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I I- WI "
1
UNIVERSIDAD AUTONO?lA METROPOLITANA
IZTAPALAPA
PROYECTO DE SERVICIO SOCIAL
LIRIO ACUATICO (Eichhornia crrssipes)
EN EL TREITMIENTO TERCIARIO DE AGUAS
RESIDUALES e f *q c r A ic k.& . T Z q ' i i!.i,%.$ rqyp \* J .L t"!l r,
bREE REYM HILOA KMINA
M L W O VARGAS CARHEN
Por su ayuda en la realiaaci6n de este
trabajo, nuestro agradecimiento a:
M. en C. Oscar Monroy H.
Ing. Bioq. Agustin Oiaz
M. en C. Ricardo Rosas C.
8161. Exp. Oscar Oíaz R.
, I . -"
3
RESUMEN
E l lirio acultico E i c h h o r n i a c r a s s i p e s es una maleza que se ha observado que puede absorber metales pesados como cobre, cadmio y plomo, presentes en las descargas de aguas residuales, sin verse afectado fisiol6gicamente. Es poco vulnerable a los cambios climlticos. Debido a estas características, en este y otros trabajos previos, se propone el uso de esta planta como filtro biol6gico en el tratamiento terciario de aguas residuales.
Se utiliz6 una pileta de 1.8 m * de superficie, con un volumen de 720 1 de agua donde creci6 el lirio. La pileta fue alimentada con el efluente proveniente de una planta piloto de tratamiento anaerobio de aguas residuales. Se vari6 el tiempo de retención hidraúlica (TRH) a lo largo del experimento.
Las concentraciones de metales que se encontraron en el agua de alimentaci6n fueron: Cu de 0.181 a 0.335 mg/l, Cd de O a 0.025 mg/1 y Pb de 0.108 a 0.165 mg/l. El lirio logr6 remover de 25.41 a 36.71% de Cu, y de 14.4 a 27.51% de Pb, sin sufrir alteraciones en su reproducci6n o en el incremento de biomasa. En el lirio se encontraron concentraciones hasta de 0.2763 mg/g MS de Cu, 0.0034 mg/g MS de Cd, y 0.0357 mg/g MS de Pb, habiendo alcanzado una velocidad maxima de crecimiento de 0.310 Kg/d.m' , y un tiempo minimo de duplicaci6n de biomasa de 13.59 días.
INTRODUCCION
Los desechos industriales y sus descargas han sido reconocidos como uno de las mayores fuentes de quimicos t6xicos presentes en el ambiente. Considerando que es casi imposible separar el crecimiento industrial de la consecuente contaminacidn ambiental, esta última se puede minimizar mediante un manejo efectivo del medio, consistente en la identificaci6n y control de la contaminaci6n.
El lirio acu&tico, Eichhornia crassipes, es una prolifica maleza de flores moradas y peciolos abultados que le sirven para flotar. Se distribuye ampliamente en el pais y constituye una alternativa para el tratamiento de aguas. Debido a su rdpido crecimiento vsgetativo es capaz de obstruir y desecar en poco tiempo enormes extensiones de agua con consecuencias desfavorables para la pesca, la navegación y para la generaci6n de energia electrica, no obstante, ha resultado promisoria en el manejo biol6gico de contaminantes acuáticos debido a su habilidad para absorber nitrdgeno y fbsforo y concentrar ciertos quimicos, incluyendo metales pesados (Lenka et al, 1990) (Reddy, 1982).
En Mdxico, el preocupante deterioro de los cuerpos de agua ha sido causado por la sistemática evacuación de las aguas residuales sin aplicarles realmente ningún tratamiento. La
totalidad de las aguas residuales producidas en México en 1985 fue de 160 m3/seg de los cuales el 17.5 % fue tratado y s610 el 9.25 % result6 con las eficiencias esperadas. Aún asilla gran mayoria cuenta solamente con tratamiento primario (SEDUE, 1985 in Monroy 1987). Por consiguiente, este trabajo se realizó con la finalidad de observar el comportamiento del lirio acudtico en el tratamiento terciario de aguas residuales, tratando de igualar, en la medida de los posible, las condiciones experimentales a las reales. Para ello, el lirio se coloc6 en una pileta a la intemperie, conectada a la planta piloto de tratamiento secundario de aguas residuales de la UAM-I, misma que recibe el afluente del drenaje de la universidad, y sin tener control alguno sobre los factores del medio.
A lo largo del tiempo se ha observado que los sistemas convencionales de tratamiento primario (cribado mecijnico y
precipitacidn), y que los tratamientos secundarios (oxidacidn bioldgica) son generalmente insuficientes para lograr un tratamiento de agua completo por lo que en los últimos anos se ha requerido de plantas para tratamiento de aguas residuales en que se efectúe un tratamiento terciario para la remoci6n de dos de los nutrientes mhs esenciales: fdsforo y nitrdgeno. Un m6todo alternativo para ello es el uso de macrófitas acudticas. Hay u n número de especies que tienen una alta toma de nutrimentos, las cuales son apropiadas para este fin, como es el caso del lirio acuitico. Esta macrdfita posee ademijs otras caracterfsticas que la hacen ser de las mhs apropiadas para el tratamiento terciario:
- RMIM TAM DE CRE%I/fI€IvTO. Crece rápidamente bajo condiciones apropiadas, y su tasa de crecimiento se incrementa en aguas residuales ricas en nutrientes. Se desarrolla mejor en climas chlidos tropicales, y permanece latente durante el invierno en forma de semilla, o bien, reduce su tasa de crecimiento, Esta adaptada para sobrevivir en un amplio intervalo de condiciones climhticas. Sajlvinia tambien es de rapid0 crecimiento pero es
susceptible al frio (Simmonds, 1979) (Mitchell, 1978).
