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Revista de Investigaciones Altoandinas

On-line version ISSN 2313-2957

Rev. investig. Altoandin. vol.18 no.4 Puno Oct./Dic. 2016

http://dx.doi.org/10.18271/ria.2016.232 

ARTÍCULO ORIGINAL

 

Tratamiento de aguas eutrofizadas de la bahía interior de Puno, Perú, con el uso de dos Macrófitas

Treatment of eutrophoted waters of the interior bay of Puno, Peru, with the use of two macrophites

 

Luis Llberto Jimenez Monroy1,5; Faustino Adolfo Jahuira Huarcaya2,5; Vladimiro Ibañez Quispe4,5

1 Docente de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Escuela Profesional de Agroindustrias, miembro del Instituto de Investigación de Medio Ambiente
2 Docente de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia
3 Jefe de laboratorio de inspección y control de alimentos
4 Docente Investigador (CONCYTEC) -Escuela de Post Grado
5 Universidad Nacional del Altiplano – Puno Perú

 


RESUMEN

La investigación tuvo como propósito determinar los niveles de Nitrógeno Total (NT) y Fósforo Total (PT) de las aguas contaminadas de la bahía interior de la ciudad de Puno, del sector denominado Isla Espinar, de la boca toma de muelle, sector Huaje, y evaluar la eficiencia de dos macrófitas, como el Elodea Canadensis Michax (llacho) y Myriophyllum Quitensis Kunth (hinojo) para la remoción del Nitrógeno y Fósforo. Para valorar las muestras, procedentes del sector Parinas de la Península de Chucuito, se trabajó en el Mega Laboratorio de la Universidad Nacional del Altiplano de Puno (UNA-Puno). Se consideraron para el estudio las aguas contaminadas de los sectores, con mezcla (agua patrón + agua del sector) y sin dilución, desde 00 a 30 días y desde 30 a 60 días. El Nitrógeno Total se determinó utilizándose el método Kjeldahl, y para la cuantificación del Fósforo Total se utilizó el método del ácido ascórbico. El diseño experimental fue de tipo factorial. Los resultados mostraron que el contenido medio de Nitrógeno Total fue de 2.21 mg NT/L; mientras que del Fósforo Total fue de 1.36 mg PT/L. Estos valores son altos respecto del nivel aceptable de las aguas de la bahía, lo que permite sostener que la bahía interior de la ciudad de Puno está eutrofizado. Por otra parte, la Myriophyllum Quitensis, analizados en acuarios, en aguas diluidas, es más eficiente para absorber el Nitrógeno Total (NT) hasta 35 días; mientras que la Elodea Canadensis es más eficaz para remover los iones de Fósforo Total (PT) a los 29 días y, sin diluir, hasta los 37 días. Este método es una alternativa para remediar las aguas de la bahía interior de la ciudad de Puno, Perú.

PALABRAS CLAVES: Myriophyllum, Elodea, aguas, eutrofizadas, fósforo total, nitrógeno total

 


ABSTRACT

The objective of the investigation was to determine the levels of Total Nitrogen (NT) and Total Phosphorus (PT) of the contaminated waters of the inland bay of the city of Puno, of the sector called Espinar Island, And evaluate the efficiency of two macrophytes, such as Elodea Canadensis Michax (llacho) and Myriophyllum Quitensis Kunth (fennel) for the removal of nitrogen and phosphorus. To evaluate the samples, from the Parinas sector of the Chucuito Peninsula, the Mega Laboratory of the National University of the High Plateau of Puno (UNA-Puno) was worked. The contaminated waters of the sectors were considered for the study, with mixture (standard water + water of the sector) and without dilution, from 00 to 30 days and from 30 to 60 days. Total Nitrogen was determined using the Kjeldahl method and for the quantification of Total Phosphorus the ascorbic acid method was used. The experimental design was of factorial type. The results showed that the average content of Total Nitrogen was 2.21 mg NT / L; While Total Phosphorus was 1.36 mg PT / L. These values are high with respect to the acceptable level of the waters of the bay, which allows to maintain that the inner bay of the city of Puno is eutrofizado. On the other hand, Myriophyllum Quitensis, analyzed in aquaria, in dilute waters, is more efficient in absorbing the Total Nitrogen (NT) up to 35 days; While Elodea Canadensis is more effective at removing Total Phosphorus (PT) ions at 29 days and, undiluted, up to 37 days. This method is an alternative to remedy the waters of the inner bay of the city of Puno, Peru.

KEY WORDS: Myriophyllum, Elodea, eutrophic waters, total phosphorus, total nitrogen.

