AUT FITOR EUTROF PROT TRABA TOR: LISET RREMED FIZACIO TEGIDA AJO PROF IN TH AYUNI C DIACION N EN LA PANTAN FESIONAL NGENIER CAMPOS PARA LA A LAGUN NOS DE V F L PARA OP O AMBIEN A REDU NA DEL A VILLA, C FACULTAD DE ESCUELA D PTAR EL T NTAL CCION D AREA NA CHORRIL E INGENIERIA Y DE INGENIERIA TÍTULO D LIMA- DE LA ATURAL LLOS Y ARQUITECTU A AMBIENTAL DE -PERU 2012 URA L 2 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS INDICE RESUMEN INTRODUCCION 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Descripción de la realidad problemática. 1.2. Antecedentes Teóricos relacionados con la Investigación. 1.3. Formulación del Problema 1.3.1. Problema Principal 1.3.2. Problema Específico 1.4. Delimitación de la Investigación 1.4.1. Delimitación Espacial 1.4.2. Delimitación Temporal 1.4.3. Delimitación Cuantitativa 2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION 2.1. Objetivo General 2.2. Objetivos Específicos 3. JUSTIFICACION, IMPORTANCIA Y LIMITACIONES DE LA INVESTIGACION 3.1. Justificación de la Investigación 3.2. Importancia de la Investigación 3.3. Limitaciones de la Investigación 4. MARCO TEORICO. 4.1. Antecedentes de la investigación 4.2. Marco Teórico (atendiendo a las teorías que permiten explicar el estudio, antes de su comprobación) 4.3. Marco Conceptual (definir con claridad los conceptos y usarlos correctamente). 3 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 5. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION 5.1. Hipótesis de la Investigación 5.1.1. Hipótesis General 5.1.2. Hipótesis Especificas 5.2. Variables e Indicadores 5.2.1. Variable Independiente (X) 5.2.2. Variable Dependiente (Y) 5.2.3. Indicadores 5.3. Tipo y Nivel de Investigación 5.3.1. Tipo de la Investigación 5.3.2. Nivel de la Investigación 5.4. Método y Diseño de la Investigación 5.4.1. Método de La Investigación 5.4.2. Diseño de La Investigación 5.4.3. Población y Muestra 5.4.3.1. Población 5.4.3.2. Muestra 5.5. Técnicas, Instrumentos y Fuentes de Recolección de datos. 5.5.1. Técnicas 5.5.2. Instrumentos y fuentes de recolección 6. CRONOGRAMA 7. RESULTADOS 8. CONCLUSIONES 9. RECOMENDACIONES 10. BIBLIOGRAFIA 11. ANEXOS 4 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS RESUMEN Este proyecto pretende dar una visión general de las soluciones que se pueden aplicar para la recuperación de aguas contaminadas en la laguna del Área Natural Protegida Pantanos de Villa, dicha laguna tiene el problema de eutrofización generada por los altos niveles de nitratos y fosfatos los cuales facilitan el proceso de la fotosíntesis afectando la calidad del agua y el ecosistema acuático. Con la utilización de técnicas fitorremediadoras a través de la planta macrófita Jacinto de Agua (Eichhornia crassipes)se pretende demostrar y validar las hipótesis mencionadas respondiendo si es posible reducir la eutrofización mediante la fitorremediacion, tratamiento capaz de aumentar la concentración de oxigeno y mejorar la calidad del agua de la Laguna de los Pantanos de Villa. Tomando en consideración los antecedentes teóricos, La investigación y técnicas e instrumentos adecuados para la aplicación de la fitorremediacion en la Laguna de los Pantanos de Villa, se puede tener una visión de las grandes posibilidades que existen en ejecutar un tratamiento biológico para la problemática existente mediante una metodología sencilla para el tratamiento y capaz de demostrar a través de informes de ensayo las variaciones que se pueden presentar en los parámetros indicadores de la calidad del agua por la presencia del Jacinto de Agua (Eichhornia crassipes)en una laguna con problemas de eutrofización. 5 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS ABSTRACT This project aims to provide an overview of the solutions that can be applied to the recovery of contaminated water in the lagoon of Protected Natural Area “Pantanos de Villa”, this failure has the problem of eutrophication caused by high levels of nitrates and phosphates that facilitates photosynthesis process affecting the water quality and the aquatic ecosystem. With the use of techniques of phytoremediation through macrophyte plant “Jacinto de Agua” (Eichhornia crassipes)is intended to demonstrate and validate the assumptions referred answering if possible reducing eutrophication through phytoremediation, treatment can increase the oxygen concentration of the lagoon and improve water quality thereof. Through the theoretical background to the research and techniques and instruments for the implementation of phytoremediation in the Lagoon “Pantanos de Villa”, you can have a glimpse of the great possibilities that exist in running a biological treatment for such problems, showing a simple methodology for treatment and able to demonstrate through test reports variations that may occur in the indicators of water quality by the presence of the “Jacinto de Agua” (Eichhornia crassipes)in a lagoon eutrophication problems. 6 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS INTRODUCCION Uno de los principales problemas que se observa en el Área Natural Protegida “Los Pantanos de Villa”, ubicada en plena zona industrial del Distrito de Chorrillos,son los graves daños que causa a las lagunas del lugar la eutrofización, dicho fenómeno se ocasiona por la presencia excesiva de materia orgánica en el agua, siendo los nitratos y fosfatos los que provocan un crecimiento rápido de algas u otras plantas invasivas que recubren la superficie del agua e impiden el paso de luz solar a las capas inferiores, tal como se describe en el desarrollo del presente estudio. El objetivo principal de este trabajo es comprobar que la presencia de la planta típica de la zona, Jacinto de agua(Eichhornia crassipes) constituye una tecnología viable para la depuración de aguas residuales industriales y domesticas en un cuerpo de agua, siendo posible la implementación a futuro en países en vías de desarrollo, donde las condiciones climáticas y económicas permitan utilizarla la fitorremediacion como un tratamiento biológico para solucionar este tipo de problemas en áreas naturales protegidas o cuerpo de agua que lo requieran. 7 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Descripción de la realidad problemática La presencia de contaminantes provenientes de las industrias y actividades antropogénicas que se realizan en los alrededores del Área Natural Protegida son las principales causas de la eutrofización presente en la Laguna. Los residuos sólidos y efluentes domésticos e industriales generados por la presencia de establos, corrales y la crianza excesiva de ganado porcino y vacuno los cuales son arrojados a los canales de alimentación de la Laguna, y por su alto contenido de contaminantes alteran la calidad del agua;provocando el aumento de la Demanda Bioquímica de Oxigeno ( DBO), la presencia de nitratosy fosfatosy por ende el problema de la Eutrofización. Este alto contenido de materia orgánicaorigina el crecimiento excesivo de algas, lentejas de agua y otras especies invasivas que amenazan ser incontrolables en su desarrollo disminuyendo el oxigeno de la laguna y alterando el ecosistema acuático de la laguna. 1.2. Antecedentes Teóricos La eutrofización (del griego eú, bien, y trophé, alimentación) es un proceso natural de envejecimiento de agua estancada o de corriente lenta con exceso de nutrientes y que acumula en el fondo materia vegetal en descomposición. Las plantas se apoderan dela laguna hasta convertirlo en pantano y luego se seca. Los problemas se inician cuando el hombre contamina lagunas, lagos y ríos con exceso de nutrientes que generan la aceleración del proceso de eutrofización, ocasionando el crecimiento acelerado de algas, la muerte de peces y demás flora y fauna acuática, generando condiciones anaeróbicas. El proceso de eutrofización resulta de la utilización de fosfatos y nitratos como fertilizantes en los cultivos agrícolas, de la materia orgánica de los residuos, de los detergentes hechos a base de fosfatos, que son arrastrados o arrojados a los ríos y lagos, entre otros aspectos ambientales son un problema muy grave para las aguas estancadas cerca de los centros urbanos o agrícolas. 8 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS El término fitorremediacion hace referencia a una serie de tecnologías que se basan en el uso de plantas para limpiar o restaurar ambientes contaminados como aguas y suelos. Es un término relativamente nuevo, aplicado en el año 1991. Se compone de dos palabra: “fito” “remediar”, que en griego significa planta o vegetal, y remediar (del latín remediare), que significa poner remedio al daño, o corregir o enmendar algo. De manera más completa, la fitorremediacion puede definirse como una tecnología sustentable que se basa en el uso de plantas para reducir in situ la concentración o peligrosidad de contaminantes orgánicos e inorgánicos de suelos, sedimentos o aguaa partir de procesos bioquímicos realizados por las plantas y microorganismos asociados a su sistema de raíz que conducen a la reducción, mineralización, degradación, volatilización y estabilización de los diversos tipos de contaminantes.