemplo garajes y túneles con mal
ventilados, e incluso en caminos de tránsito congestionado.
(Cheng, Lin & Lu, 2002).
Dióxido de Carbono (CO2): Es el principal gas causante del efecto invernadero. Se origina a partir de la combustión de carbón, petróleo y gas natural. En estado líquido o sólido produce quemaduras, congelación de tejidos y ceguera. La inhalación es tóxica si se encuentra en altas concentraciones, pudiendo causar incremento del ritmo respiratorio, desvanecimiento e incluso la muerte. (Demirbas, 2008).
Clorofluorcarbonos (CFC): Son substancias químicas que se utilizan en gran cantidad en la industria, en sistemas de refrigeración y aire acondicionado y en la elaboración de bienes de consumo. Cuando son liberados a la atmósfera, ascienden hasta la estratosfera. Una vez allí, los CFC producen reacciones químicas que dan lugar a la reducción de la capa de ozono que protege la superficie de la Tierra de los rayos solares. La reducción de las emisiones de CFC y la suspensión de la producción de productos químicos que destruyen la capa de ozono constituyen pasos fundamentales para la preservación de la estratosfera. (Cortez Lugo, Téllez Rojo, Gómez Dantes, 2003).
Contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP): Son compuestos químicos que afectan la salud y el medio ambiente. Las emanaciones masivas –como el desastre que tuvo lugar en una fábrica de agroquímicos en Bhopal, India
pueden causar cáncer, malformaciones congénitas, trastornos del sistema nervioso y hasta la muerte (Cho, Yavuz Corapcioglu, Park & Sung, 2008).
Las emisiones de HAP provienen de fuentes tales como fábricas de productos químicos, productos para limpieza en seco, imprentas y vehículos (automóviles, camiones, autobuses y aviones). (Deng, Ye & Wong, 2004).
C. CONTAMINACION DEL AGUA: Puede definirse como la alteración de su calidad por la acción natural o humana que hace que no sea adecuada para la aplicación a la que se destina. Las alteraciones que puede sufrir el agua pueden ser físicas, químicas o biológicas. (Gray, 1996).
Alteraciones Físicas.
Propiedades organolépticas. Tales como color debido a la presencia de materiales disueltos o suspendidos; olor a la presencia de productos químicos o a materia orgánica en descomposición o a organismos como las algas o los hongos. (Camacho, 2005).
Temperatura. Esta variable está relacionada con diversos fenómenos que ocurren en el agua, como la solubilidad de gases y sales, así como en los procesos biológicos, La elevación de la temperatura del agua puede acelerar la putrefacción, aumentar la solubilidad de las sales y disminuir la de los gases. (Denny & Wilkins, 1987).
Materia en suspensión. Generalmente el agua en movimiento transporta sólidos insolubles. Según el tamaño de las partículas, se pueden formar suspensiones, que pueden ser inestables y sedimentar cuando el agua queda en reposo, o pueden ser estables incluso con el agua en reposo. En el primer caso se habla de “sedimento”, mientras que en el segundo caso se habla de “turbidez”.
(Lahora Cano, 2004).
Espuma. Un agua formará espuma si contiene agentes tensoactivos, que son sustancias que disminuyen la tensión superficial de los líquidos y, por tanto, aumentan la estabilidad de las burbujas gaseosas que puedan formarse en la superficie. El ejemplo más representativo de agentes tensoactivos son los detergentes sintéticos, que son vertidos en las aguas naturales en grandes cantidades por su extendido uso industrial y doméstico. (Madueño Huaruco y Salvador Tixe, 2009).
Radiactividad. Todas las aguas presentan una determinada radiactividad natural, como consecuencia de la presencia de isótopos radiactivos solubles, en especial los de potasio, provenientes de diversos tipos de rocas, y que no suponen peligro para los seres vivos. (Baran, 1995).
Alteraciones Químicas: La presencia de compuestos químicos por encima de determinados niveles de concentración suele ser la que más afecta a la calidad del
agua. Los compuestos orgánicos (hidrocarburos, pesticidas, detergentes) dan al agua un carácter reductor, ya que son capaces de combinarse con el oxígeno disuelto en ella. Los productos inorgánicos (nitrógeno, fósforo, sales, metales) varían de forma importante las propiedades del agua como su alcalinidad, carácter corrosivo o toxicidad. (Eapen, Singh &
D'Souza, 2007).
Alteraciones Biológicas: Las alteraciones biológicas del agua se refieren, principalmente, al desequilibrio provocado por un aumento del número de microorganismos presentes especialmente bacterias, protozoos y algas. Las bacterias son los microorganismos encargados de oxidar la materia orgánica del agua; los protozoos se alimentan de bacterias y, por tanto, equilibran las poblaciones de microorganismos; las algas poseen la capacidad fotosintética que les permite liberar oxígeno, manteniendo la concentración suficiente en el agua.
(Málvarez, 1999).
Otro tipo de alteración biológica es la disminución de la flora y fauna acuáticas de un agua, provocada a menudo por la reducción de la concentración de oxígeno libre disuelto por debajo del valor mínimo (> 4 mg/L) que permite la vida de los organismos superiores. (Méndez y Marchan, 2008).
2.2.3. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL AGUA:
El agua es uno de los principales componentes del planeta tierra; alrededor del 98%, corresponde a agua salada que se encuentra en mares y océanos, el agua dulce que poseemos en un 69% corresponde a agua atrapada en glaciares y nieves, un 30% está constituida por aguas subterráneas y una cantidad no superior al 0,7% se encuentra en forma de ríos y lagos (Sánchez, 2009).
El agua es una molécula simple y extraña, puede ser considerada como el líquido de la vida. Es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua (INRENA, 2003).
El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Posee un extraño comportamiento, que la convierte en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, manifiesta extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de su importancia biológica. Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las propiedades del agua (Mitchell, Stapp & Bixby, 1991).
A. PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA:
Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas positivas y negativas), lo que da lugar a disoluciones moleculares.
También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas. En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados (Lahora, 2004).
Fuerza de cohesión: Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático (Sánchez, 2009).
Fuerza de adhesión: Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad (Monello, 2009).
Calor de vaporización: Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa (Romero, 2008).
Tabla 5
Propiedades físicas del agua
Nota: Tomado de Sánchez (2009)
PROPIEDAD UNIDAD
Peso molecular 18,015
Punto de congelación 0,0 °C punto de ebullición 100 °C Temperatura critica 374,2 °C Presión critica 218,4 atm.
Calor de formación -68,3 kcal/mol Calor de Fusión 79,7 cal/g Calor de vapor a 20 °C 585,5 cal/g Calor de Vapor a 100 °C 539,5 cal/g Calor especifico 1,0 cal/g