 


INTRODUCCIÓN

Según Finlay et al. (2013), cuando las aguas albañales desembocan en el lago, aumentan el porcentaje de nitrógeno y fósforo, incrementándose la carga orgánica, lo que contamina las aguas de la bahía interior del lago. La Elodea canadensis Michax (llacho) y Myriophyllum quitensis Kunth (hinojo) son macrófitas sumergidas depuradoras de las aguas contaminadas.

La población mundial no tiene acceso al saneamiento del agua (Domínguez, 2010). El incremento constante de la densidad demográfica en las ciudades, exige que se tenga que asegurar una distribución sostenible de agua potable para todos, lo que demanda la armonía y sinergia con la planificación hidrológica (Molina y Villegas, 2015).

El agua satisface muchas necesidades básicas como para la supervivencia, la higiene, los servicios de saneamiento y para la preparación de alimentos. Una persona requiere de 50 litros por día, agregándose a esta necesidad el requerimiento de agua para el cultivo de alimentos y para la protección de los ecosistemas naturales (Peter y Gleick 2010). El crecimiento urbano de grandes ciudades, aumenta la demanda del recurso de agua, de 78 ± 3% de fuentes superficiales. Por lo tanto, es importante para el futuro de la economía mundial (Robert et al., 2014). El consumo humano de agua es uno de los mecanismos más importantes que aumenta por si sola de 27 (± 6) %. (Wada et al., 2013).

El índice de nutrientes IN > 4 en oligo-mesotróficas de los valores, nos indica el grado y proceso de eutrofización, en las bahías y la pobre remoción del agua contaminada (Montalvo et al., 2014). Mediante los índices de Carlson se permite clasificar a una laguna como oligotrófica y ultra oligotrófica con bajos procesos de contaminación de origen aloctóno y autóctono (López y Madroñero, 2015). Los nutrientes primarios nitrógeno, fósforo y detergentes forman aguas residuales domésticas e industriales. Estos nutrientes y minerales, originan una eutrofización secundaria en las aguas retenidas (Rivas et al., 2009). La eutrofización o hipertrofia es un proceso que en las últimas décadas avanzó considerablemente por el crecimiento de los centros urbanos. Este es el caso de la bahía interior de la ciudad de Puno que, actualmente, se viene deteriorando debido a descarga de desechos sólidos y líquidos (Autoridad Nacional del Agua, 2012).

La aparición de macrófitas está asociada con la reducción de fitoplancton y la demanda bioquímica de oxigeno (DBO5 ). La presencia de nitrógeno total, fósforo soluble y turbidez, son indicadores del grado de eutrofización. Las actividades de la vegetación, los cambios de temperatura, las precipitaciones, la radiación descendente y las actividades antropogénicos son relevantes, y en general, la urbanización tiene impacto sobre la ecología (Wen et al., 2017).

La fito depuración utiliza macrófitas para la asimilación y eliminación de los compuestos orgánicos como Nitrógeno Total y Fósforo Total. El uso de macrófitas es una tecnología sustentable y se fundamenta en el uso de plantas para reducir en situ la concentración o peligrosidad de compuestos orgánicos e inorgánicos (Bernal et al., 2007; Salgado-Bernal et al., 2012). El objetivo del presente estudio es determinar los niveles de iones Nitrógeno Total y Fosforo Total de la aguas de la bahía interior de Puno.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo de investigación se realizó en el Mega Laboratorio de la Universidad Nacional del Altiplano de la ciudad de Puno, Perú, en el año 2015. Se utilizaron muestras de Elodea y Myriophyllum, que fueron tomadas de la península de Chucuito del sector Parina, para evaluar su eficiencia en absorber iones de Nitrógeno Total y Fosforo Total. La muestra, Elodea es un buen bioindicador de la calidad del agua. Elige el pH entre 6,5 a 10 y una temperatura entre 10 a 25ºC. Es una especie de luz que necesita exposiciones al sol, puede vivir a profundidades hasta 14 m (Sanz-Elorza, 2004); sin embargo, el Myriophyllum es originaria de Sudamérica y, por eso, es considerada como planta acuática exótica. Como bioindicadores, son sensibles a la presencia de diversos contaminantes y sustancias tóxicas. Acumulan sustancias tóxicas en sus órganos (García et al., 2009).

EQUIPOS UTILIZADOS

Se utilizó un tubo extractor para tomar las muestras de agua contaminada de cada sector, lo que sirvió para determinar los iones de Nitrógeno Total y Fósforo Total; equipo digestor DKZO marca VELP, equipo VELP Científica UDK 126D para NT, para fósforo total, y un Espectrofotométrico UV-VIS. Se trabajó con el programa estadístico SAS Statgraphics Centurión XVI (Statpoint Technologies, 2010). Para determinar el nitrógeno se utilizó el método Kjeldahl (Espinosa-Lloréns et al., 2013) y para determinar las especies de fósforo total, el método 365.2 U.S. La cuantificación de fósforo se realizó por el método del ácido ascórbico (APHA, 1995).