Se ha informado que bajo condiciones naturales puede duplicar su &rea en 12 días y en aguas ricas en nutrimentos el tiempo puede reducirse a 6 o 7 dfas (Cornwall, 1977 in Simmonds, 1979 ) .
- GllMCKCIMI€MTOfiMICKM. Consecuencia de 6ste es su rapid0 crecimiento emergente. Las raices crecen hasta que el volumen de agua ocupado por las raíces es suficiente para proveer todos los requerimientos nutricionales a la planta. Conforme los nutrimentos son removidos, l a s raices penetran m8s profundo (Simmonds, 1979) .I
- ALTA €FICI€UCIA O€ CLI0RIFICI)CIOEI. Las plantas acuhticas tambien son Cttiles en el pretratamiento de aguas para uso domestico. Son extremadamente eficientes en la coagulacidn de color coloidal y
turbiedad.
6
- FACILIDAD DE COSECHA. El utilizar plantas para la remocidn de nutrimentos de aguas residuales, obviamente ocasionar& un gran aumento en el volumen de la planta. El lirio acudtico creciendo en aguas residuales dom6sticas templadas, produce una biomass húmeda de 18 toneladas por hectcirea por día (Wolvertton, 1976 in Simmonds, 1979). A s i pues, como parte del esquema del tratamiento se debe de tener en cuenta una cosecha regular. Desde este punto de vista, el lirio acudtico es la planta m d s apropiada. La cosecha puede realizarse con una draga 0
simplemente haciendo pasar una cuerda alrededor de un &rea conveniente del lirio al nivel del agua (Simmonds, 1979).
- OTRAS KMMAS. Una cubierta completa del lirio previene la proliferacidn de algas microscópicas y otras pequehas plantas acuciticas como Lemna y Alrolla, las cuales son difíciles de remover, y cuya descomposici6n puede ocasionar una demanda de oxigeno que agote el oxigeno del cuerpo de agua (Simmonds, 1979).
En una planta piloto consistente de tanques de acuario cubiertos con lirio acucitico y alimentados con el efluente proveniente de una planta de tratamiento secundario, se obtuvo que con un tiempo de retencibn hidraúlica de 10 dias, el lirio logr6 remover el 99 % de los nitratos y el potasio contenidos en el efluente, así como el 87.5 % de los silicatos y el 60-65 % de los fosfatos (Simmonds, 1979). En otra investigación se calcul6 que una hectcirea de lirio podría remover diariamente el nitrdgeno del agua residual producida por 200 personas y el fósforo producido por 800 personas. (World Water, 1980). Tambien se ha visto que es capaz de remover cantidades considerables de metales pasados: 0.67 mg de Cd y 0.5 mg de Ni por gramo de materia vegetal seca, y en un periodo de 24 hrs una hectArea de lirio puede incorporar 300gr de Cd y Ni de 240,000 litros de aguas contaminadas (Weíse et al, 1981).
En un estudio se tomaron muestras aleatorias de esta planta a lo largo de una porcidn del r fo Nilo, caracterizada por recibir grandes descargas de aguas residuales industriales, ademds de encontrarse en las cercanias localidades densamente pobladas. Se encontr6 que el lirio contenía, en promedio, las siguientes concentraciones de metales:
cu Cd Pb
pg/g de peso seco 36.4 O .36 8 -16
habiendose encontrado en el agua 1.16 pg/1 de Cd, 4.5 pg/l de Cu, y 8.38 pg/1 de Pb, quedando demostrado asi el papel de filtro biolsgico que desempeha esta planta sobre las aguas contaminadas (Fayed et al, 1985).
Estos y otros experimentos demuestran que un manejo adecuado de los componentes de un ecosistema, en este caso el lirio acu8itico. puede convertir a una especie que normalmente scilo ocasiona problemas en las actividades del hombre, en una especie que le ayude a resolver otros.
Se podria pensar que el uso del lirio en el tratamiento de aguas residuales resuelve un problema pero ocasiona otro: la proliferacidn de insectos, sea que estos representen u n problema para la salud, o que s610 ocasionen molestias. De cualquier forma, las investigaciones que se han hecho para resolver este
problema son múltiples, siendo las mAs adecuadas las que proponen como solucidn el control biol6gico. Obviamente, durante el desarrollo de este trabajo tambibn hubo proliferacidn de insectos y otros invertebrados. Aunque no se tomaron medidas para controlarlos (por ir m& alla de los objetivos de este trabajo), se hizo una revisidn bibliogrdfica para sugerir posibles soluciones.
OBJETIVO GENERAL :
Estudiar el efecto de un efluente secundario anaerobio en
el lirio acudtico (Eichhornia crassipes).
OBJETIVO ESPECIFICO :
a) Estudiar, mediante diferentes tiempos de retencidn
hidraúlica (TRH), el efecto de la carga orgánica en la
capacidad de absorci6n de metales pesados (Pb, Cd y Cu)
y su efecto sobre la velocidad de crecimiento.
b) Cuantificar la translocaci6n de Pb, Cd y Cu en el lirio
acudtico (Eichhornia crassipes).
c) Cuantificar la remoci6n de dichos metales en la laguna
donde crecerá el lirio.
. ... . .” .. ,..- _M- i” . .‘.. . ....,.