(Núñez. López, 2004) Fitorremediacion acuática Tradicionalmente, las plantas vasculares acuáticas han sido consideradas como una plaga en sistemas enriquecidos con nutrientes. Su rápida proliferación puede dificultar la navegación y amenazar el balance de la biota en los ecosistemas acuáticos. Sin embargo, en la actualidad se considera que estas plantas también pueden ser manejadas adecuadamente y volverse útiles, debido a su capacidad para remover y acumular diversos tipos de contaminantes. Además, su biomasa puede ser aprovechada como fuente de energía, forraje y fibra. Los primeros sistemas de tratamiento de aguas residuales a base de plantas se implementaron en los países europeos a principios del año 1960, utilizando juncos o carrizos. Desde entonces, los sistemas de fitorremediacion acuática se han perfeccionado y diversificado y su aceptación y aplicación cada vez es mayor. La fitorremediacion acuática tiene la ventaja de que se pueden remover, in situ, diferentes tipos de metales que se hallen con bajas concentraciones en grandes volúmenes de agua. 9 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Se ha demostrado que estos sistemas pueden remover eficientemente fosfatos, nitratos, fenoles, pesticidas, metales pesados, elementos radiactivos, fluoruros, bacterias y virus, de aguas residuales municipales, agrícolas e industriales, incluyendo las industrias: lechera, de pulpa y papel, textil, azucarera, de curtiduría, de destilería, aceitera, de galvanizado y metalurgia.(Núñez. López, 2004). Las técnicas de fitorremediacion se caracterizan por ser una práctica de limpieza pasiva y estéticamente agradable que aprovechan la capacidad de las plantas y la energía solar para el tratamiento de una gran variedad de contaminantes del medio ambiente (EPA, 1996). En esta técnica las plantas actúan como trampas o filtros biológicos que descomponen los contaminantes y estabilizan las sustancias metálicas presentes en el suelo y agua al fijarlos en sus raíces y tallos, o metabolizándolos tal como lo hacen los microorganismos para finalmente convertirlos en compuestos menos peligrosos y más estables, como dióxido de carbono, agua y sales minerales (Peña, 2001). Uso de humedales - Fitorremediacion Las aguas residuales han representado un problema para lahumanidad desde tiempos muy remotos, principalmente porsu impacto negativo sobre la salud humana y el medioambiente; sin embargo, existe una amplia gama de opcionespara el tratamiento de aguas residuales. Una de ellas hatenido mucha aceptación en Estados Unidos y Europa, porsus beneficios adicionales sobre la vida silvestre y elembellecimiento de áreas. Este tratamiento se da enhumedales, que pueden ser artificiales o naturales, y dondeel tratamiento se da por medio de plantas, lo que se conocecomo fitorremediacion. Muchos de los atributos que tienen los humedales naturalesse pueden alcanzar con humedales construidos paratratamientos de aguas residuales.Algunos de los beneficios que tienen los humedales son: - Representan una fuente de alimentación y hábitatpara vida silvestre. - Permiten un mejoramiento de la calidad del agua. - Son una protección contra inundaciones. - Representan un control contra la erosión. - Brindan recreación y embellecimiento. 10 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Un ejemplo de humedales para tratamiento de aguasresiduales se encuentra en la empresa Eastern ProduceKenya, que se dedica a la producción y procesamiento de téen Kenia. Las aguas residuales provenientes de esta industria es enviada a un sistema de lagunascon una gran diversidad de plantas. Este sitio se haconvertido en una zona de descanso para los trabajadores yen un ecosistema importante para la fauna local y migratoria. (Naranjo. A, 2010) Nutrientes que eutrofizan las aguas Los nutrientes que más influyen en este proceso son los fosfatos y los nitratos. En algunos ecosistemas el factor limitante es el fosfato, como sucede en la mayoría de los lagos de agua dulce, pero en muchos mares el factor limitante es el nitrógeno para la mayoría de las especies de plantas. En los últimos 20 o 30 años las concentraciones de nitrógeno y fósforo en muchos mares, lagos y lagunas casi se han duplicado. La mayor parte les llega por los ríos. En el caso del nitrógeno, una elevada proporción (alrededor del 30%) llega a través de la contaminación atmosférica. El nitrógeno es más móvil que el fósforo y puede ser lavado a través del suelo o saltar al aire por evaporación del amoniaco o por desnitrificación. El fósforo es absorbido con más facilidad por las partículas del suelo y es arrastrado por la erosión o disuelto por las aguas de escorrentía superficiales. En condiciones naturales entra a un sistema acuático menos de 1Kg de fosfato por hectárea y año; con los vertidos esta cantidad aumenta en cantidades considerables. Durante muchos años los jabones y detergentes fueron los principales causantes de este problema. En las décadas de los 60 y 70 el 65% del peso de los detergentes era un compuesto de fósforo, el tripolifosfato sódico, que se usaba para "sujetar" (quelar) a los iones Ca, Mg, Fe y Mn, de esta forma se conseguía que estos iones no impidieran el trabajo de las moléculas surfactantes que son las que hacen el lavado. Estos detergentes tenían alrededor de un 16% en peso de fósforo. El resultado era que los vertidos domésticos y de lavanderías contenían una gran proporción de ion fosfato. (Tecnun, 2010). 11 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Fases en el proceso de Eutrofización La eutrofización de las lagunas es un fenómeno que aparece lentamente y afecta a la totalidad de una isa de agua. Consiste en una verdadera contaminación, por un aporte excesivo en las aguas de la laguna de elementos fertilizantes, principalmente nitratos y fosfatos, que provienen de las actividades humanas (ciudades, industria, agricultura). Al aumentar los nutrientes presentes en el agua, las algas que forman el plancton se sobrealimentan y empiezan a aumentar a gran velocidad. En un primer momento, el aumento de algas puede parecer beneficioso, teniendo en cuenta que los vegetales constituyen el primer eslabón de la cadena alimentaria, pero en realidad no es así. Las fases que se producen en un proceso de eutrofización de una laguna podemos resumirlas en: La proliferación de las algas en superficie disminuye la transparencia del agua y como sólo los vegetales situados en la superficie pueden realizar la fotosíntesis, mueren los situados en las zonas más profundas. Al aumentar los vegetales, consumen oxígeno, provocando la disminución de éste en el agua, desapareciendo los peces que necesitan aguas bien oxigenadas, como las truchas y otros salmónidos. El proceso de eutrofización se acelera cuando la materia vegetal producida en grandes cantidades va muriendo y cayendo al fondo. Su descomposición por los microorganismos consume también gran cantidad de oxígeno; la desaparición del oxígeno en el fondo provoca la aparición de bacterias que no necesitan oxígeno para respirar (anaerobias), pero que producen gases malolientes (sulfuro de hidrógeno, amoníaco). En la última fase se produce la muerte de todos los animales. La Laguna muere. (Peña. Aranda, 2008). Efectos Generales de la Eutrofización Las algas que se desarrollan en el agua se diferencian de los animales microscópicos en la manera de respirar: las algas liberan mas oxigeno durante el día que el que utilizan, y absorben más dióxido de agua que liberan; mientras los animales microscópicos y otros organismos no fotosintéticos liberan dióxido de agua y absorben oxigeno del ambiente. Las algas normalmente trabajan de forma contraria durante la noche, actuando como materia orgánica muerta y añadiendo carga DBO. 12 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Es importante considerar cualquier acción de eliminación de algas del agua, el oxigeno suministrado mediante la fotosíntesis es beneficial en los cuerpos de agua, así que la eliminación de esta fuente de oxigeno puede ser perjudicial y por lo tanto hay que realizar una valoración. (Lenntech, 2011) Los efectos principales de la eutrofización se resumen de la siguiente manera: - La diversidad de las especies disminuye y la flora y fauna cambia - La biomasa de plantas y animales incrementa - La turbidez incrementa - El nivel de sedimentación aumenta, disminuyendo la durabilidad o provocando la colmatación del lago - Se pueden generar condiciones anoxicas Debido a la alta concentración de organismos en sistemas eutróficos, normalmente existe mucha competitividad de recursos y presión de depredadores. Este alto nivel de competitividad y a veces la alta dosis de compuestos químicos y elementos físicos provocan una difícil supervivencia de los organismos en estos sistemas eutróficos frente a sistemas oligotróficos. (Lenntech, 2011) Crecimiento excesivo de macrofitas acuáticas El aumento de los niveles de nutrientes en el agua puede ser una fuente de producción primaria, además de algas y cianobacterias. Las zonas litorales donde generalmente existe zonas enriquecidas con exceso de nutrientes normalmente se colmatan con plantas acuáticas macrofiticas que crecen en exceso. Esto puede influir en las actividades recreacionales e industriales y alterar la estructura de la red alimenticia. El excesivo crecimiento de fitoplancton y plantas microscópicas en el agua crea problemas de deterioro del paisaje y reduce el valor del agua como recurso recreacional.