El tamaño de muestra se determinó mediante la precisión y la confiabilidad de N = 50 (esquejes o trozas de tallos pequeñas) como población representativa.

n = Z2 α/2 p. q. N / E2(N-1) + Z2 α/2 pq

N = Población de plantas 50 unidades por acuario

Z = Confiabilidad al 95%, cuyo valor es (Z=1.96)

p.q = Proporciones binominales (0.5) (0.5)

E2 =Error a cometer en la población (error de precisión)

n =  (1.96)2 (0.5) (0.5) 50 / 0.22 (49)+ 1.922 (0.5) (0.5)      48.02 / 2.9204  = 16.44 muestra de análisis

RESULTADOS Y DISCUSIONES

En las aguas residuales, tomadas como muestra, se encontraron diferencias en cuanto al contenido de iones de Nitrógeno Total (NT) y Fósforo Total (PT). Los resultados de la prueba Tukey se muestran en la Tabla 1. El contenido de iones de Nitrógeno Total es de 2.21 mg NT/L, siendo el más contaminante de las aguas del lago, seguido del Fósforo Total (PT) que es de 1.36 mgP-PO4/L. Aquí se confirma lo que sostiene Yang et al. (2016), el mayor grado de contaminación es producido por los iones de nitrógeno total. El contenido medio de NT en las 10 cuencas fue de 1.070g / kg; mientras que el contenido medio de PT fue de 0.733g/kg. De los datos mostrados se deduce que estos nutrientes han empeorado la bahía interior de Puno, con descargas de aguas residuales domésticas e industriales, los que originan el proceso de eutrofización.

 

Según Paz (2015), los estándares nacionales de calidad ambiental para el agua son, según las normas peruanas, parámetros permisibles, para el Nitrógeno Total (NT) de 0.315 mg/l; mientras que para el fósforo total (PT) es de 0.035 mg/k.

VARIABLES INTERVINIENTES

Son parámetros, de las aguas de la bahía interior de Puno, por la complejidad de este problema, podemos referirnos como paciente "lago enfermo", que esta eutrofizado" (Klein, 2014). Tabla 2, se observa que el valor de pH de las aguas del análisis cualitativo es 9.33 en promedio, este resultado está de acuerdo con las afirmaciones de Perez (2002) quien confirma que las macrófitos de pH bajo (por debajo de 7) son ácidos, y se autodestruyen. Los macrofitas de pH 7 o neutrales, tienen las mejores oportunidades de vida. Los macrófitos que viven en medios alcalinos (de pH 7 a 8.5), tienen el mayor potencial de vida larga. En tanto conductividad eléctrica, presenta un valor medio 2.19 µS/cm de su concentración total, de su carga o valencia y de las concentraciones relativas, estos valores están de acuerdo con el autor límites permisibles para consumo de agua la Conductividad, media 25°C es 1500, uS/cm, sin embargo los límites permisibles de acuerdo a normas peruanas publican para referencia la Conductividad (uS/cm) 1 000 E1 lagunas y lagos (Paz, 2015).

 

Los valores de Sólidos Totales disueltos son 1530 ppm, para las tres estaciones es muy variado de acuerdo a la dinámica de las aguas estos valores difieren con el autor que experimentó entre 685 y 2720 mg/l de sólidos totales, la mayor tasa de remoción alcanzó con 78,3 %. Son similares a las experiencias de Lin et al, (2003). La turbidez, este presenta un valor de 5.35 NTU (Las unidades nefelométricas de turbidez). Los límites máximos permisibles de parámetros de calidad organolépticas para la calidad de agua para consumo humano se estableció: Olor Aceptable, sabor aceptable, Color UCV escala Pt/Co 15, Turbiedad UNT 5, (DIGESA, 2011). Demanda bioquímica de oxígeno DBO5, presenta un valor 289.33 y para DQO 1314.33, los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental requieren ser protegidas. Suspensión de solidos totales SST ≤25 mg/L, DBO5 5 mg/L, DQO 10 mg/L, Conductividad Eléctrica (CE) 1000 µS/Cm, (Paz, 2015)

Absorción del ion nitrógeno total en dilución (50 %)

Absorción del ion nitrógeno total por macrófitos con mezclas (50 % control y 50% agua contaminada), en acuarios evaluadas, Tabla 3, se observa que macróphyta Myriophyllum es eficaz en absorber nitrógeno total 1.98 mg/l en sus órganos, seguido por Elodea con 1.72 mg/l, de aguas eutrofizadas, estos resultados son similares con (Fang et al., 2008), quien menciona que las plantas de hidrofitos Elodea muttalli en masa de agua contaminada podría reducir de manera eficiente (nitrógeno total 1.17mg/l y fosforo total 0.1 mg/l) siendo una forma importante en la mejora de la calidad del agua.