METODOLOGIA
Lirio acuático (EicAhornia crassipes) proveniente de los canales de Xochimilco se sometió a un periodo de aclimatación en la pileta de un invernadero. Posteriormente, 10.071 Kg de lirio, se trasladaron a una pileta con dimensiones de 3 x .60 x .50 m,
que estuvo alimentada por el efluente proveniente del tratamiento secundario efectuado por la planta piloto de tratamiento de aguas residuales (reactor anaerobio de lecho de lodos activados ( U . A . S . B . >>, ubicado en la U . A . M . Irtapalapa. La pileta se mantuvo con un volumen de 720 1 de agua.
A lo largo del experimento se varid el Tiempo de Retenci6n Hidraúlica ( TRH) para el flujo de entrada a la pileta de acuerdo a la relacion volumen/flujo. Los TRH y su duración fueron los siguientes:
TRH Duracirin del Periodo
0 - 5 dia 6 dias
1 dia 14 dias
5 dias 21 dias
10 dias 25 dias
Se consider6 el final de un período como el inicio del siguiente.
A l inicio, a la mitad y al final de cada periodo, se
registr6 la biomesa total de lirio presente en la pileta utilizando para ello una bliscula comercial de 2 Kg de capacidad. Se calcul6 el exceso de agua como 140 gr por Kg de plantas.
Se cuantific6 el número de individuos en toda la pileta y el número de hojas pr.omedio en una muestra aleatoria de 30 individuos. Asimismo se registro a traves de un potenciometro de campo el pH del agua con una periocidad diaria.
La biomasa de lirio se mantuvo a 14.4 Kg como peso óptimo para el Brea de la pileta (1.8 m = ) .
10
Para cuantificar la cantidad de metales (Cu, Cd y Pb l absorbidos por las plantas al inicio, mitad y final de cada TRH,
se tom6 una muestra aleatoria de 1 Kg de lirio. Esta muestra, previamente lavada, se separó en raíz, peciolo y hoja, colocándolos en vasos de precipitado de 1 litro de capacidad para ser sometidos a desecacisn en una estufa a looo C durante un período de 48 hrs. Transcurrido este tiempo se pes4 cada parte para determinar el contenido de materia seca .
Posteriormente se realiz6 la digesticln de dicha materia para poder determinar la cantidad presente de metales pesados ( Cu, Cd, Pb ) contenidos en la planta.
Con la misma periodicidad que para las plantas, se tomaron muestras del agua de alimentaci6n de la pileta (entrada) y del agua de salida de la misma para cuantificar la remoci6n dfe metales por las plantas.
- DIGESTIOW DE MITERIA ORWJICI
En una picadora de uso domgstico se molieron por separado cada una de las partes secas de la planta. De cada parte se tomaron 2.5 gr y se pusieron en un matraz Erlenmeyer de 250 m1 por triplicado. Previamente toda la cristalería se lavó con agua
- destilada. La materia seca se humedeció con agua destilada hasta
formarse una pasta htímeda.
A cada matraz se le agregó un volumen de 20 m1 de Bcido percl6ric0, 20 m 1 de Qcido nítrico y algunas perlas de ebullici6n.
I
L-a solucidn se calentd en una parrilla bajo una campana de extraccidn, retirandolos del calor repetidas veces y agitándolos hasta que los vapores emanados resultaron casi incoloros (digestibn completa ).
Se filtrd la No. 1. Se filtrd vidrio de 30 m1 ( c 1.
Las muestras frascos de vidrio
solucidn en frío utilizando papel Whatman dos veces m& utilizando embudos de fibra crisol tipo Gooch, forma alta, disco poroso
de materia orgdnica digerida se colocaron y se etiquetaron.
Para la cuantificacidn de metales se utilizó '
11
de 1 de 30
en
un Espectr6rnetro de Plasma Inductivamente Acoplado (ICP) Perkin- Elmer.
Para realizar las curvas de calibraci6n se prepararon con agua destilada estandares de Cu, Cd y Pb de 1 y 5 ppm, respectivamente, a partir de soluciones Sigma de 1000 ppm de
tales metales, y un blanco de dcido nítrico y percl6rico a partes iguales.
12
RESULTADOS
El lirio acudtico Eichhornia crassipes sufrió un aumento tanto en biomasa (peso fresco) como en número de individuos, t a l y como se
muestra en la siguiente tabla, aún considerando que fue necesario cambiarlo en el TRH de 10 días debido a que resultó dafiado por las granizadas ocurridas en ese tiempo (finales de julio a
principios de agosto de 1992).
TRH Biomasa No Individuos
O .5
O .5
1
1
1
5
5
5
l i r
K 9
9 .O70
12.427
11.427
13.407
15 .O50
14 .O50
17 -311
19 .O74
i o n u e v o
10, i 11.212
10 m 14 -598
10 f 14.663
i=inicial mzmedio f=f inal .
202
272
254
375
569
551
580
675
287
290
399
La velocidad promedio de crecimiento para cada período, tanto en biomasa como en nlimero de individuos, se obtuvo de acuerdo a la siguiente ecuación:
w = ( x - x o ) / t . a
donde x = peso final en Kg o núm. final de individuos
xo = peso inicial en Kg o núm. inicial de individuos
t = tiempo en días
a = &rea en m *
La cinetica de crecimiento se obtuvo siguiendo el mismo modelo que para el crecimiento bacteriano, esto es:
dx/dt = v( x )
dx = p( dt)
i l/x dx = p I dt
In x/xo = p( t)
y a partir de 6sto se determind la velocidad específica de crecimiento o constante de crecimiento ( p ) para cada período.