(Lenntech, 2011) 13 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Desaparición del oxigeno en capas profundas del agua El oxigeno es necesario para la vida del planeta, a excepción de cierto tipo de bacterias. Por eso la desaparición del oxigeno en los lagos es un problema grave que puede ser consecuencia de la eutrofización de las aguas: esto es un aumento de la producción de materia orgánica, axial que mas materia se acumulan en las capas profundas, consumiendo el oxigeno disponible. Esto provoca a su vez la limitación del crecimiento de ciertos organismos que dependen de las concentraciones de oxigeno para supervivencia. Puede afectar a la pesca de ciertas especies cuya actividad queda afectada por las condiciones anoxicas de los lagos. Esto puede ser un fenómeno grave en ciertas estaciones del año.(Lenntech, 2011) 1.3. Formulación del Problema 1.3.1. Problema Principal La eutrofización generada por los altos niveles de nitratos y fosfatos que facilita el proceso de la fotosíntesis afectando la calidad del agua y al ecosistema acuático. 1.3.2. Problemas Específicos - Como la eutrofización influye en el nivel de concentración de oxigeno en la laguna - Como la falta de un tratamiento fitorremediador puede afectar el ecosistema de la laguna de los Pantanos de Villa. 1.4. Delimitación de la Investigación 1.4.1. Delimitación Espacial La investigación a desarrollar se realizará en la laguna ubicada dentro de los límites del Área Natural Protegida Pantanos de Villa en el Distrito de Chorrillos, Provincia de Lima, Departamento de Lima, Peru. 14 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 1.4.2. Delimitación Temporal La problemática de la eutrofización en la Laguna de los Pantanos de Villa se ve incrementada entre los meses de Julio y Agosto, y disminuyendo parcialmente en entre los meses de Marzo y Abril. 1.4.3. Delimitación Cuantitativa Se considera un tiempo aproximado desde la delimitación del área de estudio, siembra de Jacinto de agua, crecimiento parcial, toma de muestras y análisis de resultados que comprende de 3 a 4 meses dependiendo de la estación del año en que se inicio el proyecto. 2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION 2.1. Objetivo General Reducir la Eutrofización presente en la Laguna mediante la fitorremediacion con la especie macrófita Jacinto de Agua (Eichhornia crassipes). 2.2. Objetivos Específicos - Demostrar que la eutrofización disminuye la concentración del oxigeno en la Laguna. - Determinar la necesidad de aplicar un tratamiento fitorremediadorpara mejorar la calidad del agua de la Laguna de los Pantanos de Villa. 3. JUSTIFICACION, IMPORTANCIA Y LIMITACIONES DE LA INVESTIGACION 3.1. Justificación de la Investigación El comportamiento antrópico que altera la calidad de las aguas desde los canales de los pantanos, afecta directamente a la laguna; es por ello que surge la necesidad de utilizar un tratamiento biológico, que permita reducir los niveles elevados de materia orgánica y aumentar el nivel de oxigeno ocasionado por la eutrofización. Este fenómeno de Eutrofización va a provocar la alteración del ecosistema en el Área Natural Protegida ya que los microorganismos, peces, especies acuáticas y hasta las aves migratorias y residentes de la zona van a sufrir las consecuencias por el deterioro de la calidad del agua de los Pantanos de Villa. 15 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Este problema ocasionado por las mismas actividades de la zona y la falta de manejo y control de sus efluentes y residuos sólidos van a originar un foco infeccioso capaz de traer consigo enfermedades patógenas a la población del área de influencia directa. Es por todo ello que surge el interés en aplicar una tecnología sustentable a través de la fitorremediacion, un tratamiento biológico capaz de solucionar el problema presente en la laguna, el mismo que podría servir como fuente de investigación para invertir en proyectos viables y compatibles con el medio ambiente. 3.2. Importancia de la Investigación Es de vital interés que se demuestre que la aplicación de la Fitorremediacion como sistema de tratamiento va a ser la base fundamental para lograr combatir la eutrofización presente en los Pantanos, mejorando la calidad del agua, del ecosistema acuático y de esta manera evitar posibles problemas a la salud de la Población; comprobando que la aplicación de medidas sostenibles como está puede servir de gran ayuda para este tipo de problemas presentes en la laguna del Área Natural Protegida Pantanos de Villa. 3.3. Limitaciones de la Investigación - En la actualidad existe un vacío legal en cuanto a las sanciones que se deberían aplicar a los propietarios de las chancherías, establos o dueños de empresas privadas y comerciales que contaminan los canales alimentadores de los Pantanos de Villa, la falta de una normativa exigente para la preservación de la Áreas Naturales Protegidas en nuestro país también es una de las principales limitantes. - Otra situación también de gran importancia es la falta de interés por parte de las instituciones públicas y privadas en invertir en este tipo de investigaciones que pueden servir de mucho para el desarrollo del tratamiento biológico en nuestro país. Si existiera un compromiso por estas entidades de implementar este tipo de tecnología limpia, se podría trabajar con programas de sensibilización a la población la cual propicie gradualmente tomar una conciencia ecológica y ambiental. 16 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 4. MARCO TEORICO 4.1. Antecedentes de la investigación Las potencialidades de esta planta fueron descubiertas por Sir Albert Howard en 1920. Este brillante científico especializado en agricultura, realizó estudios sobre la planta en India y publicó artículos relacionados con el aprovechamiento de ésta en la depuración de aguas residuales, usos derivados como abono orgánico y alimento para ganado porcino. (Guerra. L ; Hernández.J, 2009) Investigaciones han comprobado que la fitorremediacion con Jacinto de agua es una tecnología viable para la depuración de aguas residuales, especialmente si éstas son de origen industrial, y puede llegar a tener un gran futuro en países en vías de desarrollo que tengan climas tropicales o subtropicales, donde las condiciones económicas de estos proyectos (necesidades de terreno, relativamente menores costes de instalación, operación y mantenimiento), pueden ser determinantes a la hora de emprender o no la depuración de los efluentes industriales, si a este punto adicionamos las condiciones climáticas que favorecerían los rendimientos, tendríamos una interesante posibilidad de solución. (España. J, 2006) Un aporte elevado de nitrógeno y fósforo en los sistemas acuáticos propicia un desarrollo masivo de los consumidores primarios de estos nutrientes; zooplacton, fitoplancton y plantas superiores. Estas poblaciones acaban superando la capacidad del ecosistema acuático, pudiendo llegar a disminuir en grandes cantidades la masa del agua.(Seoanez.M, 2000) El desarrollo del presente trabajo profesional Fitorremediacion para la Reducción de la Eutrofización en la laguna del Área Natural Protegida Pantanos de Villa, Chorrillos;tuvo como unas de sus bases teóricas principales la investigación realizada en la Universidad Técnica de Ambato Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos - Ingeniería Bioquímica enel Ecuador en la cual se realizaron estudios que demostraban que la presencia de la planta Jacinto de Agua (también llamada Lechugin) para la aplicación de la fitorremediacion en humedales tenían un efecto positivo en la mejora de la calidad del agua, en este caso por la presencia de contaminantes provenientes de actividades industriales y domesticas tal como se detalla a continuación: 17 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Fitorremediacion de las aguas del canal de riego Latacunga-Salcedo-Ambato mediante humedales vegetales Las aguas del río Cutuchi, Provincia de Cotopaxi, Ecuador, están altamente contaminadas ya que en todo su cauce desde el sector de Laso recibe efluentes de aguas servidas, fábricas, establos, hospitales, mataderos, entre otros, sin ningún tratamiento previo, para luego formar el canal de riego agrícola Latacunga-Salcedo- Ambato a partir del sector sur de la ciudad de Latacunga. Ante la problemática existente el Objetivo General planteado fue el de realizar un estudio de fitorremediacion en las aguas del canal de riego mediante humedales vegetales y de esta manera determinar los niveles de los contaminantes físicos- químicos y microbiológicos de las aguas del canal Latacunga–Salcedo–Ambato al diseñar un humedal utilizando la planta macrófita “lechuguín” (Eichhornia crassipes) para la fitorremediacion de las aguas del canal. Los parámetros analíticos evaluados fueron: Turbidez; pH; conductividad eléctrica; sólidos suspendidos totales; sólidos sedimentables; dureza total; sulfatos; nitratos; amonio; DBO5; DQO; coliformes fecales; coliformes totales; materia orgánica. En el análisis de validación final se consideró además cromo hexavalente y plomo. La toma de las muestras se ejecutó bajo modalidad convencional y los análisis fueron realizados en los laboratorios Cestta-Espoch, acreditados por el Organismo de Acreditación Ecuatoriano (OAE). Los