 

Análisis de Varianza (ANOVA) para el efecto interacción Macrofitas presenta una diferencia altamente significativa, los autores, (Aponte y Pacherres 2013) explican que los macrofitas en concentraciones de nutrientes en las aguas servidas permitieron establecer que Durante 21 días fueron sometidas a nutrientes tuvieron un mayor crecimiento radicular que el resto de tratamientos. La tasa de crecimiento relativo fue mayor con nutrientes en las diferentes respuestas fisiológicas. Interacción Macrofitas por días, para lo cual se realizó el ajuste de la función de respuesta para la optimización del factor día (00, 30, 60) estimándose la ecuación de segundo grado, lo optimizado resulto a 35 días como óptimo en la absorción de nutrientes Figura 1. Según el autor la remoción de nitrógeno total en las aguas residuales fue de75% (Wu et al., 2012). Por otra parte los hallazgos que, indican que los humedales con vegetación con Myriophyllum elatinoides puede ser un sistema óptimo para el tratamiento de aguas residuales porcina, basado en su mayor eliminación de nitrógeno y menores emisiones de NO y N2O. (Li et al., 2015) estas averiguaciones encontradas posiblemente esten relacionados al potencial de las macrofitas controladas en el medio ambiente.

 

Absorción de ion fósforo total con dilución de agua contaminada, en mega laboratorio se realizó evaluaciones de ion Fosforo Total, macrófitas en acuarios, para lo cual se realizó el ajuste de la función de respuesta para la optimización del factor día (00, 30, 60) estimándose la ecuación de segundo grado, se observó en la absorción de fósforo total hasta 29 días como óptimo, para remover el ion fósforo total con una media de 4450.44, mg/Kg.

 

Las tratadas con Myriophyllum elatinoides en aguas residuales, para eliminar fósforo (P). durante 30 días (un mes). El autor observó y sugirieron que el Myriophyllum elatinoides podría podría contribuir a la eliminación de cantidades significativas de las aguas residuales porcina. (Li X et al., 2015). Por otra parte iones de fósforo total sin mezcla en agua contamina en acuarios en mega laboratorio. En la Tabla 4, se observa, que la elodea es más eficaz de absorber iones fósforo total (PT) 3828.19, debido a que genéticamente esta especie es diferente al género Myriophyllum.

 

Estas observaciones están de acuerdo con (Huotari y Korpelainen 2012) que reveló, Elodea nuttallii son invasores altamente competitivos por sedimento de nutrientes. La interacción macrófita por días, la función de respuesta para la optimización del factor día (00, 30, 60) estimándose la ecuación de segundo grado, lo optimizado resultó en absorber nutrientes (fósforo total) hasta 37 días como óptimo por macrofitas en aguas no diluidas.

 

Sin embargo, las aguas residuales municipales contienen altas concentraciones de materia orgánica, a su vez se evaluó la eficiencia de remoción de, orto fosfatos y nitritos por Myriophyllum aquaticum, estos macrófitas son eficaces para remover nutrientes del agua eutrofizada por crecimiento acelerado de los núcleos urbanos, que han puesto la necesidad de generar tecnologías para mitigar, Según el autor Los nutrientes primarios fósforo total causan eutrofización secundaria, el promedio de fósforo totales fue de 0,84mg·l-1, contribuyendo significativamente con el proceso de eutrofización (Rivas et al., 2009)

CONCLUSIONES

Las aguas residuales de la bahía de Puno, presentan valores de 2.21 mgNT/l y Fósforo Total de 1.36 mgPPO4/L. Estos valores se confirman cuando, evaluados los parámetros (pH, conductividad eléctrica, solidos totales disueltos, DBO5 y DQO), nos indican que sobre pasan los límites permisibles, por tanto la bahía se encuentra en proceso de eutrofización. Por otro lado, la eficiencia de macrófitas en acuarios con aguas diluidas (50% control + 50% del sector) y sin dilución (100% de aguas puras de cada sector) en acuarios, la Myriophyllum tiene mayor capacidad de absorción del Nitrógeno Total, en un 1.98% hasta 35 días. En cuanto al estudio de iones de Fosforo Total, en aguas residuales en acuarios agua contaminada con mezcla, la Elodea resulta más eficaz removiendo a los 29 días, y sin diluir hasta los 37 días (3902.8 mg/Kg).

 

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Correspondencia

Luis Llberto Jimenez Monroy
e-mail:
ljimen56@gmail.com

 

Artículo recibido: 10-07-2016
Artículo aceptado: 26-11-2016
On line: 20-12-2016