El tiempo de duplicaci6n en biomasa y en número de individuos se obtuvo siguiendo la siguiente ecuaci6n:
Td = l / p In 2
Estos resultados se muestran en las siguientes tablas, con sus correspondientes grbficas.
TRH
O .5
1
5
10
TRH
o .5
1
5
10
14
Velocidad de c r e c i m i e n t o
Kg/d+m2
O .310
0.183
O A59
O .O98
C o n s t a n t e de T i e ~ 8 p o de c r e c i m i e n t o p d u p l i c a c i o n
l/d d
O .O51 13.59
O .O24 42.35
O .O16 43.32
l i r i o n u e v o
O .O13 53.31
Velocidad da, COnSt8nte de T i e m p o de c r e c i m i e n t o c r e c i m i e n t o d u p l i c a c i d n indiv1d.m’ 1 /d d
6 -481 O .O49 14.14
13.214 O .O59 11 -74
3.756 o .o10 69.31
l i r i o n u e w o
2 .388 O .O14 49.51
Velocidad de Crecimiento en Biomasa
0.35
0.3
0.25
0.2
0.1 5
o. 1
0.05
O
Kg/d.m2
O
I I I I I
2 4 6 8
TRH (dias) 10 12
60
50
40
30
20
10
O
Tiempo de Duplicacion de la Biomasa
dias
O 2 4 6 8
TRH (dias) 10 12
16
14
12
10
8
6
4
2
C
Velocidad de Crecimiendo en Numen, de Individuos
individuos
L
-
-
1- O 2 4 6 8 10 12
1 I I I I
TRH (dias)
Tiempo de Duplicacim del Numero de Individuos
dias 80
60
40
20
C O
I I I t I
2 4 6 8 10 12
TRH (dias)
^"_
15
"€RO U€ HOJAS
El número de hojas promedio por individuo fue:
TRH Número de Hojas
O .5 6.25
1 6 .O
5 7.1
l i r i o nuevo
10 5 -3
habiendose encontrado individuos hasta con un maxim0 de 12 h o j a s .
pH
Durante el experimento el pH del agua de la pileta de lirio sufrid ciertas variaciones:
TRH
0 . 5
1
5
10
pH pronedio f u
8.2 k 0.37
7 . 6 2 0.80
7 . 0 2 0.52
lirio nuevo
6.6 rt 1.50
" .
16
EIATERIA SECA
La proporci6n de materia seca encontrada en las plantas fue la siguiente:
TRH % Materia Seca
O .5 2 -15
1 2 -85
5 4 .O4
l i r i o nuevo
10 5 .O5
El contenido de materia orgdnica promedio fue de 3.52%.
De esta proporcibn a cada parte de la planta corresponde lo siguiente:
TRH
O . 5
1
5
IO
% Ueteria Seca
r a i z peciolo hoja
37.54 29.19 33.25
27.21 31.92 40.84
23.29 30.92 45.77
l i r i o n u e v o
31.25 38.21 30.51
17
La cantidad de metales pesados cuantificados en el lirio fue:
I
1Rk RAZZ I PECIOLO ' i HOJA i i I 1 I rrg/g ?S apg/g ?S I ' I 1 1 1 I Cu Cd Pb I Cu Cd Pb I Cu Cd Pb I 1 I I I t t I I I I1
I 1 I I \
I 1 1
I I W / S us
'51 .2048 .O058 .O0671 .3395 .O024 .0102/ -0061 .O017 -01651 1 1 1 .1400 .O022 .O3911 .O038 .O013 .OllO! .O035 ,0012 .009lf 1 5 I .1810 .O015 .O214 .2348 .O004 ,0069 .2673 .O003 -00391 I
1 , i r i o n u e v , o I ! I I I I I I
101 .2400 .O000 .O1871 .2938 .O000 .O0411 .2928 .O000 -00161
De acuerdo a los porcentajes obtenidos de materia seca para cada TRH, la cantidad de metales contenida en la planta entera fue:
TRff cu Cd Pb w9 Em 09/9 ?S ls99/9 us
O .S O .O1727 O. 0034 O .O109
1 O .O406 O .O015 O .O178
5 O .217 O .O0076 O .O357
l i r i o n u e v o
1 0 O. 2763 o. O000 O ,0078
COBRE EN LIRIO
- Raiz
mg/gr MS 0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
o. 1
0.05
O
+ Peciolo -++ Hoja
t
2 4 6 8
TRH (dias) 10 12
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.00 1
O
CADMIO EN LIRIO
"b- Raiz -I" Peciolo "++ Hoja
mg/g MS
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TRH (dias)
PLOMO EN LIRIO
-" Rai z + Peciolo "- Hoja
O, 05
0104
0103
0102
0, o1
o1 oc O
I i I I I I I I I
I 2 3 4 5 8 7 8 9 1 0
TRH (dias) ._ "_."_........ I__ _.', "_"... , .".," ...
METALES EN PLANTA TOTAL
i i
0.3
0.25
0.2
0.1 5
o. 1
0.05
O "70 .....
.5 1 5 TRH (dias)
10
METALES EN EL AGUA
La siguiente tabla muestra el promedio de la concentración de metales encontrados en el agua proveniente del UASB (agua de entrada), y en el agua proveniente de la pileta con lirio (agua de salida), asi como el porcentaje de metales removidos por el lirio. La remoci6n se calcul6 con la ecuaci6n
donde [E] = concentracibn de metales en el agua de entrada
[ S ] = concentraci6n de metales en el agua de salida.