resultados de los análisis de las aguas fueron confrontados con los Valores límites de descarga a un cuerpo de agua dulce del Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria (TULAS), los datos registrados en la investigación fueron tratados estadísticamente mediante el paquete computarizado Statgraphics Plus. Los resultados de los análisis físico-químicos y microbiológicos del agua se contrastaron con los límites máximos permisibles establecidos por la legislación ambiental vigente. Al examinar los resultados obtenidos en la investigación se pudo evidenciar la disminución de la concentración de los contaminantes del agua del canal especialmente en el caso del humedal con “lechuguín”. (Pozo. Yépez /Velastegui.Sanchez; 2011) 18 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 4.2. Marco Teórico Refugio de vida silvestre pantanos de villa Es un área natural protegida que se encuentra en el litoral del distrito de Chorrillos al sur de la ciudad de Lima, Perú. Estos humedales naturales constituyen una reserva natural, que permite la anidación y el tránsito de aves migratorias y residentes. Es un sitio natural con abundancia en flora y fauna, perteneciente al Sistema Nacional de Áreas Naturales Protegidas del Estado-SINANPE, a cargo desde el 2008 del Servicio Nacional de Áreas Naturales Protegidas - SERNANP, organismo público descentralizado del Ministerio del Ambiente, parcialmente administrado por iniciativa propia por PROHVILLA, organismo de la Municipalidad Provincial de Lima. Localización - Situación, se sitúa al sur de Lima y forma parte del distrito de Chorrillos de la provincia de Lima. - Extensión, el área total ocupado por los Pantanos de Villa abarca aproximadamente unos 2.000 hectáreas; de las cuales 285 hectáreas pertenecen a los humedales, es decir permanecen inundados. 263,27 Há sido categorizado por D.S. 055-2006-AG, como Refugio de Vida Silvestre Pantanos de Villa y 276 hectáreas corresponden al Area Natural Protegida Municipal. - Accesibilidad, para acceder a Los Pantanos de Villa se toma la antigua Panamericana Sur, vía principal que atraviesa el mencionado pantano y seccionael pantano en dos zonas, por medio de transportes masivos. - Altitud, los Pantanos se encuentran a una altitud promedia de 0 a 15 metros sobre el nivel del mar. - Límites, hacia el norte se encuentra el Morro Solar, hacia el Este, las viviendas levantadas sobre la parte baja de las colinas, hacia el sur la zona industrializada, actualmente ocupada por fábricas, además de la sede de la UCSUR y hacia el oeste se encuentra el mar y el Country Club de Villa. 19 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Actividad El pantano tiene una actividad de defensa natural; puesto que la construcción de viviendas en áreas próximas, origina la reducción del agua del pantano al colocar el cemento para la construcción de las mismas; no obstante las características propias del pantano originan que en muchos casos estas casas o viviendas hayan sido casi enterradas. Sin embargo ni por esta razón se ha podido evitar la agresiva actividad del hombre por ganar terreno para construir viviendas y fábricas en un terreno inestable como es el de los Pantanos de Villa. Analogía Para aplicar este principio se tiene que hacer una comparación con otros humedales, otros sistemas que estén en la misma categoría. Ejemplo; podemos compararlo con Las Salinas de Huacho, Laguna de Mejía, Laguna de La Chira, La Albufera de Medio Mundo, entre otros; los cuales son humedales similares a los pantanos, es decir al igual que éste ocupan la misma categoría sistémica que corresponde al grupo de los humedales. En términos comparativos se infiere que la flora y fauna son similares, con ligeras variaciones. Luego de aplicar los principios geográficos de manera muy sucinta se describen algunas formas de relaciones que se dan entre sistemas y subsistemas. Para facilitar el trabajo se clasifican a todos los elementos presentes en el pantano, en dos grandes sistemas; sistema biótico, el sistema abiótico y como un tercer elemento la interacción del hombre. El sistema abiótico, en este caso está formado por el agua, con todos sus elementos. El suelo que sirve de soporte para este humedal; el cual está formado por arcilla, sales, arena, rocas sedimentarias y canto rodado. La atmósfera, los rayos solares y los fenómenos climáticos que tienen lugar en la zona. El sistema biótico, Una diversidad de flora y fauna. La flora característica del lugar está formada básicamente por: totoras, junco y algunas gramíneas como la grama salada, que predomina por su adaptabilidad a los suelos salados. La fauna característica del lugar lo constituyen más de 250 especies de aves (polluelos de agua, patos zambullidores, águilas, pelícanos, etc.); de los cuales 30 especies son migratorias, (gaviotas, garzas blancas, parihuanas, etc.) que periódicamente migran desde Alaska, 20 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS de regiones andinas y de otros lugares, una diversidad de insectos como: las mariposas, las mariquitas, mosquitos; algunos reptiles, roedores; peces como la tilapia entre algunos otros. Dentro del pantano hay múltiples relaciones e interrelaciones en constante actividad que se dan entre los elementos bióticos y abióticos. Pero, existen otras relaciones que se dan dentro del mismo sistema, inclusive hay relaciones que se dan dentro de los distintos subsistemas como lo veremos luego. Las plantas, aves, insectos y demás especies vivientes aprovechan el aire que proporciona la atmósfera. La relación flora y fauna también se da de múltiples maneras; los colibríes y los insectos actúan como medios de polinización del junco, la totora, etc.; algunas especies animales se alimentan de algunas plantas del lugar Además hay relaciones múltiples dentro de la misma flora y fauna, esto es más evidente en la fauna, como es el caso de los depredadores, carnívoros, etc.; (el águila se alimenta de tilapias) El suelo provee arcilla, minerales, sales; elementos necesarios para el desarrollo de la flora. Además de ello los suelos sirven de soporte del pantano y las plantas. El hombre también lo aprovecha, cuando construye viviendas en los alrededores. El agua crea las condiciones necesarias para la vida. Actúa como ente reguladora del clima reteniendo el calor y de esta manera mantiene una adecuada temperatura. Sirve como medio de desplazamiento para las aves y los peces. Transporta sedimentos que son buenos para el crecimiento de las plantas. Por otro lado, está la actividad del hombre con la intención de disecar el pantano con la finalidad de aprovechar los suelos, ya sea construyendo viviendas, fábricas o clubes. A través de bombas extrae el agua y las canaliza, de esta manera trata de mantener el nivel de agua de la zona. El problema radica en que toda esta actividad humana se da de manera improvisada, pues, se rellena los pantanos con desmontes, residuos contaminantes, los cuales atentan de manera más agresiva contra la flora y fauna. El Estado participa en su cuidado y protección, siendo el SERNANP el ente rector y autoridad nacional de las áreas naturales protegidas el encargado de su gestión, monitoreo y control. Además participan diversos organismos locales (Municipalidad de 21 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Chorrillos y Municipalidad de Lima), entre otros, sin embrago su participación no es suficiente para la protección adecuada dado que Los Pantanos de Villa se encuentran en un abandono casi total. Cuando se les pide explicaciones, de la situación de este pantano, a las autoridades de estas instituciones se derivan las funciones entre ellas, estas instituciones, o más bien quienes las representen, se pongan de acuerdo y pongan fin al abandono y descuido del pantano. El SERNANP ha iniciado una serie de una serie de coordinaciones y acciones orientadas a mejorar la gestión del área, con la activa participación de las autoridades locales, organismos privados académicos y empresariales y la población en general.Seria conveniente que entre las entidades encargadas coordinen acciones concretas y efectivas que conduzcan a revertir la situación actual. (PROHVILLA, Área técnica, 2011). Importancia del Refugio de Vida Silvestre - Importancia económica:Algunos pobladores aprovechan la totora que crece en los pantanos para elaborar canastos, bolsos y algunos otros artículos decorativos. Es una pequeña fuente de turismo; existe programas de visitas guiadas a cargo del Area de Ecoturismo para la recepción algunos turistas y estudiantes. - Importancia didáctica: Los Pantanos de Villa sirven como una pequeña fuente de investigación para estudiantes de los distintos colegios de Lima y de algunas universidades de la especialidad. - Importancia ecológica: Conserva una biodiversidad de especies. Es un hábitat natural muy importante en nuestro medio que puede servir a generaciones para que puedan apreciar de cerca un ecosistema. También actúa como un pulmón de la agitada ciudad, purificando el aire. Descripción del Fenómeno de Eutrofización El término Eutrofia, se originó a partir del adjetivo alemán eutrophe, el cual refería a la riqueza de nutrientes en una cierta región; Naumann (1919), fue quien introdujo el concepto general de Oligotrofia y Eutrofia, tomando como referencia