TRH cu Cd Pb
E S R E S R E S R
mg/l mg/l % mg/l mg/l % mg/l mg/l %
0.5 .325 .223 31.4 .O00 .O25 O -108 .O83 23.1
1 .335 .212 36.7 .O00 .O10 O .I11 .O95 14.4
5 .244 .162 33.6 .O00 .O00 O -149 -108 27.5
l i r i o n u e v o
10 -181 .135 25.4 .O00 .O06 O .165 .127 23 .O
La concentraci6n de la carga de entrada por día se calculó con la siguiente ecuaci6n:
[El ""_ = mg/l.d TRH
TRH
o .5
1
5
10
cu mg/l ,d
O .65
O .335
O .O48
O .O18
Pb -1 .d
O .216
o .111 O .O29
O .O16
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
o. 1
0.05
. o
COBRE EN AGUA
- Entrada
mg/l
4"- Salida
I I I I I I I I I
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TRH (dias)
CADMIO EN AGUA
-b- Entrada -" Salida
0.03
0.025
0.02
0.0 15
0.0 1
0.005
O
mg/l
+
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TRH (dias)
PLOMO EN AGUA
- Entrada
mg/l
"- Salida
0.2
0.15
o. 1
0.0 5
O I I I I I I I I I
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TRH (dias)
40
30
20
10
O
PORCENTAJE DE REMOCION
m Cobre m Plomo
.5
n
1 5
TRH (diad 10
1
"
REMOCION SEWN CONCENTRAGION DE GARGA
% 40
30
C
/
I I' I I
mg/ld
REMOCION DE COBRE
mg/g MS
O ,O5
O .O18 .048 -335
mg/l.d
"---c planta total "t raiz * peciolo -E- hoja
1
.65
0.05
0.04
0.03
0.02
0.0 1
O
REMOCION DE PLOMO
1 1 1
O 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 mg/l.d
d- planta "c raiz +F peciolo -" hoja
A continuación se resumen en una tabla los principales fenómenos en relación al lirio que ocurrieron durante el desarrollo del experimento.
TRH Observaciones
o .5
1
5
10
Lirio sano Días soleados, sin viento Poblacidn reducida de insectos, otros invertebrados no aparentes.
Lirio sano Días soleados, sin viento Población de insectos en fase repro ductiva.
Presencia de lluvias, granizadas y en consecuencia, hojas del lirio rasgadas y cloróticas, la rafz se encuentra en buen estado. Oípteros (moscas y mosquitos) en estadio adulto y larvario, moluscos (caracoles y
babosas 1. Cambios variables de temperatura.
A l inico del periodo reemplazo t o t a l de lirio sin previa aclimatación en invernadero . Días lluviosos. A la mitad del periodo tercera parte de la población total de plantas maltratradas por las lluvias y granizadas, pero sobrevivieron. A l final del periodo raíces y algunos peciolos de coloraci6n morada. Decreció el tamafio de las poblaciones de insectos, pero aumento el número de especies.
18
DISCUSION
Durante el TRH de 0.5 dias la velocidad de crecimiento fue mayor que en los otros periodos, siguiendo el lirio una cinética de crecimiento semejante a la cinetica microbiana (tabla 2a). Este crecimiento fue mayor, como cabria esperar, debido a que la carga de nutrientes es m8s alta por ser mayor la velocidad de penetracidn del agua a la pileta. Igualmente la constante de crecimiento y el tiempo de duplicación en biomasa fueron mayores en este periodo que en los subsecuentes (tabla 2a). Estos mismos resultados con respecto al número de individuos (tabla 2b), no son correspondientes, debido a que un aumento en biomasa no necesariamente significa un aumento en el número de individuos. Este aumento puede obedecer a un aumento en la densidad de la planta. Por otra parte, tanto el crecimiento en biomasa como el crecimiento en el número de individuos se vieron afectados por las variaciones climdticas. Asf, cuando las plantas sufrieron la accidn de lluvias y granizadas, algunos individuos murieron disminuyendo de esta manera la probabilidad de incrementar la poblacidn con mds nacimientos.
Aunque tambih se cuantificd el número de hojas presentes a lo largo de todo el experimento, este no es un pardmetro que indique en que cantidad o de qu6 manera aumenta la biomasa, ya que el registro fue hecho al azar cada vez, y dado que se trata de una planta tan prolifica, todo el tiempo hay individuos con pocas hojas (jdvenes) e individuos con muchas hojas (adultos) (tabla 3). Lo adecuado habria sido marcar individuos Y registrar el aumento en el número de hojas en cada uno de ellos.
Relacionando el pH con el crecimiento en biomasa, vemos que el mayor crecimiento se efectúa en el periodo en que el pH oscila menos y tiende mas a la alcalinidad que a la acidez; esto fue el TRH de 0.5 dia. Igualmente, el menor crecimiento se registró cunado el pH tendid m8s a la acidez (TRH=10 días). De acuerdo a estos resultados, vemos que el lirio se desarrolla mejor en medios con pH neutro a ligeramente alcalino (tabla 4).
La proporcidn de materia seca fue en aumento conforme aument6 el tiempo de retencidn hidraúlica. La proporción de materia seca esta determinada por la concentracibn de nitr6geno en el agua (Sato ,1981 in Monroy , 1987) (. Esto significa entonces , que al aumentar el TRH, tuvieron mayor oportunidad de acumularse en el agua la materia orgQnica en descomposicidn y los desechos
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de los insectos y moluscos que se desarrollaron en la pileta, aumentó asi le! concentración de nitrógeno en el agua, y por consiguiente, la proporción de materia seca (tabla 5a y 5b).
En cuanto a la absorción de metales (tabla 6a y 6b), se observd que las concentraciones de Cu tendieron a aÚmentar en las partes superiores de la planta (peciolo y hoja) que en la raíz, indicando esto que el metal sufrió una translocación hacia arriba; esto fue mAs evidente en el TRH de 5 dlas y en el de 10 días ( f ig . COBRE EN LIRIO).
Con respecto a la relacidn remocidn-carga de entrada (tabla 7b), claramente se observa que aún siendo la carga de entrada muy pequeha, la planta efectúa la remoción de este metal, habiendo llegado la planta a un maxim0 de acumulación en sus tejidos en el TRH de 10 días, cuando la carga fue de 0.018 mg/l.d, y habiendo alcanzado el maxim0 de remoción (36.1%) cuando la carga fue de 0.335 mg/l.d, correspondiendo al TRH de 1 día. Se observa que la translocacidn ocurre cuando la concentración en la carga de entrada es menor (TRH= 5 y 1 0 días) (ver fig. REHOCION OE COBRE).
Por otro lado, aunque en el TRH de 1 día se cuantificó una concentracidn de metales menor que en los otros esto pudo deberse a un error en la preparaci6n o en la lectura de las muestras, ya que comparando la concentración de metales en el agua vemos que hubo una considerable reducción en la concentración de Cu del agua de salida, evidenciando así que sí hubo remoción, e incluso en este período fue mayor que en los otros (tabla 7a) .
A lo largo del experimento se observó que la concentracidn de Cd en la planta fue disminuyendo. A su vez en el agua de alimentación nunca se registro Cd, pero sí en el agua tratada. Esto seguramente obedeci6 a que como el lirio provenía de los canales de Xochimilco, en sus tejidos habia concentrado Cd de las aguas de estos canales, y despues estando en la laguna de experimentación desorbió el metal. Asi pues, no fue posible cuantificar traslocaci6n ni remoción de este metal, e igualmente no podemos decir que el Cd haya estado más concentrado en una parte de la planta que en otra. Como sería lógico en un fendmeno de desorcidn, la mayor concentración siempre se registr6 en las ralces.
El lirio presentó un aumento en la concentracidn de Pb del TRH de 0.5 al de 1 día. Sólo fue evidente la translocación en el TRH=1 día, ya que despues de este período en ninguna parte de la
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planta hubo aumento en la concentracidn de metales, manteniéndose la concentracidn mds alta en las raíces (ver fig. PLOHO EN L I R I O ) .
En cuanto a la relacidn remoci6n-carga de entrada, fue mayor la remocidn en el periodo del TRH=0.5 día, en que se registrd la mayor carga de entrada; cuando ésta disminuyd en el siguiente periodo, tambien disminuyrj la remocidn, pero en el siguiente periodo, al volver a disminuir la carga de entrada, la remoción fue en aumento (la mds alta registrada en el experimento), para disminuir en el siguiente período conjuntamente con la concentracidn. Quiz& esto se debid a que los tejidos de la planta se saturaron, entonces $Sta comenzd a desorber; despues de ello pudo continuar removiendo, para nuevamente repetirse el fenómeno de saturacidn-desorcidn.
La mayor acumulacidn de Pb en los tejidos de la planta correspondid a los períodos de menor TRH en que se registrd la mayor de carga de entrada, y en los períodos de mayor TRH en que la carga fue menor, también se registró una menor concentracion en los tejidos, aunque en el período TRH=5 dias la planta entera registrd la mayor concentraci6n, siendo muy baja la carga de entrada ( ver f is. REHOCION DE PLOMO).
La concentracidn de plomo en el agua de alimentacidn fue en aumento conforme aumentd el TRH, pero la concentracidn del agua de salida aunque tarnbien fue en aumento, siempre fue menor que la del agua de entrada, evidenciando así que sí hubo remocidn de este metal ( f is. PLOMO EN AGUA).
Por otro no se puede tener seguridad absoluta sobre la efectividad de la remocidn debido a que el aumento en el volumen de la pileta ocasionado por las lluvias, pudo haber hecho que se registraran concentraciones menores a las reales, es decir, como si hubieramos diluido una solucidn.
Se ha visto que el lirio acuhtico es capaz de acumular hasta 6.126 mg de Cu y 6.0 mg de Pb por gramo de peso seco. En este experimento se registraron concentraciones muy por debajo da estas, por tanto, es poco probable que ocurriera desorcion de Los metales
Como se puede ver en la tabla 6a y 6b, aunque la concentracidn de cobre siempre fue mayor que la de plomo (hasta 3 veces m&) tambi6n la remocidn de Cu fue mayor a la de Pb (hasta 2.5 veces mayor). Esto puede deberse a que el Cu es un nutrient@
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esencial y el plomo no, y por ello la planta tiene mayor afinidad por Cu que por Pb.
Se observ6 que a tiempos de retencidn hidraúlica largos (TRH=10 dias) el Cu esta mejor distribuido en la planta que el Pb. A un TRH de 5 dias el Cu se acumula preferentemente en la hoja y en el peciolo, y el Pb lo hace en la raíz. A un TRH de 1 dia el Pb se concentra más que el Pb en las partes altas de las plantas. A TRH breves (0.5 dias) el Cu no se trasloca a la hoja sino que se acumula en peciolo y raíz, en tanto que el Pb se concentra en las hojas.