la poca o gran existencia de algas planctónicas en el lugar de estudio, donde el primer término refería a los lagos que contenían pocas algas planctónicas en una región dominada por rocas primarias; un lago Eutrófico, era todo lo contrario, ya que el mismo contenía una gran riqueza en fitoplancton, en regiones bajas y fértiles, donde existía una gran actividad 22 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS humana El fenómeno de eutrofización se da principalmente en aguas superficiales, en los grandes reservorios (lagos y lagunas), y últimamente en ríos que atraviesan ciudades. Originalmente, la eutrofización se consideraba como un proceso natural, que se llevaba a cabo durante millones de años, en el cual un lago o pantano recibía los aportes de su cuenca de drenaje, los mismos que consistían en nutrientes, sedimentos y otros materiales alóctonos, con el tiempo sucedía que el sistema acuoso del lago se transformaba en una ciénaga, la cual al consolidarse se convertía en un sistema terrestre. Este proceso toma lugar en cientos de miles de años y es irreversible. Actualmente es posible hablar de una “Eutrofización Cultural”, determinada por la intervención del hombre, el cual debido a su necesidad de extensión transforma su entorno. Las descargas de aguas servidas por ejemplo, son una de las más antiguas causas de la eutrofización cultural, ya que estas son ricas en nutrientes contribuyendo al cambio trófico cuerpo receptor; otro ejemplo son los excesos de fertilizantes, los cuales son ricos en fósforos, sean estos naturales o químicos. La deforestación también influye en la carga de nutrientes, ya que los escurrimientos al pasar por una tierra que no tiene protección, “lavan” la capa fértil y se llevan consigo los nutrientes de la misma.(PROHVILLA, Área técnica, 2011). Fuentes de eutrofización - Eutrofización natural.- La eutrofización es un proceso que se va produciendo lentamente de forma natural en todos los lagos del mundo, porque todos van recibiendo nutrientes. Eutrofización de origen humano.- Los vertidos humanos aceleran el proceso hasta convertirlo, muchas veces, en un grave problema de contaminación. Las principales fuentes de eutrofización son: Los vertidos urbanos, que llevan detergentes y desechos orgánicos y los vertidos ganaderos y agrícolas, que aportan fertilizantes, desechos orgánicos y otros residuos ricos en fosfatos y nitratos. (PROHVILLA, Área técnica, 2011). Medida del grado de eutrofización Para conocer el nivel de eutrofización de un agua determinada se suele medir el contenido de clorofila de algas en la columna de agua y este valor se combina con 23 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS otros parámetros como el contenido de fósforo y de nitrógeno y el valor de penetración de la luz. (TECNUN, 2010) Especie Macrófita Jacinto de Agua - Nombre científico o latino: Eichhornia crassipes - Nombre común o vulgar: Jacinto de agua, Camalote, Lampazo, Violeta de agua, Buchón, Taruya, Lirio de agua, lechuga de agua, lechuguín. - Familia:Pontederiaceae (Pontederiáceas). - Origen: cursos de agua de la cuenca del Amazonas, en América de Sur. - Se han distribuido prácticamente por todo el mundo, ya que su aspecto ornamental originó su exportación a estanques y láminas acuáticas de jardines en climas templados y cálidos. - Especie flotante de raíces sumergidas. Carece de tallo aparente, provisto de un rizoma, muy particular, emergente, del que se abre un rosetón de hojas que tienen una superficie esponjosa notablemente inflada en forma de globo que forma una vejiga llena de aire, mediante la que el vegetal puede mantenerse sobre la superficie acuática. - Composición: Así como las algas, la hierba del lecho del río y demás plantas acuáticas, el Jacinto de agua tiene un alto contenido de agua entre 93 y 95%. Esta composición varía dependiendo del medio en el cual crezca la planta. Cuando hay escasez de elementos fertilizantes, se inhibe el crecimiento de la planta. Por el contrario, en abundancia de nutrientes, la planta se desarrolla a su máximo límite, adquiriendo un intenso color azul-verdoso. Para realizar el análisis de la composición del Jacinto de agua se tomaron dos muestras, la primera (1) de un estanque pobre en nutrientes y la segunda (2) de una corriente lenta en donde las sales tienden a acumularse. En los anexos del presente estudio de pueden apreciar las fotografías de los Jacintos de Agua de la zona. Ventajas y Desventajas del Uso de Jacinto de Agua Los estanques de Jacinto de agua son una tecnología viable para la depuración de aguas residuales, especialmente si éstas son de origen industrial, y puede llegar a tener un gran futuro en países en vías de desarrollo que tengan climas tropicales o subtropicales, donde las condiciones económicas de estos proyectos (necesidades de terreno, relativamente menores costes de instalación, operación y mantenimiento), 24 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS pueden ser determinantes a la hora de emprender o no la depuración de los efluentes industriales, si a este punto adicionamos las condiciones climáticas que favorecerían los rendimientos, tendríamos una interesante posibilidad de solución. Ventajas Los estanques de Jacinto de agua es técnica económicamente factible para tratar efluentes industriales por varias razones: - Son menos costosos que otras opciones de tratamiento. - Los gastos de operación y mantenimiento son bajos. (energía y suministros) - La operación y mantenimiento no requiere un trabajo permanente en la instalación. - Los estanques soportan bien las variaciones de caudal. - Facilitan el reciclaje y la reutilización del agua. - Proporcionan un hábitat para muchos organismos. - Pueden construirse en armonía con el paisaje. - Proporcionan muchos beneficios adicionales a la mejora de la calidad del agua, como el ser un hábitat para la vida salvaje y un realce de las condiciones estéticas de los espacios abiertos. - Son una aproximación sensible con el medio ambiente que cuenta con el favor del público. Desventajas - Generalmente requieren grandes extensiones de terreno, comparado con los tratamientos convencionales. El tratamiento con estanques de Jacinto de agua puede ser relativamente más barato que otras opciones, solo en el caso de tener terreno disponible y asequible. - El rendimiento del sistema puede ser menos constante que el de un proceso convencional porque depende de los cambios en las condiciones ambientales, incluyendo lluvias y sequías. - Los componentes biológicos son sensibles a sustancias como el amoniaco y los pesticidas que llegan a ser tóxicos. - Se requiere una mínima cantidad de agua para que sobrevivan, pero no soportan estar completamente secos. - - - AUTOR: LI Si no se c pueden s estanque - Obstruir lo - Exceder la cohabitan - Convertirs dañinas q Ventajas En el cua ofrece la (Núñez. L Fuente: Polpr ISETH AYUN controla la sobrevenir u como para os canales d a cantidad tes sin posi se en refu ue pueden y Desventa adro a cont fitorremed ópez, 2004) Cuadro rasert, 1996; Bro NI CAMPOS expansión una serie el medio am de flujo de c máxima de ibilidades d gio optativ generar un ajas de la F tinuación se iacion, en 4). o N°1: Venta ooks, 1998; Ras del Jacinto de eventos mbiente, ta corrientes d e nutrientes e subsisten vo para pla desequilib Fitorremed e detallan comparaci ajas y Desv skin y Ensley, 2 o de agua s s perjudicia les como: de agua. s requeridos ncia. agas, roed rio en el eco diacion las principa ón con otr entajas de l 2000. sobre la sup ales tanto s, dejando ores, depr osistema. ( ales ventaja ras tecnolo a Fitorreme perficie del para la din a las demá edadores y Soto. Bayó, as y desve ogías conve ediacion 25 estanque, námica del ás especies y especies , 2007) entajas que encionales. 5 , l s s e . 26 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 4.3. Marco Conceptual Algas:Las algas, igual que los hongos, son inmóviles, protistas, con pared celular, algunas son unicelulares y otras son filamentosas o coloniales, tienen estructura similar a plantas con crecimiento multicelular pero no tienen diferenciación real entre las células. La mayoría de ellas son acuáticas, aunque hay géneros que crecen en el suelo. El dióxido de carbono (CO2) y/o aniones bicarbonatados (HCO–3) sirven como fuente de carbono para el crecimiento, por lo que la energía proviene de la adsorción de la luz por pigmentos fotosintéticos, dando como producto el oxígeno. (Guerra. L, 2009). Su importancia en los suelos es más conocida, salvo en medios extremos: helados o tórridos, donde pueden ser abundantes. En estas situaciones forman a modo de costras que impiden los procesos de erosión y evaporación. Eutrofización: Tipo de contaminación que se produce en los lagos donde el agua se enriquece de manera artificial con nutrientes generando el crecimiento anormal de las plantas acuáticas y por ende la disminución del oxígeno en las aguas más profundas, lo cual causan la muerte de especies acuáticas del lugar. Laguna Artificial: Define a aquel cuerpo de agua que no proviene de la naturaleza sino una representación de laguna hecho por el hombre, el cual escava metros bajo tierra hasta una profundidad 3 a 5 metros aproximada y es rellenada por agua características del lugar de origen donde se quiera colocar. Planta Macrófita:Las plantas macrófita (también llamadas plantas hidrofíticas o hidrofitas o plantas hidrofilaceas o higrofitas) son plantas adaptadas a los medios muy húmedos o acuáticos. Estas plantas pueden encontrarse tanto entre las algas como entre los vegetales vasculares: briófitos, y angiospermas (familia de las Monocotiledóneas y de las Dicotiledóneas). Su adaptación al medio acuático es variable. Se pueden encontrar diferentes grupos de plantas: unas totalmente sumergidas, otras, las más numerosas, parcialmente sumergidas o con hojas flotantes. (Guerra. L, 2009). 