Comparando las grlf icas de VELOCIDAD DE CRECIMIENTO EN BIOHASA y de METALES EN LIRIO, observamos que a medida que disminuye la velocidad de crecimiento, aumenta la concentracidn de cobre y disminuyen las concentraciones de cadmio y plomo en la planta. Realmente, el aumento o la disminucidn de metales en la planta o en el agua de alimentacibn, en este caso, no parecen afectar el crecimiento del lirio. Mds bien la disminucidn en el crecimiento debi6 obedecer a que al ser cada vez m8s lento el flujo y el volumen de agua que entra a la pileta, tambi6n es menor la cantidad de nutrientes que reciben las plantas, y por tanto, menor es su crecimiento.
SegCin datos reportados en la literatura, el lirio en aguas eutr6ficas se duplica en 6-7 días y en condiciones normales lo hace en 12 días (Mitchell, 1978; Simmonds, 1979). E l tiempo minimo de duplicaci6n que se obtuvo en este experimento fue de 13.59 días, correspondiendo al tiempo mínimo de retención hidraúlica. Esta diferencia pudo deberse a la velocidad del flujo de agua en este per iodo ( FI6. TIENW DE DUPLICACION DE BIOMASA) .
Por otro lado, se constat6 que el lirio presenta un alto grado de resistencia a dafios por efectos del clima, ya que aún cuando las hojas resulten dafiadas, si la raíz permanece en buenas condiciones la planta puede seguir reproduciendose.
Es de notar que durante el tiempo que durd el experimento el lirio s o l o se reprodujo vegetativamente; solamente floreci6 una planta pero no produjo semillas.
La presencia de plagas no afect6 la sobrevivencia ni l a reproducci6n de las plantas, ya que no las utilizan como alimento sino unicamente como habitat.
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Entre el TRH de 1 y 5 dias la poblacicin de insectos se incrementó considerablemente, tanto en individuos de fase larvaria como de fase adulta. Esto también estuvo sujeto a las condiciones climaticas, ya que en periodos en que se presentaban dias lluviosos la población decreciaa debido a que al aumentar el nivel del agua, muchos huevos y larvas se perdian por el tubo de desagüe situado en la parte superior de la pileta. También aumentb, aunque en menor proporcibn la poblacidn de moluscos.
En el TRH de 10 dias, a pesar de que se presentaron granizadas esporbdicamente la poblacidn de insectos fue menor, pero aumentó e l número de especies. Quiz& esto se debió a que al disminuir la velocidad de flujo de agua la materia orgdnica muerta tiene mayor oportunidad de sedimentarse, formandose así nuevos habitat para diferentes organismos (tabla 8).
Es importante mencionar que para medir concentraciones de metales en el lirio se utilizaron dos espectrómetros distintos, aunque no fue intencional. Para las mustras correspondientes a l o s TRH de " 0.5 y de 1 día se utilizci un Espectrómetro de Absorcibn Atbmica ( A A ) , y para las muestras subsiguientes, un Espectr6metro de Plasma Inductivamente Acoplado (ICP).
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Para e1 adecuado desarrollo del lirio, ademas de la cantidad de nutrientes, el pH result6 un factor importante y en menor grado, los factores del clima. No obstante, el lirio demostrcj ser sumamente resistente y con alta capacidad de adaptaci6n y
recuperaci6n a los cambios del medio.
t De acuerdo a los resultados obtenidos, la carga orgdnica no
influyd en la toma de metales por la planta, ya que mientras para Cu la absorci6n fue mayor a medida que la entrada de nutrientes fue menor, es decir, conforme aument6 el TRH, ocurri6 lo contrario en e1 caso del Pb y el Cd. Puede ser que la planta tenga mayor afinidad por el Cu que por el Pb y el Cd, dado que estos no son elementos escenciales para las plantas.
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Por otra parte, para la cuantificacidn de metales en el lirio, no se puede excluir la posibilidad de algún error en la t6cnica que haya afectado los resultados. De cualquier forma, los porcentajes de remoci6n obtenidos y el crecimiento registrado evidencian que efectivamente el lirio puede absorber metales sin sufrir dano alguno. Incluso, el Cu que se utiliza en concentraciones grandes como herbicida contra varias malezas acudticas, al lirio no le causa e1 menor dano (Fair et al, 1971). Por lo tantol el lirio acudtico resulta una alternativa para utilizarse en el tratamiento de aguas residuales.
Para saber en que momento la planta empieza a desorber los metales y poder entonces establecer una politica de cosecha, seria conveniente realizar un experimento en que las plantas no estuvieran sujetas a la acci6n del clima, concretamente a las lluvias, o realizar el experimento en 6poca de secas. Lo anterior es porque al variar el contenido de agua en la pileta con el agua de lluvia, se afecta la concentraci6n de metales. Puede ocurrir asi que la planta est6 en periodo de desorci6n, pero no sea detectada en el agua, por encontrarse diluida la concentracidn de metales.
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Experimentos en que se somete al lirio a concentraciones muy altas de metales, han mostrado que 6ste empieza a devolverlos al agua despues de 5 días de estar absorbi6ndolos; para evitar ello se recomiendan tiempos breves de retenci6n de biomasa, es decir, cosechar m& o menos a la misma velocidad con que se multiplica el lirio (Monroy, 1987).
Entre las desventajas que se observaron al utilizar Eicchornia crassipes, es que sirve de habitat a sp. de Dipteros (mosquitos) y otros organismos como moluscos, pero debido a las molestias que ocasionan los primeros, se considera que es necesario la realizaci6n de un estudio detallado que permita disminuir la poblaci6n de tales insectos.
Mientras se contempla eeta posibilidad, a continuaci6n se mencionan algunos aspectos pertinentes que puedan ser útiles para tal prop6aito.
Hablando en forma general e1 abatimiento de los mosquitos se debe de llevar a cabo sobre un conocimiento intimo de la biologia del mosquito, especialmente factores tales como ciclo de vida, habitos de cría de la larva, magnitud de vuelo del adulto, entre otros.
La gran mayoría de los dípteros presentan una metamorfosis completa, es decir tienen cuatro estados de vida, el huevscillo, la larva, la pupa y el adulto ( Metcalf , 1965 1.
Los estados larvarios ( cuyo desarrollo es en el agua), dependen de la vegetaci6n acuitica para proteccidn, desarrollo de organismos alimento, o para depositar sus huevecillos, aunque tambi6n son puestos en el agua ( Metcalf, 1965 ).
En un tiempo tan corto como dos días a dos semanas, las larvas pueden estar completamente desarrolladas midiendo mas o menos 0.9 cm, se ha observado que sobreviven temperaturas bajas o el invierno en este estado permaneciendo inactivos en el fondo de los estanques. El cambio al estado pupal se efectúa en la cuarta muda ( etapa 2-3 días >.
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Despu6s de unas cuantas horas a unas cuantas semanas en esta condicidn el insecto parte su piel hacia abajo por el dorso y el adulto camina hacia afuera ( Metcalf, 1965 ).
El genero C u l e x ( encontrado en el agua de la pileta), tolera aguas con alta contaminacidn orgdnica. Aunque muy modificado por la temperatura, su ciclo de vida requiere entre 10 y 14 dias, bajo condiciones cA1idas de verano ( periodo de mayor actividad ), la etapa de huevecillo de 14 a 36 h r s , la de la larva de 7 a 10 dias y la de la pupa aproximadamente 2 días ( Harwood, 1987 ).
Se considera que a travQs del Control BIoldgico ( utilizando un depredador ), se logre la disminuci6n de la poblacidn de insectos. Para la elecci6n de tal depredador debe de tomarse en cuenta que posea los siguientes atributos:
- Alta capacidad de búsqueda: la habilidad para encontrar a su huesped, cuando este es escaso.
- La especie puede ser especifica o polifaga.
- Poseer un grado potencial de incremento, es importante especialmente en medios ambientes variables. Esto incluiria un periodo corto de desarrollo y una fecundidad relativamente alta. Asi varias generaciones del depredador pueden ser producidas para una generacidn de su huesped y el depredador puede controlar ripidamente a su huhped, siempre que &st8 comience a incrementarse numdricamente.
- Habilidad del depredador para ocupar todos los nichos ocupados por el huesped y al mismo tiempo tener una buena sobrevivencia. Esto tambien significa que el depredador est6 bien adaptado a un amplio rango de condiciones climiticas.
- Que las especies puedan cultivarse, facilitando la colonizaci6n del material cultivado, esto haría mas probable un control temprano de la plaga.
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Con base a esto se ha encontrado que los depredadores de larvas y pupas m8s eficaces son peces.
El mejor conocido es un ciprínido sudamericano viviparo, el pez comedor de mosquitos Gambusia a f f i n i s , que ha sido introducido a todos los continentes. En California se logrci el control razonable de C u l e x t a r s a l i s y A n o p h e l e s f r e e b o r n i en plantíos de arroz con el abastecimiento en una proporcidn de 740 hembras maduras por hectArea (300 por acre) (Hoy et al, 1971 1.
Variedades de este pez resistentes al f r i o se han desarrollado en Norteamerica, aumentando así su utilidad en zonas templadas.
En Areas tropicales el gupi común P o e c i l i e r e t i c u l a t a , es muy eficaz para controlar mosquitos como C u l e x p i p i e n s , en aguas con una contaminaci6n organica alta (Bay et al, 1972) (Kurihara et al, 1973). En si, el alto potencial reproductor de estos dos depredadores los hace eficientes para reproducirse en presencia de la presa, y ambas especies pueden sobrevivir alimentandose de de otras clases de invertebrados acudticos pequenos y con otros alimentos en ambientes naturales. Pueden ser fácilmente transportados y en climas templados es posible distribuirlos al entrar la primavera para iniciar el control de las poblaciones de mosquitos e incrementar su poblaci6n a medida que aparece la temperatura tibia que favorece el desarrollo de insectos.
Tambien se han desarrollado programas intensivos de cultivos de peces ex6ticos para utilizarse en programas de control de mosquitos (Dixon et al, 1971 ) (Lsgner et al, 1974).
No se debe descartar la utilizaci6n de otros organismos como platelmintos planarios que parecen ser bastante eficaces contra la larva de mosquitos (Yu, 1976).
Por último, hay que tomer en cuenta que los factores abiciticos o fisicos del medio, los cuales comúnmente incluyen a l o s elementos del tiempo y del clima influyen en las densidades de la poblacidn de insectos. Oichas condiciones actúan directa o indirectamente sobre los organismos. Acción directa: los factores
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fisicos ejercen una modificaci6n del tiempo en que suceden los eventos en los ciclos de vida, es decir, controlan los grados de crecimiento, reproducci6n y longevidad y pueden originar la muerte prematura de proporciones grandes de individuos en la poblacibn. Tambign pueden causar dispersibn. Acci6n indirecta: Como un efecto sobre las provisiones de alimentos o sobre lugares adecuados para vivir.
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