27 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Fitorremediacion: El término genérico «fitorremediacion» está constituido por un prefijo griego phyto, que significa planta, y un sufijo latino remedium, que significa eliminar algo pernicioso. La fitorremediacion constituye una variación de las técnicas de biorremediacion, pero se concreta en el uso de plantas verdes y los microorganismos asociados a ellas, así como las enmiendas del suelo y técnicas agronómicas dirigidas a liberar, contener, o transformar en compuestos inocuos a los contaminantes del suelo o del agua. La fitorremediacion es una tecnología emergente en el tratamiento de la contaminación, su aplicación es cada vez mayor y sus resultados se están valorando como muy positivos. La utilización de técnicas, en campo, con plantas herbáceas, gramíneas, vegetación arbórea y algunos mutantes transgénicos, pone de manifiesto que la fitorremediacion empieza a ser una tecnología competitiva en la recuperación de suelos contaminados. (Bernal.P, 2007). Biorremediacion: Esta técnica se basa en favorecer los procesos microbiológicos que de una forma natural se producen en el suelo o en el agua y que conllevan la degradación de los contaminantes. El objetivo final es conseguir la mineralización de los contaminantes, esto es, transformar los compuestos químicos nocivos en compuestos inocuos, tales como dióxido de carbono, agua, o materia celular. Los microrganismos están presentes en los medios naturales y son responsables de la mayor parte de los ciclos de compuestos como carbono, nitrógeno, azufre y fósforo. Todos estos microrganismos juegan un papel muy importante en los procesos de biorremediacion. (López. La Fuentes, 2005) Monitoreo Ambiental: En la actualidad, el monitoreo ambiental es una gran herramienta para el análisis de un contaminante, como son monitoreo de efectos biológicos con ensayos de toxicidad, monitoreo biológico de campo y medición de parámetros químicos convencionales en descargas y cuerpos receptores, cada uno de estos aplica tecnologías distintas para poder analizar la carga contaminante en distintos medios. Parámetros Fisicoquímicos: Llamamos parámetros a las propiedades físico químicas que podemos medir y que aportan al agua las características que nos interesan para determinar su calidad cuando son alteradas por contaminante siendo los principales la T°, pH, OD, conductividad, DBO entro otros. 28 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 5. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION 5.1. Hipótesis de la Investigación 5.1.1. Hipótesis General Es posible la reducción de la eutrofización mediante la fitorremediacion. 5.1.2. Hipótesis Especificas Es posible que la eutrofización disminuya la concentración de oxigeno en la Laguna. Es posible aplicar un tratamiento fitorremediador para mejorar la calidad del agua de la Laguna. 5.2. Variables e Indicadores 5.2.1. Variable Independiente (X) La continua descarga de residuos sólidos y efluentes domésticos e industriales a los canales que alimenta a las lagunas de los Pantanos de Villa, serán la razón principal para analizar las variables independientes, dentro de las cuales se detallan las siguientes: Variables Externas - Concentración de materia orgánica - Concentración de Fosfatos - Concentración de Nitratos - Cantidad de población microbial Variables Internas - Nivel de Oxigeno en el agua - Nivel de transparencia del agua - Nivel de acidez o alcalinidad del agua 29 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 5.2.2. Variable Dependiente (Y) La variable dependiente será la Calidad del agua, la cual se verá afectada por la presencia de la eutrofización en la laguna de los Pantanos de Villa. 5.2.3. Indicadores - Demanda Bioquímica de Oxigeno ( DBO) - Oxigeno Disuelto ( OD) - Nitratos - Fosfatos - Coliformes fecales - Coliformes termo tolerantes - Turbidez - pH 5.3. Tipo y Nivel de Investigación 5.3.1. Tipo de la Investigación Se presenta un tipo de Investigación Pura ya que se está partiendo de otro tipo de investigaciones en los cuales se emplean la fitorremediacion como medida de tratamiento biológico. 5.3.2. Nivel de la Investigación Se presenta un nivel de investigación Explicativa ya que al identificar las causas de la eutrofización se busca encontrar posibles soluciones de cómo mejorar la calidad del agua de La Laguna a través de la fitorremediacion. 5.4. Método y Diseño de la Investigación 5.4.1. Método de la Investigación Se realizará el proyecto en base al método científico aplicando todo lo necesario para conseguir los resultados que se esperan en la ejecución. 30 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 5.4.2. Diseño de la Investigación Para aplicar el tratamiento de la Fitorremediacion en cuerpo de agua como es el caso de la Laguna de los Pantanos de Villa y tomar como especie macrófita remediadora el Jacinto de Agua, se deberá seguir la siguiente metodología: - Escoger la laguna a estudiar y seleccionar una porción de esta para el análisis respectivo, siendo antes delimitada correctamente. - Hacer una limpieza superficial de la eutrofización generada en la zona delimitada donde se realizará la siembra. - Una vez limpiado, realizar el muestreo de aguas con los parámetros escogidos para determinar su calidad actual. - Realizar la siembra adecuada del Jacinto de agua (tiernos) en el área delimitada. - Observar el crecimiento de la planta acuática para ser controlada si es necesario. - Observar y analizar el comportamiento de la materia orgánica una vez sembrado el Jacinto de agua. - Realizar una segunda toma de muestras de los mismos puntos elegidos antes de la siembra. - Realizar una comparación de los resultados obtenidos a través de gráficos comparativos y curvas de comportamiento, tomando en cuenta análisis de la calidad del agua de los años anteriores y obtener respuestas. 5.4.3. Población y Muestra Población En este caso se aplica para los limites dentro del Área Natural Protegida ya que en esta área es la que se quiere mantener el ecosistema equilibrado y conservar en buen estado las características propias del lugar por el bien de las especies acuáticas que habitan ella. Muestra La muestra se realizara en un área aproximada de 40m2 de un total 200m2 de área de la Laguna; para la siembra de los Jacintos de agua; ya que al ser una prueba piloto escoger un área mayor podría generar un riesgo para las especies AUTOR: LI acuátic si no se ISETH AYUN cas del luga e realiza un NI CAMPOS ar por las ca n adecuado Cuadro N°2: aracterística control. Mapa de Ubi as invasivas cación del Ár s que posee rea de Estudi e las planta io Punto encuen laguna estudio analiza 31 as macrófita donde se ntra la a, el área de o que sería ada. a AUTOR: LI Cuadro N°3 ISETH AYUN 3: Vista Sateli Cuad NI CAMPOS ital de la Ubi dro N°4: Vista cación del Á a de la laguna rea de Estud a y área de lo io- Pantanos s Pantanos d de Villa de Villa 32 2 33 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 5.5. Técnicas, Instrumentos y Fuentes de Recolección de datos 5.5.1. Técnicas El seguimiento del comportamiento de la eutrofización y los posibles cambios que se puedan presentar por la presencia del Jacinto de Agua se podrá analizar con la medición de parámetros apropiados mediante muestreos en el área de estudio. Los pasos a seguir son los siguientes: Delimitar primero el área de estudio dentro de la laguna ya que como es análisis experimental no se puede arriesgar a alterar todo el comportamiento de la laguna; por esta razón solo se piensa utilizar 40m2 de 200m2 del área total. Determinar los parámetros principales a utilizar para la medición de los puntos de muestreo, se cree conveniente usar los parámetros principales utilizados en la mayoría de monitoreos de agua. Estos serian en principio el OD, DBO, Nitratos y Fosfatos. Ya que por estudios encontrados se verificó que serian los que indican el exceso de nutrientes o variación en el oxigeno en los cuerpos de agua. Escoger los puntos de muestreo adecuados dentro del área delimitada, los necesarios para obtener buenos resultados de la medición; para la cual se contará con un Laboratorio acreditado por INDECOPI que realice la toma de muestras del lugar. Tomar el primer muestreo de los parámetros ya establecidos anteriormente en el área delimitada antes de la siembra de los Jacintos de agua en el lugar. Realizar el seguimiento del comportamiento del Jacinto de Agua en la Laguna luego de la siembra Tomar entonces las segundas muestras de los parámetros en los mismos puntos escogidos anteriormente. Muestreos Específicos: Para el estudio en cuestión se eligió 4 puntos dentro del área de estudio en la laguna tomando como referencia las salidas y entradas del agua, dirección del viento y caudal para obtener buenos resultados de los análisis. Se vio conveniente sacar muestras del punto de ENTRADA, del punto de SALIDA, de la ORILLA y del CENTRO del área delimitada. Esta laguna se encuentra cerca a 34 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS los puntos de monitoreo 21 y 22 ya establecidos como se muestra en el Cuadro N°2 líneas arriba. Parámetros para aguas superficiales: En cuanto a los parámetros estos son escogidos a través de los estándares de calidad ambiental (ECA´S) para aguas mostrado en la ley general de recursos hídricos los cuales muestran el valor apropiado que indiquen un buen estado de los cuerpos de agua, tanto las ECA`S como los Límites Máximos Permisibles (LMP´S) sirven como indicadoresprincipales para el análisis a realizar. Parámetros Específicos: Se vio conveniente para el estudio de la eutrofización utilizar como mínimo para obtener los resultados necesarios; los parámetros siguientes: - pH - Tº (agua) - Conductividad - Oxigeno Disuelto (OD) - Nitratos - Fosfatos - Demanda Bioquímica del Oxigeno (DBO) Métodos de análisis químicos: Para muestreos de parámetros In Situ ( Temperatura, pH, conductividad) se utilizan equipos ya calibrados con los estándares y limites dados por la EPA, los cuales vienen de fabrica para no tener ningún error a la hora de realizar las mediciones. Para el caso de las muestras en laboratorio, están son realizadas según los Métodos establecidos por la EPA, siendo los descritos en el TechnicalDevelopmentDocumentforthe Final EffluentLimitationsGuidelines and StandardsfortheMeat and PoultryProducts Point SourceCategory, documento oficial de la EPA, en donde se describen los métodos aplicados por cada parámetros de calidad en este caso en Laboratorio Gruentec Perú que son: - Oxigeno Disuelto : EPA 160.1 - Nitratos y Fosfatos: EPA 300.0 - DBO5: SM 5210 B 35 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 5.5.2. Instrumentos y fuentes de recolección de datos La principal fuente de recolección de datos serán obtenidos de las propias oficinas administrativas de los Pantanos de Villa, los cuales facilitaran la base de datos de parámetros obtenidos anteriormente, como también la contratación del laboratorio ambiental para las tomas de muestras necesarias. Se hará el monitoreo de agua en el área de estudio delimitada utilizando equipos de medición in-situ como pH-metro, multiparametro y disco secci, como también toma de muestras en recipientes apropiados para los parámetros a ser analizados en el Laboratorio. Otro instrumento para este proyecto durante su desarrollo serán en base a investigaciones similares obtenidas de libros u páginas de internet actualizadas relacionadas con la aplicación de la fitorremediacion en el agua y el uso de plantas macrófita. 6. CRONOGRAMA El cronograma a continuación muestra el tiempo estimado requerido para realizar el tratamiento de la fitorremediacion en la laguna de los Pantanos de Villa, tomando en cuenta el área de estudio, la cantidad de parámetros y el comportamiento adecuado de los Jacintos de Agua se podrían tener resultados de los cambios en la Eutrofización de la Laguna en aproximadamente 4 meses de trabajo tal como se detalla en el cuadro a continuación: Cuadro N°5: Cronograma de Estudio ACTIVIDADES MES 1 MES 2 MES 3 MES 4 Sem. 1 Sem. 2 Sem. 3 Sem. 4 Sem. 1 Sem. 2 Sem. 3 Sem. 4 Sem. 1 Sem. 2 Sem. 3 Sem. 4 Sem.1 Delimitación del área de estudio X Determinación de los parámetros X Determinación de los puntos de muestreo X Toma de muestras en los puntos de monitoreo establecidos antes de la siembra X Entrega de los resultados de Laboratorio X Siembra de Jacinto de Agua en el área de estudio X Análisis del comportamiento y adaptación del Jacinto de Agua. X X Segunda toma de muestra en los puntos de monitoreo establecidos después de la siembra X Entrega de los resultados de Laboratorio X Evaluación, y Recolección de datos X X X X X X X X Toma de fotografías del proceso X X X X X X X X X X X X X 7. RESULTADOS Tomando como referencia el trabajo de investigación realizado en la Universidad de Ambato en Ecuador y considerando que se utilizo la misma planta Jacinto de Agua (Lechugin) para sus investigaciones en humedales y su repercusión en los canales de agua contaminada por efluentes domésticos e industriales se obtuvo los siguiente: - De los resultados obtenidos en la investigación, los cuales se muestran en el Anexo del presente trabajo profesional; se puede determinar que las aguas del Río Cutuchi, provincia de Cotopaxi, conducidas luego por el canal de riego agrícola Latacunga-Salcedo-Ambato, poseen concentraciones de contaminantes en su mayoría fuera de los valores límite permisibles contemplados en el Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria (TULAS). Entre los valores más significativos están los de Coliformes fecales y totales lo que plantea un serio riesgo para la salud pública por los alimentos que son producidos y lavados en las áreas agrícolas. - La fitorremediacion investigada mediante el humedales de “lechuguín” (Eichhornia crassipes) a dos días de retención de las aguas, estableció que la utilización de estos dispositivos es efectiva, determinándose que el humedal de “lechuguín” es el más aconsejable pues a partir de los 2 días de retención existió ya disminución de lasconcentraciones de contaminantes. Conociendo estos antecedentes, el Área Natural Protegida Pantanos de Villa tomó la iniciativa de realizar una toma de muestras de la calidad del agua de la Laguna eutrofizada delimitando el área de estudio y aplicado la metodología tal como se menciono anteriormente. Según resultados de laboratorio mostrados en el Anexo del presente trabajo profesional se puede analizar lo siguiente: - Inicialmente se corroboró que los instrumentos utilizados para medir la cantidad de OD y demás parámetros se encontraban perfectamente calibrados antes de realizar las muestras respectivas: 38 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS - En cuanto a los resultados del Oxigeno Disuelto ( OD); obtenidos dentro del área de estudio tomado en el Punto 1 ( ENTRADA) arrojaron el valor de 3mg/lt , el cual se encuentra por debajo de los LMP`S mostrados en la Ley General de Recursos Hídricos, el cual indica que el valor mínimo para lagunas y lagos es de 5mg/lt. - La disminución del OD encontrados en este punto se debe particularmente al aumento excesivo de la DBO en la laguna; ya que la relación es inversamente proporcional. Lo que está generando la disminución progresiva del oxigeno necesario para la vida acuática en la laguna. - Según muestran los resultados DBO especialmente los del punto 1 y punto 2 (ENTRADA Y ORILLA) la carga de nutrientes es excesiva como muestran los valores de 16 y 18mg/lt respectivamente. Si bien se encuentran por encima de los LMP`S se consideran parámetro muy altos en comparación con los obtenidos en los otro 2 puntos de muestreos tomados. - Esto se debe principalmente a las actividades que se realizan de manera constante en las zonas aledañas a los pantanos de Villa; como son los criaderos de ganado vacuno y ovino, chancherías, cultivos, arrojo de desmonte (con residuos orgánicos) como también del lavado de autos y ropa por los pobladores. Esto se desarrolla principalmente en los Jr. Granjeros y Ganaderos. Todo lo mencionado va ocasionar el aumento tanto de la DBO y por ende la disminución del OD, como muestran los resultados. - Se observa también, que los canales de alimentación de los espejos de agua de los pantanos de Villa se ven afectados por la descarga excesiva de las aguas servidas generada por los asentamientos humanos lo cual también contribuye al aumento de DBO como también de otro parámetro de vital importancia como son los coliformes fecales y termo tolerantes; estos parámetros tienen una relación directa con el nivel de DBO el cual indica que si hay exceso de DBO también presentaran presencia significativa de CF y CTT en el área de estudio. - Según los resultados entregados se observa que la mayor variación de resultados significativos se muestran en los puntos 1 y 2 de ENTRADA Y ORILLA, esto se debe a que; por ser la entrada el primero en recibir todas las descargas y contaminación generada en los canales estos se 39 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS concentraran en esta zona como también en las orillas, al no a ver mucho movimiento por la acción del viento o aumento del caudal medio de la laguna. 8. CONCLUSIONES En cuanto al Proyecto de Investigación de la Universidad de Ambato de Ecuador se concluyo que el uso de la fitorremediacion para el problema de sus canales de riego es un tratamiento óptimo y eficaz para la contaminación del agua por efluentes domésticos e industriales y que la planta “lechuguín o Jacinto de Agua” se adaptó a las aguas del canal sin ningún contratiempo y el estudio económico realizado determinó que el empleo de estas tecnologías alternativas de descontaminación es de bajo costo y por tanto accesible para agricultores de escasos recursos. En cuanto a los resultados obtenidos por la toma de muestras del área de estudio delimitada en la Laguna de los Pantanos de Villa se menciona que las altas concentraciones de la DBO y del OD en este estudio pueden ser elevados por el exceso de actividades realizadas en esas épocas del año, lo que conlleva a la generación de más contaminantes y nutrientes y por ende al exceso de eutrofización en algunas zonas de los Pantanos de Villa. Con la toma de muestras ya realizadas el Área Natural Protegida Pantanos de Villa inicio con la siembra del Jacinto de Agua dentro del Área de estudio de la Laguna y de esta manera pretende hacer un seguimiento del crecimiento del Jacinto de Agua y de las variaciones de la Eutrofización por la presencia del mismo confirmando de esta manera la hipótesis formulada en este Trabajo Profesional. Como se sabe el efecto regulador que presenta los componentes del Jacinto de agua ayudan a la disminución de contaminantes que llegan a la laguna, a la captación de metales pesados, partículas en suspensión y a la disminución de las algas generadas por la eutrofización. Una prueba de ello se observo a las semanas de realizar la siembra del Jacinto de Agua en la Laguna; donde se pudo notar un ligero cese en el desarrollo de las algas en la zona de estudio, lo cual habría generado el aumento del oxigeno y por ende la presencia de algunospeces ya ausentes por el problema de la Eutrofización. 40 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 9. RECOMENDACIONES Se requiere tomar como referencia otras investigaciones en base a la fitorremediacion en cuerpos de agua y analizar resultados comparativos que permitan precisar las variaciones que se producen y comprueben la eficacia de la tecnología para ser aplicadas en áreas más grandes sin perder el control del tratamiento. Continuar estudios del comportamiento del Jacinto de Agua sembrado en la zona y analizar los cambios en la Eutrofización de la laguna. Es necesario controlar el crecimiento de los Jacintos de Agua, la excesiva reproducción de estos pueden generar una multiplicación en la laguna que podría mermar la calidad del agua ya que disminuirá su capacidad fotosintética. Es de vital importancia establecer una frecuencia de monitoreos continuos en los puntos ya delimitados para así comprobar mediante los resultados de laboratorio antes y después de la siembra las variaciones que se presenten por la presencia del Jacinto de Agua y de esta manera realizar análisis comparativos y gráficos estadísticos que confirmen que un tratamiento biológico como la fitorremediacion puede disminuir o eliminar el problema de Eutrofización presente en la Laguna de los Pantanos de Villa. Considerar a la Fitorremediacion como alternativa de solución para otros problemas similares en donde una tecnología limpia sea capaz de mejorar la calidad del agua y el ecosistema acuático de mares, ríos, lagos o lagunas. 41 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS 10. BIBLIOGRAFIA - NÚÑEZLópez, Raúl. Fitorremediacion: Fundamentos y Aplicaciones. En:http://www.ana.gob.pe:8093/media/11354/documento%20de%20consulta_unt .pdf. México, 2004, 15pp. - EPA 542-F-96-025. Guía del ciudadano: medidas fitocorrectivas [en línea]. Estado Unidos,1996.http://www.epa.gov/swertio1/download/remed/spanphyt.pdf - PEÑA, C. Toxicología ambiental: evaluación de riesgos y restauración ambiental [en línea]. Estados Unidos, 1996-2001. Disponible en: http://superfund.pharmacy.arizona.edu/toxamb/c4-3-1-1.html [Lastupdate: 7 Jun 2001] - NARANJO, Aguilar Francisco: Alternativas ecológicas para el manejo de aguas residuales. CEGESTI. En: http://www.cegesti.org/exitoempresarial/publicaciones/publicacion_152_130611_ es.pdf. 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F AUTOR: LI ANEXOS ESTÁNDA Cu Fuente: MINA ISETH AYUN ARES NACIO uadro N°6: AM, 2008 NI CAMPOS ONALES DE CATEGORÍA CALIDAD A A 4: CONSERV AMBIENTAL VACIÓN DEL L PARA AGU AMBIENTE A UAS ACUÁTICO 43 44 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS REPORTE DE ANALISIS DE LOS PARAMETROS ANALIZADOS EN LA LAGUNA DE LOS PANTANOS DE VILLA-CHORRILLOS Laboratorio: GRUENTEC Perú Responsable: Gerente de Operaciones, Química Esther Sánchez Cuadro N°7: Análisis de Resultados Rotulación y lugar de Muestras PHV- 090922-1 ENTRADA PHV- 090922-2 ORILLA PHV- 090922-3 SALIDA PHV- 090922-4 CENTRO Método adaptado de referencia In situ Temperatura (C°) 27 25 22 22 EPA 170.1 pH 8.79 7.93 7.05 7.30 EPA 150.0 Conductividad ( uS/cm) 7050 5910 6410 7540 EPA 120.1 Físico Químico: Oxigeno Disuelto (mg/lt) 3.0 4.3 6.3 6.7 EPA 160.1 Aniones y no Metálicos: Fosfatos(mg/lt) 0.3 0.3 0.2 0.3 EPA 300.1 Nitrato como nitrógeno(mg/lt) 1.5 1.2 < 0.1 0.4 EPA 300.1 Parámetros Orgánicos: 45 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS DBO (mg/lt) 16 18 9 5 SM 5210B Fuente: GRUENTEC Perú,2011 RESULTADOS DE PARÁMETROS ANALÍTICOS DEL AGUA DEL CANAL LATACUNGA-SALCEDO-AMBATO EN EL HUMEDAL DE “LECHUGUÍN” – Trabajo de Investigación de la Universidad de Ambato Cuadro N°8: Análisis de Resultados PARAMET ROS UNIDAD METODO NORMA RESULTADO ( 0 d) RESULTADO ( 2 d) RESULTADO ( 4d) LIMITE PERMISI BLE Turbiedad UTN APHA 2130 B 2,13 2,91 0,93 - Ph - APHA 4500 H 8,08 7,79 7,53 5-9 Conductivid ad Electrica Us/cm APHA 2510 705 574 734 - SST mg/L APHA 2540 D 46 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS En el análisis de validación final se registraron también resultados de 0.016 mg/l de Cromo hexavalente siendo 0.5 mg/l el valor límite permisible y de 47 AUTOR: LISETH AYUNI CAMPOS Methods 405.1 and SM5210 B (BOD5, Carbonaceous BOD5, and DissolvedBOD5) Biochemical oxygen demand (BOD5), carbonaceous BOD5 (CBOD5), and dissolved BOD5 (DBOD5) were measured using Method 405.1 and Standard Method (SM) 5210 B, both ofwhich are approved for compliance monitoring in 40 CFR 136. BOD5 and CBOD5 are essentiallythesame method, except an organic compound is added to the CBOD5 test to inhibit nitrogenous oxygen demand. If the sample does not include any nitrogenous demand to inhibit, the results should be comparable for BOD5 and CBOD5. BOD5 and dissolved BOD5 are the same method, except that the dissolved BOD5 sample is filtered prior to analysis (either in the field or immediately upon receipt by the laboratory). Method 405.1 and SM5210 B are identical and the nominal quantitation limit, expressed in the methods as the lower limit of the measurement range at 2 mg/L, is the same for all three forms of BOD5. EPA used this nominal quantitation limit of 2 mg/L as the baseline value in determining the pollutants of concern. The full document is available at: http://www.epa.gov/ost/guide/mpp/EPA- 821-R-04-011 P AUTOR: LI PANEL FO Demostra Fotografía ISETH AYUN OTOGRAFIC ación de la d de la cantida de los Panta NI CAMPOS CO DEL ES Fotog densidad de l ad de Jacinto anos de Villa, STUDIO rafías Área las natas for algas en la os de Agua q , estos serán a de Estudi rmadas por la aguna que se encue n los utilizado io a concentrac entran de for os para el pr ción excesiva rma natural d royecto. 48 a de dentro AUTOR: LI ISETH AYUN Delimita NI CAMPOS ación de áreea de estudioo para la tomma de muestraras 49 AUTOR: LI Selec Salida del agua Orilla del área de estudio ISETH AYUN cción de Instr Puntos de l NI CAMPOS Fotogra rumentos a u el área eleg afías toma utilizar In situ laborato gida para re de muestr u y frascos se orio ealizar la tom ras ellados para ma de mues muestras en stras 50 n Entrada del agua Centro del área de estudio AUTOR: LI Medición In ISETH AYUN del OD utili ngreso del pe NI CAMPOS izando un M ersonal para Multiparame de la OR tomar la mu etro marca H ILLA uestra del OD HACH, tom D del punto C mado en el p CENTRO 51 punto AUTOR: LI ISETH AYUNNI CAMPOS Med CEN Funcionam dición del OD NTRO del ár miento del Mu D en el punt rea delimitad ultiparametro 52 to da o AUTOR: LI To ISETH AYUN oma de mues Toma de mu NI CAMPOS stras para DB uestras para BO, nitratos nitratos, fosf y fosfatos de fatos y DBO el punto en la del punto CE a ORILLA ENTRO 53 AUTOR: LI To Lu ISETH AYUN oma de mues Fo ugar de dond NI CAMPOS stras para los otografías de fueron ex s mismos an Siembra d xtraídos los p nálisis pero a e Jacinto d primeros Jaci al punto de E de Agua intos para la ENTRADA siembra 54 AUTOR: LI Extracc ISETH AYUN ción de los J Obtenc NI CAMPOS Jacintos más ción de los ja s jóvenes sac acintos selec cándolos des ccionados(los sde la raíz o smás jóvene por estolone s) 55 es AUTOR: LI Se colocar con mucho ISETH AYUN ron el primer o cuidado de y de es NI CAMPOS r tramo de ap e no dañarlos sta manera o proximadame s utilizando u observar su c Traslado de Laguna para cuidadosam ente 60 jacin una caña par comportamie e los Jacintos a ser dispue mente. ntos en la EN ra evitar que nto por 3 día s de Agua a stos NTRADA del sean arrastr as. 56 la l agua rados AUTOR: LI Una vez o Villa se co Muestra d ISETH AYUN observada s olocaron todo de jacintos ya NI CAMPOS u adaptación os en montíc a colocados n los Jacintos culos en la pa por part en el agua y abajo s obtenidos arte de atrás tes y enderezánd o del canal de s de la laguna dolos con los los pantano a para coloc s estolones h 57 os de carlos hacia AUTOR: LI Siembra p y ana ISETH AYUN parcial de Jac alizar su capa NI CAMPOS cinto de Agu acidad depur ua en el área radora de la de estudio p Eutrofizació para observa ónpresente en ar su reprodu n la Laguna. 58 ucción
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Report "Tesis Fitorremediacion para reduccion de Eutrofizacion - copia.pdf"